一种公用工器具使用管理系统和方法

1.本发明涉及设备管理技术，尤其涉及学校使用的工器具租借的管理系统。


背景技术：

2.目前理工科类高校或专业，大多开设有设备拆装类的实践(实验)教学环节，以此提高学生的动手实践能力以及对设备、机构等的机械结构认知。但是在拆装过程中，学生工具随意摆放，归还不到位等问题较为严重。大部分高校或专业都通过劝导等方式提醒学生按规定归还拆装工具，效果甚微；或通过实训教师进行工具归还管理，增加了实训教师的工作压力，且学生众多，很难实现对所有工具的全覆盖监控或管理；而拆装工具的不断丢失使得高校普遍采用重新购买的方式进行补充，浪费了较多的资金。
3.因此，当前针对学校工器具管理存在的问题是，各个高校对于拆装实训等教学环节所用的拆装工具管理大多依靠实训教师的检查以及学生的自觉性，在进行实训教学过程中，学生往往缺乏工具归位的基本概念，且在课程教学结束时，为保证学生迅速离场，为下一阶段学习做准备，很难对拆装工具进行及时的清点与检查。因此，拆装工具的丢失或归还不到位，使得大部分高校每年投入大量的资金以购买新工具进行补充，以此保障实训教学能够正常进行。长此以往，实训教师的工作压力与强度，以及拆装工具的归还率下降随着工具归还检测系统的缺位会形成劣性循环。
4.基于此，开发出一款能够与拆装工具箱搭配，检测工具箱内工具是否归还完毕，且在工具归还不足的情况下自动提示教师与学生，并自动监控工具箱内环境，以防止实验事故的发生，对于提高高校教学拆装设备的循环使用率，工具归还率以及降低实训教师的工作强度以及实验室安全事故等有着一定的指导意义。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是实现一种能够与拆装工具箱搭配的工器具管理系统，该系统能够检测工具箱内工具是否归还完毕，且在工具归还不足的情况下自动提示教师与学生，并自动监控工具箱内环境，以防止实验事故的发生。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种公用工器具使用管理系统，系统设有用于存放工器具的区域，所述区域内设有存放工器具的存放位，每个所述存放位水平设置并设有感应工器具压力的压力传感器，以及提示工器具状态的指示模块，每个所述压力传感器并连接并输出感应信号至微控制器，所述微控制器连接并输出控制信号至指示模块。
7.系统设有拍摄区域影像的摄像头，所述摄像头连接并输出影像信号至微控制器，所述微控制器设有存储数据信息的存储器。
8.所述区域为具有箱体和箱盖的工具箱结构，所述箱体内设有为整个系统供电的电源模块，所述工具箱外部设有连接电源模块的电源接口。
9.所述箱体和箱盖打开状态能够维持呈直角状态，所述摄像头固定在箱盖内侧，所
述箱盖内侧面设有连接微控制器的显示屏、扬声器、按键模块和通信接口。
10.所述存放位设有与待存放物品形状间隙配合的凹槽，所述压力传感器安装在每个凹槽内。
11.每个所述凹槽内设有温度传感器，所述温度传感器连接并输出温度信号至微控制器。
12.所述指示模块为设置在每个存放位凹槽旁的指示灯和计时器，所述指示灯和计时器与微控制器连接通信。
13.一种公用工器具使用管理方法：
14.系统包括以下三种状态：
15.存放状态：压力传感器的压力信号值为设定范围值，指示灯为常绿，计时器关闭；
16.使用状态：压力传感器的压力信号值为0，指示灯为常红，计时器开始倒计时；
17.报警状态：当倒计时过程中，压力传感器的压力信号值未恢复到设定范围值内，且倒计时结束，则进行报警。
18.当任意温度传感器采集的温度值超过设定值，则进行报警。
19.当处于报警状态，通过按键模块的停止报警按钮或者克服报警条件，则取消报警，并且该存放位状态变为存放状态。
20.本发明是一种可应用于高校教学的拆装工具归还监测与提示系统，其安装于拆装工具箱内部，能够识别此时是否为教学时间，若非教学时间，则自动对工具箱内工具进行检测，若此时工具箱内工具不足，则自动提示教师或学生，抓紧时间完成拆装工具的归还；若工具箱内温度过高，则提示教师或学生注意工具箱内温度环境，避免起火等因素引发实验室安全事故。
21.工具归还超时、工具归还缺失或工具箱内温度过高，均能实现监测与提示。在一定程度上，提高了拆装工具的归还率，以此提升工具的循环使用率，辅助实训教师进行拆装工具的管理与检查，降低了实训教师的劳动强度，提高了拆装工具归还检查的效率，以及拆装工具管理的自动化水平；进一步提高了实训课程的教学管理水平、拆装工具使用的规范性以及实验室安全水平。
附图说明
22.下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
23.图1为公用工器具使用管理系统原理框图；
24.图2为公用工器具使用管理方法原理流程图。
具体实施方式
25.下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
26.本发明是一种可以应用于高校教学拆装工具归还监测与提示系统，如图1所示，系统主要包括微控制器模块，电源模块、显示模块、时钟模块、提示模块等部分。通过信息采集
模块获取当前拆装工具箱内部的信息，并将其送至微控制器，微控制器对信息进行比对判断，配合时钟模块，合理做出正确判断，决定是否启用声光提示功能。
27.系统设有用于存放工器具的区域，区域内设有存放工器具的存放位，存放工器具的区域优选采用一个工具箱，具有箱体和箱盖，并且在一侧铰接，箱体和箱盖打开状态能够维持呈直角状态，例如可以通过支撑杆固定，箱体内设有为整个系统供电的电源模块，工具箱外部设有连接电源模块的电源接口，方便连接市电。
28.区域内设有微控制器模块，微控制器模块是系统的核心控制单元，负责接收信息采集模块采集的拆装工具箱中信息，并对信息进行数字化处理，结合显示模块实现拆装工具箱中工具归还是否到位、此时是否为归还时间以及拆装工具箱内温度的实时监测与反馈。信息采集模块主要负责对拆装工具箱内部相关信息进行实时采集，并将其输送至微控制器进行后续处理；提示模块主要负责根据微控制器的输出控制参数，实现声光提示功能，以提醒教师或学生拆装工具箱内部信息不合理状态(超时、归还不足或温度过高)。
29.由于高校所用的拆装工具箱箱体内部空间有限，无法实现元器件的复杂布置，要求控制器要尽可能小。而stc系列微控制器具有体积小，性能可靠，成本低等特点，应用较为广泛。因而决定采用stc89c52单片微控制器为系统的控制单元。
30.信息采集模块用于采集数据信息，包括压力传感器、温度传感器、摄像头等，系统需通过信息采集模块获取拆装工具箱内部相关信息，并将信息转换为数字信号后输出至微控制器。这些信息包括工具箱内部工具状态、拆装工具箱内部温度等。
31.工具归还信息采集子模块主要负责配合微控制器判断工具归还信息，由于拆装工具箱内部各个工具均有相对固定的摆放位置，因此可以通过采集工具箱内部的重量来判判断工具归还是否到位，该模块以hx711重力传感器为核心，以此实现工具归还状态的检测，若hx711输出重量明显小于系统设置重量，则可以判断工具未完全归还；若hx711输出重量明显大于系统设置重量,则可以判断有多余工具在工具箱中。为了能够让用户准确的放置工器具，存放位设有与待存放物品形状间隙配合的凹槽，这样能够工器具能够位置相同姿态放入，并能保证内部的压力传感器采集信号的准确性，压力传感器安装在每个凹槽内，用于获取工器具压力信号。
32.拆装工具箱内部温度信息采集子模块主要负责采集拆装工具箱内部温度信息，该子模块以ds18b20温度传感器为核心，该传感器具有精度高，工作性能可靠等优点，可准确测取拆装工具箱内部温度信息，并将信息转换为数字信号后输出至微控制器。每个凹槽内设有温度传感器，温度传感器连接并输出温度信号至微控制器。
33.提示模块由主要负责在拆装工具箱内部信息不合理状态下进行提示。当系统启动后，会实时监测拆装工具箱内部信息，若箱内信息异常，则系统会自动触发报警模块。提示模块设置在每个存放位凹槽旁的指示灯和计时器，每个存放位凹槽都配有一个独立的指示灯和计时器，指示灯和计时器与微控制器连接通信。
34.本系统的提示模块主要通过声光两种方式实现报警提示，以便引起实训教师或学生的注意，使其能够及时获取拆装工具箱内部信息异常的状态并及时做出反应。该模块根据提示信息的不同，可分别就拆装工具未归还、拆装工具使用超时以及拆装工具箱内部温度过高3种异常状态进行提示报警。其中，当系统检测到独立键盘中标号为s6归还按键被按下后，则开始就工具箱内工具重量与预设重量进行比对，若工具箱内工具重量明显低于预
设重量；则意味着有部分工具未放置于该工具箱内，微控制器通过控制p24管脚输出高电平，使得标号为q2的npn三极管导通，以此实现标号为led1的led灯与标号为b1的蜂鸣器电路导通，实现声光报警；若工具箱内工具重量明显高于预设重量；则意味着有部分多余工具放置于该工具箱内，微控制器依然通过控制p24管脚输出高电平，使得标号为q2的npn三极管导通，以此实现标号为led1的led灯与标号为b1的蜂鸣器电路导通，实现声光报警；工具多余或不足，可通过显示模块获取相应信息；若系统检测到标号为s5的解锁按键被按下，则通过时钟模块进行计时，微控制器通过控制p26管脚输出高电平，使得标号为q1的npn三极管导通，进而实现标号为k1的继电器导通，开启标号为p2的电子锁。实训教师或学生可以从工具箱中取出拆装工具，当计时器计时到100分钟后(含课间休息的5分钟)，教学应结束，此时系统若检测到标号为s6的归还按键未被按下，则表示学生未在规定时间内归还工具，微控制器通过控制p27管脚输出高电平，使得标号为q4的npn管脚导通，以此实现标号为led3的led灯与标号为b3的蜂鸣器电路导通，实现声光报警；
35.在系统工作过程中，系统通过信息采集模块中的拆装工具箱内部温度信息采集子模块实时获取拆装工具箱内温度信息，当温度超过阈值设置时，则说明工具箱内温度过高，可能有易燃物品在箱内发生燃烧，系统通过控制p24管脚输出高电平，导通标号为q3的npn三极管，以此实现标号为led2的led灯与标号为b2的蜂鸣器电路导通，实现声光报警，以提示实训教师实验室内部可能存在着火风险，及时对学生进行疏散，或进行灭火作业，提高实验室的安全性以及实训教学的安全水平。为了方便实训教师以及学生能够区分不同的异常信息(超时、归还不足或温度过高)，采用了不同颜色的led灯进行表示，即led1，led2以及led3颜色应不同。
36.此外，系统还设有拍摄区域影像的摄像头，摄像头连接并输出影像信号至微控制器，微控制器设有存储数据信息的存储器，这样当发现有未归还工器具时，方便追溯源头使用者。摄像头优选固定在箱盖内侧，箱盖内侧面还可以配套有连接微控制器的显示屏、扬声器、按键模块和通信接口，方便对整个系统进行操控，完成人机交互。
37.系统通过信息采集模块获取拆装工具箱内部信息，判断工具箱内部工具是否及时归还，归还后工具是否到位(是否归还工具不足或多余)以及拆装工具箱内部的温度是否合理。若工具使用超时未被及时归还至拆装工具箱，则使led3与b3工作；若工具归还后箱内存在空位或有多余工具，则使led1与b1工作；若拆装工具箱内温度过高，则使led2与b2工作。以此实现拆装工具的规范化使用及管理，提高拆装工具的循环使用率，归还率，拆装工具管理自动化水平与质量，并在一定程度上保障了实验室的安全
38.基于上述公用工器具使用管理系统的控制方法如下：
39.具体控制时具有存放状态、使用状态和报警状态，
40.在存放状态：压力传感器的压力信号值为设定范围值，并且维持恒定，表示工器具放置良好，此时指示灯为常绿，计时器关闭；
41.使用状态：即工器具使用状态，此状态有存放状态转变而来，当存放状态下，压力传感器的压力信号值为0，则转化为使用状态，此时指示灯为常红，计时器开始倒计时，倒计时的时间根据需要设定；
42.报警状态：当倒计时过程中，压力传感器的压力信号值未恢复到设定范围值内，且倒计时结束，则进行报警，报警时可以相应的指示灯闪烁，扬声器发出报警声音。
43.当任意温度传感器采集的温度值超过设定值，也进行报警。系统通过实时监测拆装工具箱内部的温度，若温度过高，可能工具箱内存在易燃物品处于燃烧状态，启动声光报警提示，以提醒实训教师及时疏散学生或进行灭火作业，防止实验室起火，在一定程度上提高了实验室安全性。
44.当处于报警状态，通过按键模块的停止报警按钮或者克服报警条件，则取消报警，并且该存放位状态变为存放状态。
45.通过该系统，能够检测拆装工具箱中拆装工具是否归还到位或存在多余工具，若工具不足或多余，启动声光报警进行提示，有效提高了拆装工具的归还率，以此降低拆装工具的丢失率，提高拆装工具的循环使用率；在拆装工具箱开启后进行计时，若在规定时间内(默认2课时)未进行工具归还，则进行声光报警提示。在一定程度上提高了实训设备中拆装工具使用与归还的规范性；
46.该系统不仅能够检测拆装工具是否使用超时，未及时归还，也能检测拆装工具归还是否合格，有无遗漏；充分提高了实验室拆装工具使用的规范性以及拆装工具的循环使用率，降低了拆装工具的丢失率。本系统的开发，有利于降低实训教师的工作强度，提高实验室内拆装工具的管理规范与管理自动化水平，并帮助学生养成良好的工具使用习惯；在此基础上，还通过监测拆装工具箱内的温度，在一定程度上预防了实验室起火的危险，提高了实验室以及实训教学的安全性水平。
47.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。