基于IC卡的高校實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文章出處：http://m.botanicstilllife.com 作者：閆春娟 陳琦   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月23日

0 引言 

    通過(guò)這幾年高校擴(kuò)招，各工科院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)壓力劇增。使實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中存在實(shí)驗(yàn)條件不足和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)手段相對(duì)落后的兩大問(wèn)題更為突出。另外，現(xiàn)在全國(guó)高校正在進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)估檢查，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng) 中的重要指標(biāo)是所開(kāi)設(shè)課程的教學(xué)工作量的統(tǒng)計(jì)，如實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)人時(shí)數(shù)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的個(gè)數(shù)及開(kāi)設(shè)情況等。每年每個(gè)任課教師都進(jìn)行類(lèi)似的重復(fù)性填表工作，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因此，筆者參與了我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了基于IC卡的高校實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)上機(jī)學(xué)生的身份識(shí)別、實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源控制、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求的自動(dòng)生成、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和成績(jī)的記錄、學(xué)期末各類(lèi)實(shí)驗(yàn)工作量的統(tǒng)計(jì)和上傳等。 

1 IC卡實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)原理 

    非接觸IC卡又稱(chēng)射頻卡，是繼條碼卡、磁卡之后推出的新一代識(shí)別卡，是射頻識(shí)別RFID技術(shù)和IC卡技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。非接觸IC卡與條碼卡、磁卡以及接觸式IC卡比較，具有高安全性、高可靠性、使用方便快捷且壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。圖1為IC卡實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)的總體原理框圖。

圖1 IC卡實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)的總體框圖 

    該系統(tǒng)主要包括IC卡讀卡器模塊、實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源控制系統(tǒng)模塊及服務(wù)器實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)模塊。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能： 

    ①前兩個(gè)模塊完成學(xué)生身份合法認(rèn)證及實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源控制。
    ②實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)模塊可實(shí)現(xiàn)學(xué)生考勤、以Browse／Server方式向?qū)W生實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的微機(jī)發(fā)送實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容和要求，并接受學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及報(bào)告。
    ③服務(wù)器管理系統(tǒng)完成每學(xué)期各類(lèi)實(shí)驗(yàn)報(bào)表，如實(shí)驗(yàn)室課程表、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)及實(shí)驗(yàn)室利用率等。

2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

    實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的供電控制是通過(guò)驗(yàn)證學(xué)生IC卡的ID號(hào)的合法性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該功能是由IC讀卡器、服務(wù)器上的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源單片機(jī)控制系統(tǒng)三部分共同實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源控制系統(tǒng) 

    服務(wù)器實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)預(yù)先錄入學(xué)生IC卡的ID號(hào)(設(shè)置為學(xué)生學(xué)號(hào))。學(xué)生需要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在實(shí)驗(yàn)室門(mén)口的IC讀卡器上刷卡(該刷卡器與服務(wù)器以PS／2接口方式連接)，讀卡器自動(dòng)將卡號(hào)存入服務(wù)器鍵盤(pán)緩沖區(qū) 服務(wù)器實(shí)驗(yàn)管理軟件通過(guò)查詢(xún)鍵盤(pán)緩沖區(qū)的狀態(tài)，來(lái)讀取緩沖區(qū)內(nèi)學(xué)生卡號(hào)，并與預(yù)存的合法卡號(hào)匹配。如果IC卡合法，服務(wù)器管理系統(tǒng)將卡號(hào)的末尾兩位數(shù)(一個(gè)自然班學(xué)生人數(shù)不超過(guò)35人)，以RS485通信方式傳送給實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源控制系統(tǒng)的單片機(jī)。 

    單片機(jī)將接收的8位卡號(hào)編碼后通過(guò)P1口送給8位譯碼電路。該譯碼器可輸出255個(gè)地址譯碼脈沖，但實(shí)際上服務(wù)器傳過(guò)來(lái)的有效8位二進(jìn)制數(shù)的范圍是1-35。設(shè)當(dāng)前學(xué)生的卡號(hào)為i，則 Yi 輸出一個(gè)有效的TTL正脈沖信號(hào)。該脈沖觸發(fā)對(duì)應(yīng)的第i個(gè)觸發(fā)器置“1”。由于要傳送10米以上的距離來(lái)驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器動(dòng)作，因此要對(duì)脈沖進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)將觸發(fā)器“1”通過(guò)D觸發(fā)器，并由電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為12伏直流電壓，使繼電器開(kāi)關(guān)閉合。于是，220伏輸入被切換到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上供電。從而完成學(xué)生身份認(rèn)證、考勤和實(shí)驗(yàn)臺(tái)供電控制的任務(wù)。

3 服務(wù)器實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

    實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)軟件由四個(gè)模塊構(gòu)成。
 
    (1)實(shí)驗(yàn)課程管理模塊 

    該系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理嚴(yán)格按照教育部“關(guān)于實(shí)驗(yàn)室評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)"o因此，需錄入本實(shí)驗(yàn)室開(kāi)設(shè)課程的“專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱”，任課教師根據(jù)大綱分別制定本學(xué)期各實(shí)驗(yàn)班級(jí)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃”。全部教學(xué)計(jì)劃錄入完成后，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃、各班級(jí)學(xué)生人數(shù)(錄入學(xué)生的名單和學(xué)號(hào))、教務(wù)課程表和其它實(shí)驗(yàn)安排等因素?cái)?shù)，排定本學(xué)期本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)安排順序表。經(jīng)修改確認(rèn)后，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)“順序表”監(jiān)督記錄各實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)學(xué)生IC卡的卡號(hào)驗(yàn)證阻止非法用戶(hù)或合法用戶(hù)在非法時(shí)間開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)設(shè)備，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生作實(shí)驗(yàn)的智能化管理。

    (2)儀器設(shè)備管理模塊 

    教學(xué)評(píng)估要求實(shí)驗(yàn)室設(shè)備完好率為100 ，可見(jiàn)對(duì)儀器設(shè)備狀況的掌握和維護(hù)是保證實(shí)驗(yàn)室良好運(yùn)轉(zhuǎn)的重要條件。本系統(tǒng)要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員執(zhí)行“驗(yàn)收責(zé)任制”，即在實(shí)驗(yàn)結(jié)束驗(yàn)收時(shí)必須對(duì)儀器儀表的損壞和故障情況及時(shí)登記，以便管理人員進(jìn)行查詢(xún)和維修；若對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的儀器調(diào)換，則應(yīng)及時(shí)修改數(shù)據(jù)庫(kù)記錄。本實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)損壞儀器、丟失工具等情況均有明顯提示，以提醒管理人員盡快消除隱患。根據(jù)設(shè)備維修情況，管理人員要及時(shí)錄入“維修”和“待報(bào)廢”記錄，系統(tǒng)自動(dòng)刪除相應(yīng)“待修記錄”，形成設(shè)備維修和報(bào)廢情況統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為實(shí)驗(yàn)室固定資產(chǎn)管理和報(bào)廢申請(qǐng)?zhí)峁?zhǔn)確資料。

    (3)監(jiān)督記錄模塊

    實(shí)驗(yàn)室內(nèi)服務(wù)器管理系統(tǒng)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的微機(jī)以Brower／Serve模式在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)成局域網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)室人員數(shù)據(jù)庫(kù)分為四級(jí)：負(fù)責(zé)人、管理人員、指導(dǎo)教師和學(xué)生，一人一張IC卡。指導(dǎo)教師根據(jù)“實(shí)驗(yàn)室課程順序表”確定有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)班級(jí)，向?qū)W生發(fā)布實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容要求。學(xué)生要持IC卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)完成后由實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的微機(jī)提交實(shí)． 驗(yàn)數(shù)據(jù)，服務(wù)器管理系統(tǒng)自動(dòng)記錄該學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后等待驗(yàn)收。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師憑IC卡可以重新啟動(dòng)電源，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢查和評(píng)分，對(duì)設(shè)備和工具進(jìn)行驗(yàn)收；驗(yàn)收結(jié)果分別記入“學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)成績(jī)記錄”和“實(shí)驗(yàn)室日常記錄” 如果有儀器設(shè)備損壞會(huì)自動(dòng)形成 設(shè)備待修單”。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師可以隨時(shí)將學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)錄入系統(tǒng)。 

    (4)實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)估表格生成模塊

    該系統(tǒng)根據(jù)以上實(shí)際數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)條件，可以形成綜合評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室王作韻各類(lèi)報(bào)表。例如：根據(jù)指導(dǎo)教師輸入的“學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)和記錄數(shù)據(jù)，自動(dòng)評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)；按照實(shí)驗(yàn)室評(píng)估要求，輸出各種報(bào)表：“實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃”、“綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)清單以及計(jì)算開(kāi)出率”、 值班日志”、“維修記錄”及“本學(xué)期該實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表”等。

4 系統(tǒng)特色

    將IC智能卡技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室機(jī)房管理系統(tǒng)相結(jié)合給機(jī)房管理部門(mén)帶來(lái)諸多便利。表現(xiàn)如下： 

    (1)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)更安全：充分利用IC智能卡的存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，將持卡人的個(gè)人檔案、系統(tǒng)密碼寫(xiě)入卡中。由于卡的保密性好和不可隨意改動(dòng)等特性，、保證了從卡中所讀取的數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性，杜絕了密碼被竊的可能性。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)時(shí)，只要將學(xué)生IC卡經(jīng)讀卡器刷卡履，計(jì)算機(jī)即,-Jr自動(dòng)完成系統(tǒng)合法用戶(hù)身份的驗(yàn)證，不必用鍵盤(pán)輸入密碼 若Ic卡丟失或損壞，系統(tǒng)將會(huì)禁止原卡在系統(tǒng)中的一切操作，不會(huì)給系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)帶來(lái)危險(xiǎn)。 
    (2)信息存儲(chǔ)：刷卡進(jìn)入系統(tǒng)后，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上微機(jī)系統(tǒng)以Brower／Serve模式與服務(wù)器通信，可記錄將學(xué)生進(jìn)入、離開(kāi)系統(tǒng)的時(shí)間及所做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。管理人員可根據(jù)記錄隨時(shí)監(jiān)控每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況。
    (3)方便查詢(xún)：IC智能卡中已經(jīng)記錄了人員的個(gè)人情況。為提高查詢(xún)速度，根據(jù)查詢(xún)條件自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，提高了查詢(xún)效率。

5 系統(tǒng)使用效果 

    實(shí)驗(yàn)室的局域網(wǎng)由服務(wù)器、交換機(jī)、微機(jī)工作站等設(shè)備經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接而成。網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)采用總線型結(jié)構(gòu)，以TCP／IP協(xié)議為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)不同機(jī)種和不同操作系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)互連。服務(wù)器運(yùn)行在Windows NT+Server或Windows 2000 Sever平臺(tái)上，數(shù)據(jù)庫(kù)采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Sever710或SQLSever2000。工作站和客戶(hù)機(jī)采用Windows NT、Windows 98／2000操作系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)幾年的學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。本系統(tǒng)的使用效果總結(jié)如下。

    (1)有效地解決了人工管理的工作量大、維護(hù)困難等問(wèn)題。
    (2)提供了學(xué)生上機(jī)按日、月、年、特定期限的統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能。可統(tǒng)計(jì)學(xué)生上機(jī)時(shí)機(jī)房利用率和實(shí)驗(yàn)開(kāi)出率等情況，為上級(jí)決策部門(mén)提供分析材料。 
    (3)學(xué)生身份認(rèn)證合法后才能開(kāi)機(jī)一個(gè)工作臺(tái)，注冊(cè)成功后就不臺(tái)甚再注冊(cè)另一臺(tái)機(jī)器。
    (4)管理人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)視學(xué)生上機(jī)情況，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)布指令，指導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)。
    (5)IC卡還可用于學(xué)校的計(jì)算機(jī)房、圖書(shū)館、食堂及門(mén)禁等，為校園一卡通做好準(zhǔn)備。 

    當(dāng)然，智能化實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的應(yīng)用并不能全部包攬實(shí)驗(yàn)室管理和教學(xué)工作，主要是完成了指導(dǎo)教師面對(duì)眾多實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)的繁重的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算任務(wù)，有利于快速而科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)排課；有效地評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)；監(jiān)督和記錄從日常實(shí)驗(yàn)室管理到每個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程；從而為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)保留了完整和真實(shí)的記錄數(shù)據(jù)。各類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表也為評(píng)估實(shí)驗(yàn)室日常工作和管理提供了重要依據(jù)。

    作者簡(jiǎn)介：閆春娟(1969-)，女，學(xué)士，工程師，主要從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理
    陳琦(1978-)，男，學(xué)士，講師，主要從事通信方面的教學(xué)與科研工作。

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