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基于IC卡的开放式实验室管理系统设计与实现

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  摘 要
  随着高校规模扩大和学生人数不断的增加,再加上高校对学生动手能力的要求越来越高,以往的人工管理实验室模式的资源分配已经不再适合。系统在学生、教师、管理员三种模式运行。在学生预约模式下,学生可以预约单个实验器材,并可以在预约时间内去实验室通过刷校园卡(IC卡)打开设备进行实验。在教师预约模式下,教师可以预约整个实验室作为教学使用,也可以删除学生已预约的实验设备。在管理模式下,实验室管理员可以对所有实验进行添加和删除等操作。大大提高实验室的利用率。实验结束时,学生还可以直接提交电子版实验报告,由老师批改给出成绩,简单方便。
  【关键词】开放性实验室 B/S实验预约 IC卡技术
  1 总体结构
  该管理系统分为两大块来实现:实验室预约信息管理系统、实验室管理系统
  1.1 实验室预约信息管理系统
  该预约系统是采用asp.net4.0实现的web系统。系统主要分为学生预约,教师预约,管理员三大部分。每一个登录系统的用户通过自己的用户权限访问相应的信息。
  学生预约:在同一时间内,针对同一个学生用户只能预约一个实验室座位,预约成功后可以查看、修改、删除自己的预约信息,并可以以excel格式导出预约信息表,方便查看。学生预约实验室是自由的,在实验室开放的时候学生都可以自己预约进行自己的实验,或者预约任课教师的实验课进行实验。实验结束后,学生可以编辑自己的实验报告在线提交,由教师批改。在学校资金充足的情况下,也可以直接用扫描仪扫描手写实验报告提交。
  教师预约:教师预约时可以对单独的实验室座位或者整个实验室进行预约,也可以对其信息进行查看、修改、删除和导出excel。避免了在学生不知情的情况下被删除预约信息的情况。对于学生提交的实验报告,教师进行在线修改,给出成绩供学生查看。
  管理员:管理员拥有学生和老师所有的权限的同时,还可以查看学生设备的状况,以便进行相应的追责。系统维护、信息更新,实验室可预约时间的设定也是在管理员的权限下的。
  1.2 实验室管理系统
  实验室系统主要是对实验室电源,IC卡读取,监控进行管理。该系统主要由IC卡技术、单片机技术、视频监控技术实现。
  系统可以通过主控服务器实验室进行监控,若实验设备被恶意损坏或被盗,检测装置会将信息反馈给单片机,单片机处理后驱动警报器发出警报,并通过系统第一时间报告给实验室管理人员,管理人员就可以进行相应的处理。实验结束后学生刷卡注销,服务器终止记录相应学生的实验信息并储存到相应数据库。
  2 主要硬件
  2.1 IC卡
  射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个LC串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同,这样在电磁波激励下,LC谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷;在这个电荷的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内存储,当所积累的电荷达到2V时,此电容可作为电源为其它电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。此系统实用的IC卡就是校园卡。
  2.2 RC522读卡器
  读卡器模块包括MCU、读卡器芯片、天线及其滤波匹配电路
  工作原理:MCU通过对读卡器芯片内寄存器的读写来控制读卡器芯片,读卡器芯片收到MCU发来的命令后,按照非接触式射频卡协议格式,通过天线及其匹配电路向附近发出一组固定频率的调制信号(13.56MHz)进行寻卡,若此范围内有卡片存在,卡片内部的LC谐振电路(谐振频率与读卡器发送的电磁波频率相同)在电磁波的激励下,产生共振,在卡片内部电压泵的作用下不断为其另一端的电容充电,获得能量,当该电容电压达到2V时,即可作为电源为卡片的其他电路提供工作电压。经过一系列的运行进行读卡操作!
  2.3 W5500
  是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器,为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。W5500集成了TCP/IP协议栈,10/100M以太网数据链路层(MAC)及物理层(PHY),使得用户使用单芯片就能够在他们的应用中拓展网络连接。数据传递软件将从数据库里面获得的数据信息经过w5500传送至单片机中进行存储。
  3 主要软件
  3.1 ASP.NET网站
  ASP.NET以其良好的结构及扩展性、简易性、可用性、可缩放性、可管理性、高性能的执行效率、强大的工具和平台支持和良好的安全性等特点成为目前最流行的Web开发技术之一。本系统网站采用asp.net进行开发,数据库服务器采用的是SQL Server,采用此数据库是出于对数据库容量的考虑,SQL Server完全可以适应基于校园的这样一个预约存储要求。
  3.2 数据传递软件
  本系统的数据传递软件采用java编写,很好的利用了java语言的平台无关性。它将对应实验室的实验预约信息传递至对应实验室的单片机中进行存储,在数据库表中有一个字段,如果预约信息有所变化,该字段将置1,数据传递软件通过判断此字段信息来判断对应信息是否变化,从而判断是否对单片机的数据信息进行更新!
  4 结论
  在本文中提出来基于非接触式IC卡作为开放式实验室管理系统的载体,充分利用了IC卡的优点构建了开放式实验室管理系统,系统还采用了B/S模式、ASP.NET技术以及数据库同步服务等,建立了一套相对较完整的实验室管理系统。本设计可实现对设备的开放性管理,大大减少了人力成本,顺应电子时代发展的潮流。相对于传统的实验室系统,具有以下优点:将学生和老师以及实验室管理员三者有机地结合在一起,有助于提高实验室的管理效率;学生可以在任何时间,任何地点进行试验的预约,使实验设备、资源得到充分利用。
  参考文献
  [1]刘天颖,蔡振江,王宾宾,高立艾. 基于IC卡的开放性单片机实验室管理系统[J],科技信息,2010(01).
  [2]戴上平,等.ASP.NET 4完全自学手册[M].北京:机械工业出版社,2009.
  作者单位
  大连民族大学 辽宁省大连市 116600
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