【】目前高校的实验实训室不断增多，学生的实践条件有了较大改善，但实验室管理人员却没有增多，因此实验室管理人员的负担越来越重，部分实验室常常因为管理问题学生无法使用。本文将基于树莓派设计出一种智能电源系统，智能判断实验室电源是否需要关闭。树莓派通过算法对电路进行控制，判断在无人的情况下，可以智能的切断电源。该系统分为四个模块，每个模块都扮演着重要的角色。每个模块相互作用，最后能控制电源的开关，来大大的降低火灾发生的可能性。本文通过编写软件程序来对电路进行控制。
目录
一 绪论 1
二 开源硬件简介 1
2.1 树莓派 2
2.2 Arduino 2
三 总体设计 4
3.1系统功能设计 4
3.2系统方案设计 4
四 硬件设计 6
4.1 图像采集与处理模块 6
4.2 温湿度感知模块 6
4.3 电源控制器模块 7
4.4 云管理平台 10
五 软件设计 11
5.1 软件总体设计 11
5.2 图像采集与处理子程序 11
5.3 温湿度感知子程序 14
5.4 电源控制器子程序 15
5.5 云管理平台子程序 16
六 系统实现 18
6.1 系统组装 18
6.2 系统调试 18
6.3 调试结果分析 20
七 总结 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 系统图像采集与处理模块代码 25
附录B 系统电源控制器与温湿度检测代码 27
附录C 系统云管理平台代码 30
一 绪论
我们大学生通常会在实验室里做实验，也会因为的经验的原因，忽略走之前的电源的开关问题。为了提高学生的创新能力，提倡学生多做实验。就目前来讲，课外学习还没有被足够重视[2]。所以，多在实验室做实验，可以使学生的专业技能大幅度提升。
高校的实验实训室的不断增加，对学生的实验条件有了很大的提高，由于没有专门的人照看，通常都是靠学生自己自觉，但是人
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都有疏忽的时候。为了防止学生疏忽造成的不良影响，而造成安全问题以及学生使用实验设备的问题，杜绝用电而引起的火灾是非常重要的问题。为了给更多的老师和学生安全的在实验室内使用设备,设计该智能电源系统，能够给师生提供方便，在他们做完实验离开时，忘记关闭电源的情况下，智能的关闭打开的电源，提高安全指数。
无论在何处，不正规用电出现的安全隐患非常大。由于有的实训室会出现大量的塑料及纸质材料。若发生火灾，后果非常严重。再比如实验室中电子元件较多，仪器设备也多，晚上离开的时候忘记断电也会造成一定的安全隐患。
虽然学生在课上通过安全培训，在老师的帮助下管理实验室，但是由于实验室是开放式管理，在学生自主的管理下很难做到百分之百安全，具有一定的局限性，存在安全隐患。
为了减少用电问题而出现的危险，所以设计了该智能电源系统。并且这个系统对于高校来说，应该是非常重要的。与其他系统相比，本设计具有许多的优点，如高效化。可以提高人员的工作效率，保证在实践的过程中提高安全性能。
二 开源硬件
对于软件来说，开源软件的代表是linux，开源社区的代表是github，他们对于的开发者的要求相对来说，不高。开发者可以通过平台与其他人交流，分享彼此的代码资源，推动行业的发展。让那些对硬件不精通的人也能具有创新的能力。从而培育出一些名为“创客”的人才。
在开源硬件领域中，树莓派和Arduino是最有影响力的。由于侧重于网络服务，配备了ARM A系列芯片。从功能上讲，树莓派更加的强大。但是从使用方面上讨论，可以将Arduino和AVR以及各种传感器结合起来使用，将它们的优势尽量的发挥出来。
2.1 树莓派
树莓派是基于Linux操作系统的一款开源硬件，尺寸和银行卡的尺寸类似。虽然尺寸小，但是功能很强大。树莓派做为一个小电脑，最初广泛应用于高等院校，但对于开发者，是个经常使用的软件。


图21 树莓派
树莓派的特点非常多，比如价格低廉，编写容易等。并且拥有许多端口和接口。其其性能也是非常强大。这次设计由于种种一个因素，本人选择了2代。
2.2 Arduino
Arduino如图22所示，是一个开源电子原型平台。 是在AVR单片机到二次开发的基础上，但设计人员不用了解AVR单片机或嵌入式知识，略懂C语言就可以来创建硬件产品。 Arduino IDE与Arduino可以跨平台使用开发，下载非常的方便简单，配有串口调试， 其开放性强，较短的开发周期等特点是本文的选择的首要理由。


图22 Anduion
三 总体设计
3.1功能设计
这个设计是基于开源硬件和图像处理技术来设计智能电源管理系统,主要的的核心是基于图像处理的独特功能监测和确定实验环境,有移动的人,如果有人的存在,应该确定电源是打开的,否则,如果没有检测到移动的人,应该确定电源是关闭的,系统的功能部门分为四个部分。正如下图31所示。
判断该系统的好坏的因素最主要就是检测是否有人运动。该智能系统不仅能检测运动事物，还具有环境检测。由于防止实验室温度和湿度出现不正常的状况，比如过高或过低，所以环境的检测也是极为的重要，不可忽略。配电箱的上方安装有电源控制器，用于管理实验室的电源通断情况，并且电源的通断可以通过算法和远程控制两种方法。云管理平台则是系统中用来通信的关键部位，也是人机交互平台的重要途径之一。平台将所检测到的各类环境数据和电源的开关相互联系，并且把得到的结果发送给工作人员。


图31
3.2方案设计
基于本层次，要让上一层次的功能更好的实现，规划出了以下方案。为了能够无缝连接运行，可以利用http协议。我们准备利用1300万像素摄像头组进行高精度拍摄记录，再通过路由器和云平台进行快速稳定的信号交流。


图32
由图32可以知道，为了观察记录和运算有运动物体的具体情况，我们将树莓派与摄像头还有显示器相连接，形成整套系统。遇到突发情况可以及时调整。之外还有交流接触器等等都是按照电路的标准来规定的，在此基础上还可以断开开关来确定安全。
当实验室里有运动物体产生的时候，树莓派的摄像头就会立即发现运动的物体，然后把捕捉的信息传递给云管理平台，云管理平台发出信号，打开电路时，工作人员就可以正常的使用实验室。当摄像头在固定时间内没有拍摄到运动的工作人员时，它就会像云管理平台发出信号，让其切断电源，使实验室的设备停止工作。该设计还有另外一个特点是在危险的情况下，可以通过于动的操作，完成命令，完成电源的开通与切断。

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