基于IC卡的高校實(shí)驗室智能管理系統設計

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.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)這幾年高校擴招，各工科院校的實(shí)驗教學(xué)壓力劇增。使實(shí)驗教學(xué)管理中存在實(shí)驗條件不足和實(shí)驗設備、實(shí)驗手段相對落后的兩大問(wèn)題更為突出。另外，現在全國高校正在進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評估檢查，而實(shí)驗教學(xué)評 中的重要指標是所開(kāi)設課程的教學(xué)工作量的統計，如實(shí)驗課程、實(shí)驗項目、實(shí)驗人時(shí)數、綜合設計性實(shí)驗的個(gè)數及開(kāi)設情況等。每年每個(gè)任課教師都進(jìn)行類(lèi)似的重復性填表工作，不僅浪費時(shí)間，而且統計數據不準確。因此，筆者參與了我校實(shí)驗教學(xué)改革項目，設計了基于IC卡的高校實(shí)驗室智能管理系統。該系統主要實(shí)現對實(shí)驗上機學(xué)生的身份識別、實(shí)驗臺電源控制、實(shí)驗內容要求的自動(dòng)生成、實(shí)驗數據和成績(jì)的記錄、學(xué)期末各類(lèi)實(shí)驗工作量的統計和上傳等。 

1 IC卡實(shí)驗室智能管理系統原理 

    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別卡，是射頻識別RFID技術(shù)和IC卡技術(shù)有機結合的產(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(cháng)等特點(diǎn)。圖1為IC卡實(shí)驗室智能管理系統的總體原理框圖。

圖1 IC卡實(shí)驗室智能管理系統的總體框圖 

    該系統主要包括IC卡讀卡器模塊、實(shí)驗臺電源控制系統模塊及服務(wù)器實(shí)驗管理系統模塊。系統可以實(shí)現如下功能： 

    ①前兩個(gè)模塊完成學(xué)生身份合法認證及實(shí)驗臺電源控制。
    ②實(shí)驗管理系統模塊可實(shí)現學(xué)生考勤、以Browse／Server方式向學(xué)生實(shí)驗臺上的微機發(fā)送實(shí)驗項目?jì)热莺鸵?，并接受學(xué)生的實(shí)驗數據及報告。
    ③服務(wù)器管理系統完成每學(xué)期各類(lèi)實(shí)驗報表，如實(shí)驗室課程表、實(shí)驗項目統計及實(shí)驗室利用率等。

2 實(shí)驗臺電源控制系統設計 

    實(shí)驗臺上的供電控制是通過(guò)驗證學(xué)生IC卡的ID號的合法性來(lái)實(shí)現的。該功能是由IC讀卡器、服務(wù)器上的實(shí)驗管理系統和實(shí)驗臺電源單片機控制系統三部分共同實(shí)現的，如圖2所示。

圖2 實(shí)驗臺電源控制系統 

    服務(wù)器實(shí)驗管理系統預先錄入學(xué)生IC卡的ID號(設置為學(xué)生學(xué)號)。學(xué)生需要進(jìn)入實(shí)驗室做實(shí)驗時(shí)，先在實(shí)驗室門(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)將卡號存入服務(wù)器鍵盤(pán)緩沖區 服務(wù)器實(shí)驗管理軟件通過(guò)查詢(xún)鍵盤(pán)緩沖區的狀態(tài)，來(lái)讀取緩沖區內學(xué)生卡號，并與預存的合法卡號匹配。如果IC卡合法，服務(wù)器管理系統將卡號的末尾兩位數(一個(gè)自然班學(xué)生人數不超過(guò)35人)，以RS485通信方式傳送給實(shí)驗臺電源控制系統的單片機。 

    單片機將接收的8位卡號編碼后通過(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)制數的范圍是1-35。設當前學(xué)生的卡號為i，則 Yi 輸出一個(gè)有效的TTL正脈沖信號。該脈沖觸發(fā)對應的第i個(gè)觸發(fā)器置“1”。由于要傳送10米以上的距離來(lái)驅動(dòng)固態(tài)繼電器動(dòng)作，因此要對脈沖進(jìn)行電平轉換。本設計將觸發(fā)器“1”通過(guò)D觸發(fā)器，并由電平轉換器轉換為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)驗臺上供電。從而完成學(xué)生身份認證、考勤和實(shí)驗臺供電控制的任務(wù)。

3 服務(wù)器實(shí)驗管理系統設計 

    實(shí)驗室管理系統軟件由四個(gè)模塊構成。
 
    (1)實(shí)驗課程管理模塊 

    該系統對實(shí)驗教學(xué)管理嚴格按照教育部“關(guān)于實(shí)驗室評估標準"o因此，需錄入本實(shí)驗室開(kāi)設課程的“專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱”，任課教師根據大綱分別制定本學(xué)期各實(shí)驗班級“實(shí)驗教學(xué)計劃”。全部教學(xué)計劃錄入完成后，系統根據實(shí)驗教學(xué)計劃、各班級學(xué)生人數(錄入學(xué)生的名單和學(xué)號)、教務(wù)課程表和其它實(shí)驗安排等因素數，排定本學(xué)期本實(shí)驗室的實(shí)驗安排順序表。經(jīng)修改確認后，系統自動(dòng)根據“順序表”監督記錄各實(shí)驗過(guò)程，通過(guò)學(xué)生IC卡的卡號驗證阻止非法用戶(hù)或合法用戶(hù)在非法時(shí)間開(kāi)啟實(shí)驗設備，自動(dòng)實(shí)現對學(xué)生作實(shí)驗的智能化管理。

    (2)儀器設備管理模塊 

    教學(xué)評估要求實(shí)驗室設備完好率為100 ，可見(jiàn)對儀器設備狀況的掌握和維護是保證實(shí)驗室良好運轉的重要條件。本系統要求實(shí)驗指導人員執行“驗收責任制”，即在實(shí)驗結束驗收時(shí)必須對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；若對實(shí)驗臺上的儀器調換，則應及時(shí)修改數據庫記錄。本實(shí)驗室管理系統開(kāi)機啟動(dòng)時(shí)對損壞儀器、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。根據設備維修情況，管理人員要及時(shí)錄入“維修”和“待報廢”記錄，系統自動(dòng)刪除相應“待修記錄”，形成設備維修和報廢情況統計報表，為實(shí)驗室固定資產(chǎn)管理和報廢申請提供準確資料。

    (3)監督記錄模塊

    實(shí)驗室內服務(wù)器管理系統與學(xué)生實(shí)驗臺上的微機以Brower／Serve模式在實(shí)驗室內構成局域網(wǎng)。實(shí)驗室人員數據庫分為四級：負責人、管理人員、指導教師和學(xué)生，一人一張IC卡。指導教師根據“實(shí)驗室課程順序表”確定有關(guān)實(shí)驗項目和實(shí)驗班級，向學(xué)生發(fā)布實(shí)驗項目和內容要求。學(xué)生要持IC卡進(jìn)入實(shí)驗室 實(shí)驗完成后由實(shí)驗臺上的微機提交實(shí)． 驗數據，服務(wù)器管理系統自動(dòng)記錄該學(xué)生的實(shí)驗，實(shí)驗結束后等待驗收。實(shí)驗指導教師憑IC卡可以重新啟動(dòng)電源，對學(xué)生實(shí)驗結果進(jìn)行檢查和評分，對設備和工具進(jìn)行驗收；驗收結果分別記入“學(xué)生現場(chǎng)成績(jì)記錄”和“實(shí)驗室日常記錄” 如果有儀器設備損壞會(huì )自動(dòng)形成 設備待修單”。實(shí)驗結束后，實(shí)驗指導教師可以隨時(shí)將學(xué)生實(shí)驗報告成績(jì)錄入系統。 

    (4)實(shí)驗教學(xué)評估表格生成模塊

    該系統根據以上實(shí)際數據記錄和統計條件，可以形成綜合評價(jià)實(shí)驗室王作韻各類(lèi)報表。例如：根據指導教師輸入的“學(xué)生實(shí)驗成績(jì)評定標準準和記錄數據，自動(dòng)評定學(xué)生實(shí)驗成績(jì)；按照實(shí)驗室評估要求，輸出各種報表：“實(shí)驗教學(xué)計劃”、“綜合設計性實(shí)驗清單以及計算開(kāi)出率”、 值班日志”、“維修記錄”及“本學(xué)期該實(shí)驗室實(shí)驗項目統計表”等。

4 系統特色

    將IC智能卡技術(shù)與實(shí)驗室機房管理系統相結合給機房管理部門(mén)帶來(lái)諸多便利。表現如下： 

    (1)實(shí)驗室管理系統更安全：充分利用IC智能卡的存儲優(yōu)勢，將持卡人的個(gè)人檔案、系統密碼寫(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據的可靠性和真實(shí)性，杜絕了密碼被竊的可能性。進(jìn)入實(shí)驗管理系統時(shí)，只要將學(xué)生IC卡經(jīng)讀卡器刷卡履，計算機即,-Jr自動(dòng)完成系統合法用戶(hù)身份的驗證，不必用鍵盤(pán)輸入密碼 若Ic卡丟失或損壞，系統將會(huì )禁止原卡在系統中的一切操作，不會(huì )給系統數據庫帶來(lái)危險。 
    (2)信息存儲：刷卡進(jìn)入系統后，實(shí)驗臺上微機系統以Brower／Serve模式與服務(wù)器通信，可記錄將學(xué)生進(jìn)入、離開(kāi)系統的時(shí)間及所做的實(shí)驗數據記錄下來(lái)。管理人員可根據記錄隨時(shí)監控每位學(xué)生的實(shí)驗操作情況。
    (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，根據查詢(xún)條件自動(dòng)對數據庫中的數據進(jìn)行篩選，提高了查詢(xún)效率。

5 系統使用效果 

    實(shí)驗室的局域網(wǎng)由服務(wù)器、交換機、微機工作站等設備經(jīng)網(wǎng)絡(luò )連接而成。網(wǎng)絡(luò )拓樸結構采用總線(xiàn)型結構，以TCP／IP協(xié)議為基礎，實(shí)現不同機種和不同操作系統之間的網(wǎng)絡(luò )互連。服務(wù)器運行在Windows NT+Server或Windows 2000 Sever平臺上，數據庫采用網(wǎng)絡(luò )數據庫SQL Sever710或SQLSever2000。工作站和客戶(hù)機采用Windows NT、Windows 98／2000操作系統。經(jīng)過(guò)幾年的學(xué)生上機實(shí)驗，達到了預期目標。本系統的使用效果總結如下。

    (1)有效地解決了人工管理的工作量大、維護困難等問(wèn)題。
    (2)提供了學(xué)生上機按日、月、年、特定期限的統計報表功能?？山y計學(xué)生上機時(shí)機房利用率和實(shí)驗開(kāi)出率等情況，為上級決策部門(mén)提供分析材料。 
    (3)學(xué)生身份認證合法后才能開(kāi)機一個(gè)工作臺，注冊成功后就不臺甚再注冊另一臺機器。
    (4)管理人員可以遠程監控監視學(xué)生上機情況，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程發(fā)布指令，指導學(xué)生活動(dòng)。
    (5)IC卡還可用于學(xué)校的計算機房、圖書(shū)館、食堂及門(mén)禁等，為校園一卡通做好準備。 

    當然，智能化實(shí)驗室管理系統的應用并不能全部包攬實(shí)驗室管理和教學(xué)工作，主要是完成了指導教師面對眾多實(shí)驗記錄數據的繁重的統計和計算任務(wù)，有利于快速而科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗排課；有效地評定學(xué)生實(shí)驗成績(jì)；監督和記錄從日常實(shí)驗室管理到每個(gè)實(shí)驗的具體過(guò)程；從而為實(shí)驗室建設保留了完整和真實(shí)的記錄數據。各類(lèi)統計報表也為評估實(shí)驗室日常工作和管理提供了重要依據。

    作者簡(jiǎn)介：閆春娟(1969-)，女，學(xué)士，工程師，主要從事實(shí)驗教學(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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