科技館展品電控板通用化研究

摘要：本文探討了科技館電氣機(jī)械展品管理發(fā)展現(xiàn)狀，分析了科技館展品電控的基本需求，研究了通用電控板的應(yīng)用案例，以及通用電控板的未來(lái)應(yīng)用展望。

關(guān)鍵詞：科技館;展品;電控板

中圖分類號(hào)：TM921.5? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1007-9416（2020）04-0000-00

0 引言

科技館是一種以展覽教育為主要功能的公益性科普教育機(jī)構(gòu)，在實(shí)施科教興國(guó)和人才戰(zhàn)略發(fā)展方面起到了十分重要的作用。在日常工作中，科技館一般以經(jīng)常性的展覽和短期性的展覽為基本活動(dòng)載體，通過(guò)互動(dòng)參與的展品以及和展品有關(guān)的活動(dòng)來(lái)激發(fā)公眾對(duì)科學(xué)了解的興趣，實(shí)現(xiàn)對(duì)公眾的科普教育。展品是科技館開(kāi)展科學(xué)教育的重要載體，其質(zhì)量直接影響科技館的發(fā)展成效。科技館包含的科技展覽品眾多，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)這些科技展覽品的有效管理是相關(guān)人員需要思考和解決的問(wèn)題[1]。通用電控板是科技館展品使用質(zhì)量提升的重要關(guān)鍵，通過(guò)研究電控板不僅能夠提升展覽館展覽品的質(zhì)量，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)科普展覽品的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，從而為我國(guó)科普事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)、穩(wěn)定發(fā)展提供重要支持。

1 科技館電氣機(jī)械展品管理發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 缺乏專業(yè)的電氣設(shè)計(jì)人員

經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段有很多科技館，特別是省級(jí)以下的展館沒(méi)有設(shè)置展品電控設(shè)計(jì)崗位，在電氣機(jī)械展品展覽的時(shí)候也沒(méi)有安排專業(yè)的管理人員。不管是從機(jī)電展品的研發(fā)設(shè)計(jì)，還是從機(jī)電展品功能的完善都沒(méi)有經(jīng)過(guò)精細(xì)化的考量，最終打造出的展品電控系統(tǒng)不夠科學(xué)，一些展品的運(yùn)行時(shí)間超過(guò)了保質(zhì)期，加大了展品的后期維修難度。

1.2 電氣系統(tǒng)不統(tǒng)一

在對(duì)多個(gè)展館調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)不同展區(qū)都使用了不同的電氣系統(tǒng)，而出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是多個(gè)展區(qū)在制定招投標(biāo)政策的時(shí)候會(huì)被多個(gè)制作公司同時(shí)中標(biāo)，每一個(gè)展品制作公司都擁有不同的設(shè)計(jì)人員，在館方?jīng)]有對(duì)公司做出統(tǒng)一要求的情況下，一個(gè)場(chǎng)館內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)不同的控制方式，在不同控制方法的作用下一旦展品出現(xiàn)故障問(wèn)題往往無(wú)法及時(shí)解決。

2 科技館展品電控的基本需求分析

2.1 核心性的控制方式

科技館展品電控的基本方式一般包含PLC、單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊，在眾多控制模式中，PLC控制模式和單片機(jī)控制模式在其中占據(jù)較大的比重。

2.2 輸入信號(hào)調(diào)查研究結(jié)果分析

在經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析之后發(fā)現(xiàn)輸入開(kāi)關(guān)量百位數(shù)以內(nèi)的需求占據(jù)總體比例75%左右，16位以內(nèi)的需求占據(jù)總需求比例的93%左右，輸入性開(kāi)關(guān)量24位以上的需求占據(jù)總體比例的2%左右。不僅如此，脈沖信號(hào)輸入比例也占據(jù)總體展品數(shù)量的2.6%比例左右。

2.3 輸出信號(hào)的調(diào)查研究結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，輸出開(kāi)關(guān)總量在八位數(shù)以內(nèi)的需求占比達(dá)到了73%的比例，16位以內(nèi)的需求比例占據(jù)了92%的比例。在操作的過(guò)程中需要控制步進(jìn)電梯、伺服電機(jī)的展品總量占比沒(méi)有超過(guò)10%的比例，其中電機(jī)數(shù)量較多，基本上占據(jù)所有直流電機(jī)展品的6%比例。

2.4 通訊端口結(jié)果分析

科技館展品電控的通訊端口分別包含RS232和RE485，在具體操作上僅僅占用一個(gè)端口的展品比例為88%，有一部分的展品是占用兩個(gè)端口。

2.5 其他端口分析

使用網(wǎng)口的展品一共有36件，這些展品一般會(huì)被設(shè)置在展廳中，同時(shí)，很少有展品使用USB端口。根據(jù)以上的分析通用電控板可以通過(guò)幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：（1）選擇適合的電控板核心控制方式。（2）合理分配使用端口的資源，從而確保能夠更好的滿足科技館的展品使用需求。（3）通過(guò)對(duì)科技館的大量展品電控需求調(diào)查研究之后總結(jié)歸納出展品的使用方向和電控需求，從而為科技館展品的通用電控板設(shè)計(jì)提供重要參考支持。

3 通用電控板的應(yīng)用案例

中國(guó)科技在2016年的時(shí)候完成了常規(guī)性的展板更新改造工作，并在以往展覽服務(wù)的基礎(chǔ)上額外增加了“太空探索”這一應(yīng)用主題，在新增加設(shè)立的展覽區(qū)域中涉及到了四十多個(gè)展品，除了部分展品通過(guò)靜態(tài)的方式展示，其他的控制系統(tǒng)采用中國(guó)科技館自主研發(fā)設(shè)計(jì)的通用電控制板[2]。整個(gè)通用電控板的主芯片為L(zhǎng)PC1768，在考慮整個(gè)展館環(huán)境和展品設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，對(duì)電控板的硬件系統(tǒng)做出如下的設(shè)計(jì)[3]：

（1）電控板的硬件最小系統(tǒng)包含了電源、時(shí)鐘、調(diào)試、復(fù)位等方面的內(nèi)容，結(jié)合科技館展品復(fù)雜性的設(shè)計(jì)要求，電源模塊選擇9V到30V的寬電壓輸入模式。（2）電壓的輸入和輸出采用了16路的模式，在使用的時(shí)候能夠滿足多數(shù)機(jī)電展品的使用功能需求。對(duì)于一些設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的展品會(huì)選擇應(yīng)用多塊通用的電控板進(jìn)行連接操作。在操作的時(shí)候由于輸入和輸出的信號(hào)較多，單一的電控板設(shè)置往往難以滿足系統(tǒng)需求，這個(gè)時(shí)候就需要選擇應(yīng)用多個(gè)通用的電控板，一部分用在模型拼裝臺(tái)上連接信號(hào)，并為按鈕信號(hào)的檢測(cè)控制提供重要支持，另外一部分被安裝在塔吊平臺(tái)電機(jī)的內(nèi)部。負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)、火箭機(jī)構(gòu)位置的檢測(cè)和燈箱的總體操縱控制。（3）設(shè)置SPI接口。SPI接口設(shè)置的目的是更好的觸摸屏功能以及屏功能上的讀卡器。（4）設(shè)置網(wǎng)絡(luò)接口。通用電控板在使用的時(shí)候能夠和一些輸出口配合使用，在彼此配合的作用下能夠?yàn)檎箯d的設(shè)置提供重要支持。（5）設(shè)置USB接口。USB接口的設(shè)置還能夠和一些輸出口和輸入口聯(lián)合使用。

4 通用電控板的未來(lái)應(yīng)用展望

綜合以上分析可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)科技館“太空探索”區(qū)域是我國(guó)第一例電控板展覽內(nèi)容，整個(gè)展覽板的設(shè)計(jì)考慮電力控制、供電系統(tǒng)控制、通訊端口設(shè)置等方面的內(nèi)容，在使用的時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)了展廳的多數(shù)展品功能[4]。

（1）根據(jù)展品電控功能的復(fù)雜程度來(lái)設(shè)計(jì)出2個(gè)到3個(gè)版本的通用電控板，并將通用電板設(shè)計(jì)為普通版和升級(jí)版。基礎(chǔ)版能夠滿足基本的電力控制需求，升級(jí)版則是能夠完成服務(wù)控制。（2）基于通用電板的設(shè)計(jì)來(lái)開(kāi)發(fā)通用電控柜，并配備相應(yīng)的電控柜，讓電控柜根據(jù)電控板的規(guī)格和功能來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范化處理。（3）基于通用電控板的設(shè)計(jì)需求來(lái)打造軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)科普展品控制系統(tǒng)的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，在設(shè)計(jì)完成之后將通用電控板的多個(gè)功能集成在軟件平臺(tái)上，設(shè)計(jì)人員和操作人員只需要借助這個(gè)平臺(tái)就能夠完成相應(yīng)的操作，由此在很大程度上縮減了展品電控設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)周期，且能夠根據(jù)實(shí)際需要來(lái)將展品更加直觀、具體的展現(xiàn)出來(lái)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著生活水平的提升國(guó)家發(fā)展更加重視科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和提升，在新時(shí)期背景下科技館作為傳播和體驗(yàn)新知識(shí)、新事物的重要平臺(tái)在一時(shí)間也得到了快速的發(fā)展。文章研發(fā)設(shè)計(jì)展品通用電路板控制單元，在使用的時(shí)候能夠有效提升展館的維護(hù)升級(jí)效率，而且還能夠?yàn)楦黝愓蛊返暮罄m(xù)研發(fā)提供更多的支持，進(jìn)而為我國(guó)科普事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供重要支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫婉瑩，張浩.科技館展品電控板通用化研究[J].學(xué)會(huì)，2018（1）：54-57.

[2] 李俊玲.科技館展品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與控制[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2006（S1）：32-34.

[3] 劉衛(wèi)莊，邢金龍，李春.科技館展品集中控制器的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2015（8）：107-109.

[4] 范亞楠.科技館展品組成部件標(biāo)準(zhǔn)化研究[J].學(xué)會(huì)，2018（3）：50-54.

收稿日期：2020-03-09

作者簡(jiǎn)介：陳紅霞（1977—），女，遼寧遼陽(yáng)人，本科，工程師，研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用。

Research on the Generalization of Electronic Control Board in Science and Technology Museum

CHEN Hong-xia

（Liaoyang Quntuan Affairs Service Center， Liaoyang Liaoning? 111000）

Abstract： This paper discusses the current situation of the management of electrical and mechanical exhibits in science and Technology Museum， analyzes the basic needs of electronic control of exhibits in science and Technology Museum， and studies the application cases of general electronic control board， and the future application prospect of general electric control board.

Key words： science and technology museum; exhibits; electronic control board