基于Web 的多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

程 萍，吳 飛，徐華中

(武漢理工大學(xué) 自動化學(xué)院，湖北 武漢430070)

隨著實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的擴(kuò)大及功能的復(fù)雜化，實(shí)驗(yàn)室在承擔(dān)常規(guī)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的同時，要求增加設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性和選擇性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以滿足不同用戶個性化發(fā)展的需要，這就要求為實(shí)驗(yàn)室管理者和用戶提供更好的技術(shù)支撐、便捷的服務(wù)以及高效的管理模式。隨著使用實(shí)驗(yàn)室的用戶人數(shù)激增，采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理模式顯然已經(jīng)力不從心，開發(fā)多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)勢在必行［1］。

為了提高各類用戶的實(shí)際動手能力、理論水平，需要配置各種類型的實(shí)驗(yàn)室。但用于實(shí)驗(yàn)室的面積增長有限，難以提供與用戶規(guī)模相當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)室［2］。這就使得許多管理者將功能相對單一的實(shí)驗(yàn)室集中起來，功能疊加，構(gòu)建多功能實(shí)驗(yàn)室，這給實(shí)驗(yàn)室管理帶來了新的挑戰(zhàn)［3］。

因此，采用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是一項(xiàng)十分迫切的任務(wù)。

1 功能分析

多功能實(shí)驗(yàn)室包括3 個區(qū)域：公共區(qū)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)區(qū)和科研區(qū)。公共區(qū)主要放置微機(jī)、打印機(jī)、掃描儀?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行用戶數(shù)量較多且不復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)?？蒲袇^(qū)放置各種較昂貴儀器并可在此進(jìn)行較復(fù)雜的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)，該區(qū)供經(jīng)授權(quán)后承擔(dān)科研任務(wù)的用戶使用，需要專門的預(yù)約登記手續(xù)。

在多功能實(shí)驗(yàn)室中主要有3 類人員，即用戶、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員和實(shí)驗(yàn)室管理人員。用戶需要接受實(shí)驗(yàn)安排，預(yù)約公共區(qū)計(jì)算機(jī)位，接受實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員的任務(wù)安排并及時匯報(bào)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展情況等。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員需要借助系統(tǒng)向用戶發(fā)布消息、分配任務(wù)并監(jiān)管用戶實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程等。實(shí)驗(yàn)室管理人員包括實(shí)驗(yàn)室工作人員和相關(guān)部門負(fù)責(zé)人，實(shí)驗(yàn)室管理人員需要對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行管理，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行安排，接受和處理公共區(qū)和科研區(qū)的預(yù)約。多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)主要功能如圖1 所示。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 開發(fā)工具和數(shù)據(jù)庫的選擇

目前系統(tǒng)構(gòu)建的應(yīng)用軟件開發(fā)模式分為兩種：客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)模式和瀏覽器/服務(wù)器(B/S)模式［4］。C/S 模式是面向應(yīng)用的，一般建立在專用的小范圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下?？紤]到Web 應(yīng)用具有不受辦公地點(diǎn)限制的特點(diǎn)，因此采用B/S架構(gòu)模式可以滿足系統(tǒng)用戶，特別是指導(dǎo)教師移動辦公的需求。

在開發(fā)工具的選擇上，PHP 混合了C、Java、Perl 以及PHP 自創(chuàng)新的語法［5］。安裝PHP 可以使其比CGI 或者Perl 更快速地執(zhí)行動態(tài)網(wǎng)頁［6］。用PHP 做出的動態(tài)頁面與其他的編程語言相比，PHP 是將程序嵌入到HTML 文檔中去執(zhí)行，執(zhí)行效率比完全生成HTML 標(biāo)記的CGI 要高許多;PHP 還可以執(zhí)行編譯后代碼，編譯可以達(dá)到加密和優(yōu)化代碼運(yùn)行，使代碼運(yùn)行更快的目的。PHP支持幾乎所有流行的數(shù)據(jù)庫以及操作系統(tǒng)。

在數(shù)據(jù)庫的選擇上，系統(tǒng)采用了MYSQL 數(shù)據(jù)庫。MYSQL 是一個快速、多線程、多用戶的SQL 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器［7］，是PHP 的首選數(shù)據(jù)庫。支持正規(guī)的SQL 查詢語言和采用多種數(shù)據(jù)類型，能對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種詳細(xì)的查詢等都是PHP 選擇MYSQL 的主要原因［8］。

圖1 多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)功能圖

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)上述功能分析，多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)所管理的對象主要有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)用戶、科研實(shí)驗(yàn)用戶、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室管理人員、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、計(jì)算機(jī)等，包括管理員表、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員表、用戶表、設(shè)備表、設(shè)備維修表、計(jì)算機(jī)表、報(bào)告文檔表、月匯報(bào)文檔表、材料表、項(xiàng)目表和實(shí)驗(yàn)評價(jià)表等，共計(jì)21 個表。

2.3 YII 框架的應(yīng)用

隨著Web 應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為提高應(yīng)用開發(fā)效率，在項(xiàng)目中經(jīng)常需要框架［9］。YII 是一個基于組件的高性能PHP 框架，用于開發(fā)大型Web 應(yīng)用［10］。YII 提供了目前Web 2.0 應(yīng)用開發(fā)所需要的幾乎一切功能。

作為一個PHP 開發(fā)的應(yīng)用框架，該系統(tǒng)采用WNMP(Windows+Nginx+MYSQL +PHP)集成環(huán)境，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 YII 框架系統(tǒng)構(gòu)架

2.3.1 應(yīng)用入口

應(yīng)用入口包括訪問入口、應(yīng)用控制器、應(yīng)用組件3 個部分，其主要功能是初始化Web 應(yīng)用所需組件，并啟動YII 框架。

其中訪問入口是一個啟動腳本文件，其配置如下：

在main.php 中，配置所需要用到的組件及其參數(shù)，包括所用數(shù)據(jù)庫組件、分布式緩存組件、域名管理器組件、代碼生成器組件(Gii)等，配置文件部分內(nèi)容如下：

這里考慮到系統(tǒng)規(guī)模，設(shè)計(jì)采用兩臺計(jì)算機(jī)運(yùn)行CMemCache 緩存服務(wù)，將經(jīng)常性訪問的數(shù)據(jù)存入分布式緩存中可以提高系統(tǒng)整體性能。使用成熟的開源數(shù)據(jù)庫MYSQL 可以有效控制系統(tǒng)開發(fā)成本。利用可視化的代碼生成器Gii，可以自動地生成MVC 代碼文件，提高開發(fā)效率。

2.3.2 控制器

控制器接受用戶輸入并調(diào)用模型和視圖完成用戶的需求?？刂破魇抢^承CController 的一個類。當(dāng)用戶對其發(fā)出請求后，相應(yīng)的控制器將會被創(chuàng)建，并執(zhí)行用戶請求的動作。

2.3.3 模型

模型用來持久化數(shù)據(jù)，描述業(yè)務(wù)規(guī)制。一個模型即是一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)對象，其既可以是數(shù)據(jù)庫中的一個表又可以是一個用戶輸入表單。這兩種數(shù)據(jù)對象在YII 框架中對應(yīng)為FormModel(FM)和ActiveRecord(AR)兩個對象。

FM 對象是CFormModel 的一個實(shí)例，其通常用來收集用戶輸入，這些數(shù)據(jù)通常是被收集、使用后就即刻被銷毀的，例如用戶登錄，輸入的用戶名和密碼以用戶輸入表單的形式提交服務(wù)器，YII框架使用FM 對象對其進(jìn)行收集和處理。

AR 對象是CActiveRecord 的一個實(shí)例，其被設(shè)計(jì)成一個訪問數(shù)據(jù)庫的抽象對象，每一個AR對象對應(yīng)著數(shù)據(jù)表中的某一字段列數(shù)據(jù)的集合。通過AR 對象，多種數(shù)據(jù)庫可以通過相同的方式進(jìn)行訪問。

2.3.4 視圖

視圖是用戶看得到的并與其交互的界面。YII 中視圖主要是由用戶交互組件組成的php 腳本文件，而通過這些腳本文件名，控制器將用戶請求應(yīng)答的數(shù)據(jù)回傳到相應(yīng)的視圖腳本文件中。利用一個特殊的視圖類Layout，該視圖將公共的頭部和尾部內(nèi)容定義在一個靜態(tài)文件中，編寫視圖腳本文件時只需要關(guān)注主題內(nèi)容，可以使Web 應(yīng)用具有一致的界面風(fēng)格并減少重復(fù)代碼量。

3 應(yīng)用實(shí)例及效果分析

3.1 應(yīng)用實(shí)例

該系統(tǒng)已經(jīng)在某大學(xué)研究生實(shí)驗(yàn)室成功進(jìn)行了應(yīng)用，該系統(tǒng)運(yùn)行4 個月以來，共計(jì)有5 名實(shí)驗(yàn)室管理員、13 名研究生導(dǎo)師和56 名研究生試用了該系統(tǒng)。為了節(jié)省成本、提高硬件使用效率，系統(tǒng)連同數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web 服務(wù)器，以及文件服務(wù)器一同被部署在一臺主機(jī)上。主機(jī)放置在研究生多功能實(shí)驗(yàn)室中，通過校園網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)相連。實(shí)驗(yàn)室管理員、研究生導(dǎo)師和研究生既可以通過臺式機(jī)上網(wǎng)操作，也可以用手機(jī)等移動設(shè)備無線上網(wǎng)操作該管理系統(tǒng)。

3.2 應(yīng)用結(jié)果分析

該多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)主頁如圖3 所示，學(xué)術(shù)交流功能中學(xué)習(xí)資料網(wǎng)頁截圖如圖4 所示，設(shè)備預(yù)約中計(jì)算機(jī)預(yù)約功能網(wǎng)頁截圖如圖5 所示。

圖3 多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)主頁界面圖

經(jīng)測試，系統(tǒng)首頁面在校園網(wǎng)內(nèi)的平均響應(yīng)時間為0.01 s，而查詢?nèi)?37 名研究生的個人信息時，頁面的平均響應(yīng)時間為0.5 s。因此應(yīng)用YII 架構(gòu)可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，滿足管理系統(tǒng)要求。

4 結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)室資源嚴(yán)重緊張的情況下，急需將多個功能疊加到一個實(shí)驗(yàn)室中，因此構(gòu)建多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是十分必要的。由于手機(jī)等移動上網(wǎng)設(shè)備日益普及，采用B/S 結(jié)構(gòu)是必然趨勢，考慮到動態(tài)響應(yīng)能力、降低成本等各方面因素，該系統(tǒng)采用PHP 開發(fā)工具、MYSQL 數(shù)據(jù)庫，以及基于組件的高性能YII 框架。測試結(jié)果表明，所構(gòu)建的基于Web 的多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)響應(yīng)快、可擴(kuò)展性好。多功能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)在某研究生實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用后，導(dǎo)師和研究生可以隨時進(jìn)行設(shè)備和計(jì)算機(jī)預(yù)約，提高了設(shè)備和計(jì)算機(jī)的利用效率，構(gòu)造了公平和諧的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。同時也大大降低了實(shí)驗(yàn)室管理人員工作量和實(shí)驗(yàn)成本。

圖4 學(xué)術(shù)交流功能中學(xué)習(xí)資料網(wǎng)頁截圖

圖5 設(shè)備預(yù)約中計(jì)算機(jī)預(yù)約功能網(wǎng)頁截圖

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