基于RFID的實(shí)驗(yàn)簽到系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張晨亮　凌云峰　王文　畢濤

摘 要： 介紹了在校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于RFID射頻卡的B/S模式實(shí)驗(yàn)簽到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，著重闡述了系統(tǒng)開發(fā)的思路和關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。為開放性實(shí)驗(yàn)管理提供了一種嚴(yán)格高效、安全方便的管理方式，使教學(xué)資源得到了充分利用。實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的精細(xì)化管理，實(shí)驗(yàn)排課效率大大提高，學(xué)生自主性得到充分發(fā)揮，創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到了全面的提高。

關(guān)鍵詞： 實(shí)驗(yàn)簽到； RFID卡； B/S模式實(shí)驗(yàn)； 數(shù)據(jù)庫

中圖分類號(hào)： TN915.06?34； G64； TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）01?0106?03

Abstract： Design of B/S mode experiment signature system based on RFID card is introduced， which is applied to the campus network. The thought and key technologies for system development are elaborated emphatically， which provide a safe and efficient management method for open experiment management and make full use of teaching resource. The fine management in the process of experiment teaching was implemented. It made the experiment course scheduling efficiency improved greatly， students' initiative aroused fully， innovation ability strengthened constantly， and experimental teaching improved comprehensively.

Keywords： experiment signature； RFID card； B/S mode experiment； database＼

0 引 言

近幾年來，我院為了著重提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，不斷深化實(shí)踐教學(xué)改革，組建了多個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，同時(shí)提出了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式并提供了具有較大開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境[1]。在原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過將原有的個(gè)別關(guān)聯(lián)性較大的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)整合為一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，或?qū)⒁恍┬枰?yàn)證的內(nèi)容融入到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中去進(jìn)行驗(yàn)證的方法，以此來減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量，提高了綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在整個(gè)課程中所占的比例。為提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自主性，在課程時(shí)間的安排上，學(xué)生不拘泥于課表的約束，可根據(jù)各自的學(xué)習(xí)計(jì)劃靈活選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，在網(wǎng)上自主選擇并預(yù)約實(shí)驗(yàn)即可[2]。但這種模式會(huì)造成實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)形式具有一定的不確定性，給實(shí)驗(yàn)管理工作帶來了較大的難度，也對(duì)管理者提出了更高的要求。為了較好地解決這個(gè)問題，依托校園網(wǎng)開發(fā)了相應(yīng)的管理軟件并結(jié)合射頻卡對(duì)開放性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行管理，學(xué)生只要將射頻卡出示在讀卡器的可識(shí)讀范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理軟件便可根據(jù)刷卡情況記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，上實(shí)驗(yàn)課前來到實(shí)驗(yàn)室和做完實(shí)驗(yàn)離開實(shí)驗(yàn)室時(shí)，分別進(jìn)行兩次刷卡，即可完成實(shí)驗(yàn)登記和考勤。這樣做不僅便于對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的安排和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理，還能夠密切跟蹤教師和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。

1 實(shí)驗(yàn)簽到系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 軟件模式

考勤軟件通常采用兩種處理模式，一種是C/S模式，C指客戶機(jī)，S指服務(wù)器；另一種是B/S模式，B指瀏覽器，S指服務(wù)器[3]。

在C/S模式下，要求用戶使用定制的客戶機(jī)軟件訪問服務(wù)器來開展日常業(yè)務(wù)的處理。這種模式的一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)處理復(fù)雜業(yè)務(wù)或訪問數(shù)據(jù)量較大時(shí)，客戶端往往會(huì)成為該模式的瓶頸。因?yàn)镃/S模式的特點(diǎn)是需將應(yīng)用處理留在客戶端，這樣會(huì)導(dǎo)致在處理復(fù)雜應(yīng)用時(shí)客戶端應(yīng)用程序會(huì)過于“臃腫”，造成業(yè)務(wù)處理邏輯變化的適應(yīng)能力和擴(kuò)展能力都受到了很大局限；C/S模式的另一個(gè)不足是系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)，由于用戶的分布性，當(dāng)系統(tǒng)需要維護(hù)和升級(jí)時(shí)，要對(duì)每一個(gè)客戶端進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)，工作量大，而且在系統(tǒng)升級(jí)時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)用戶版本不一致的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致部分用戶無法使用新版本，無法正常的開展工作。

B/S模式避免了C/S模式的缺點(diǎn)，提供了一種良好解決方案。用戶全部使用瀏覽器進(jìn)行相關(guān)操作，用戶接口功能由瀏覽器完成；客戶的應(yīng)用功能由Web服務(wù)器完成；應(yīng)用服務(wù)器（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）會(huì)分別響應(yīng)各個(gè)客戶請求后，再獨(dú)立地處理各類數(shù)據(jù)[4]。

用戶使用瀏覽器向Web服務(wù)器提出應(yīng)用服務(wù)請求，這個(gè)過程要利用應(yīng)用系統(tǒng)的Web頁面中的超鏈接。Web服務(wù)器接收用戶的請求，并向應(yīng)用服務(wù)器申請?zhí)幚恚瑧?yīng)用服務(wù)器處理完后，將結(jié)果返回Web服務(wù)器；再用HTTP協(xié)議經(jīng)由Web服務(wù)器把結(jié)果傳給用戶端，在用戶的瀏覽器中顯示處理結(jié)果。

B/S處理模式的客戶端比C/S模式進(jìn)行了大幅度的簡化，用戶只須使用統(tǒng)一的瀏覽器即可，操作十分方便；而系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)等所有工作和所有的應(yīng)用邏輯都可集中于服務(wù)器端，因此相關(guān)應(yīng)用程序在進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)時(shí)就不需要更換客戶端軟件，只要在服務(wù)器端進(jìn)行即可，這樣就大大降低了系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)升級(jí)時(shí)的成本和工作量，同時(shí)提高了工作效率。

不足之處是B/S模式工作效率比C/S模式有所下降，但可以采用高性能的服務(wù)器加以彌補(bǔ)。

1.2 RFID卡技術(shù)

考勤系統(tǒng)中，學(xué)生需要刷卡考勤，考勤卡是基于RFID技術(shù)的射頻卡。RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）技術(shù)是一種無線射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是接收讀取器（Reader）、天線（Antenna）以及電子標(biāo)簽（Tag），具體分布如圖1所示。電子標(biāo)簽主要由芯片和耦合元件組成，數(shù)據(jù)信息存在芯片內(nèi)部[5]。接收讀取器是讀取電子標(biāo)簽信息的設(shè)備。天線主要用于與信息讀取設(shè)備間通信，它可以在接收讀取器和電子標(biāo)簽之間傳遞射頻信號(hào)。其工作原理是當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入接收讀取器的有效區(qū)域后，會(huì)感應(yīng)到接收讀取器發(fā)出的射頻信號(hào)，電子標(biāo)簽通過電磁感應(yīng)獲取能量并工作，同時(shí)，通過調(diào)制器將存儲(chǔ)芯片中數(shù)據(jù)信息調(diào)制到反射回去的射頻信號(hào)中。接收讀取器讀取返回的射頻信息并解碼后，通過數(shù)據(jù)接口進(jìn)行輸出[6]。

無線射頻身份識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)是不需要物體之間互相接觸便可以自動(dòng)識(shí)別相關(guān)信息，識(shí)別的過程不需要人為的干涉，即可自動(dòng)辨別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，但是要在一定的空間范圍內(nèi)（幾厘米到幾百米）進(jìn)行，這個(gè)識(shí)別過程主要是通過射頻信號(hào)來進(jìn)行。該技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，首先，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，無需直接接觸和光學(xué)可視，因此使用也較為方便。其次，可工作于各種惡劣環(huán)境，可以防水、防油和防化學(xué)藥品等物質(zhì)腐蝕，無機(jī)械磨損，壽命長，因?yàn)榇嬗袛?shù)據(jù)的芯片是被密封在射頻卡中的[7]。只讀型的RFID卡還具有價(jià)格便宜、便于普及的優(yōu)勢。RFID電子標(biāo)簽還可以根據(jù)用戶需要制作成各種尺寸和形狀，用戶也可根據(jù)自己的喜好對(duì)RFID卡的外觀進(jìn)行DIY，可以在標(biāo)簽上簽上持卡者的姓名或印制照片，都不會(huì)影響該卡及整個(gè)系統(tǒng)的使用，因?yàn)槠鋬?nèi)部數(shù)據(jù)的讀取并不會(huì)受到外部因素如尺寸大小與形狀等的限制。每個(gè)標(biāo)簽的代碼可以做成世界上惟一的，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容通過密碼進(jìn)行保護(hù)，不容易被偽造或假冒。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要由考勤管理系統(tǒng)、讀卡器、射頻卡三個(gè)部分組成，如圖2所示。其中，考勤管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)相關(guān)信息的錄入與管理，主要包括課程信息、專業(yè)信息、實(shí)驗(yàn)場地信息、學(xué)生信息、射頻卡信息、考勤信息等，其主要功能是刷卡考勤，進(jìn)行考勤信息管理。讀卡器和射頻卡是本系統(tǒng)的硬件部分，讀卡器的作用是用來讀取射頻卡內(nèi)的信息，通過USB接口送給計(jì)算機(jī)，形成考勤系統(tǒng)可以識(shí)別的數(shù)據(jù)。射頻卡的作用是用來識(shí)別學(xué)生身份，此卡可以設(shè)計(jì)成印有學(xué)生照片的實(shí)驗(yàn)卡，由學(xué)生持有，需要考勤時(shí)刷卡即可[8]。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，考勤管理系統(tǒng)主要包括30多個(gè)信息表，其中主要有：

（1） 基礎(chǔ)信息部分，包括學(xué)期、院系、實(shí)驗(yàn)中心、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、專業(yè)、實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等信息表。

（2） 學(xué)生信息表，用于記錄學(xué)生的基本信息并把RFID卡的卡號(hào)與學(xué)生綁定，主要包括學(xué)生帳戶、密碼、學(xué)號(hào)、專業(yè)、RFID卡號(hào)等信息。

（3） 實(shí)驗(yàn)預(yù)約信息表，用于存儲(chǔ)教師提前發(fā)布的上課信息，學(xué)生可以根據(jù)該信息和自己的時(shí)間自主預(yù)約合適的上課時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（4） 考勤信息表，用于存儲(chǔ)學(xué)生已經(jīng)預(yù)約的實(shí)驗(yàn)，考勤的目的是產(chǎn)生上課時(shí)間和下課時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間作為考勤信息組成部分存儲(chǔ)在考勤信息表中。

（5） 管理員信息表，用于區(qū)分管理員的管理權(quán)限，管理權(quán)限分為超級(jí)管理員、普通管理員和教師。

（6） 系統(tǒng)配置信息表等。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

程序的模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)清晰，管理簡單，功能擴(kuò)充也十分方便。根據(jù)設(shè)計(jì)要求把系統(tǒng)分為4個(gè)模塊，分別為：實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子模塊、用戶管理子模塊、實(shí)驗(yàn)預(yù)約子模塊、實(shí)驗(yàn)簽到子模塊。各子模塊具有不同功能但又相互聯(lián)系，具體功能如下：

（1） 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子模塊

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子模塊包括學(xué)期管理、實(shí)驗(yàn)場地管理、專業(yè)管理、課程管理，主要作用是為考勤信息的形成提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

（2） 用戶管理子模塊

用戶管理子模塊包括管理員管理和學(xué)生管理。管理員共分為三個(gè)等級(jí)，分別為超級(jí)管理員、普通管理員和教師。超級(jí)管理員具有全部權(quán)限，普通管理員具有指定的部分權(quán)限，教師具有與授課相關(guān)的管理權(quán)限。

（3） 實(shí)驗(yàn)預(yù)約子模塊

實(shí)驗(yàn)預(yù)約子模塊包括教師發(fā)布可預(yù)約的信息和學(xué)生根據(jù)教師已發(fā)布的信息進(jìn)行預(yù)約兩個(gè)功能。教師根據(jù)開課計(jì)劃，把要開課的時(shí)間利用系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布，學(xué)生登錄后，找到需要預(yù)約的實(shí)驗(yàn)課程，點(diǎn)擊進(jìn)入后，系統(tǒng)會(huì)列出所有能夠供學(xué)生預(yù)約的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生可自主選擇合適的時(shí)間來完成實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)約。已預(yù)約的信息還可以在預(yù)約結(jié)束前取消，選擇其他時(shí)間預(yù)約。

（4） 實(shí)驗(yàn)簽到子模塊

考勤模塊分為考勤管理和實(shí)驗(yàn)刷卡兩個(gè)功能?？记诠芾戆ㄐ畔z索、修改、刪除等功能，主要負(fù)責(zé)所有考勤信息的管理。實(shí)驗(yàn)刷卡界面如圖3所示，學(xué)生把實(shí)驗(yàn)卡放在刷卡器上，實(shí)驗(yàn)卡中的編號(hào)自動(dòng)讀取到考勤軟件中，考勤軟件把這個(gè)卡號(hào)與數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行比對(duì)，如果信息存在則進(jìn)行刷卡數(shù)據(jù)的顯示并把刷卡時(shí)間寫入數(shù)據(jù)庫。刷卡時(shí)間包括學(xué)生的上課時(shí)間和下課時(shí)間，分別在上課前和下課后產(chǎn)生。另外，刷卡界面中用不同顏色的文字表示當(dāng)前學(xué)生的刷卡狀態(tài)，非常直觀。

3 結(jié) 語

經(jīng)過幾年不斷地建設(shè)，實(shí)驗(yàn)簽到系統(tǒng)已經(jīng)趨向成熟?；诳记谙到y(tǒng)，學(xué)生和教師能實(shí)時(shí)查詢實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的精細(xì)化管理，保障了實(shí)驗(yàn)教學(xué)正規(guī)化，避免了學(xué)生逃課和遺漏實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。利用實(shí)驗(yàn)預(yù)約功能，實(shí)驗(yàn)排課效率大大提高，解決了多年困擾教師的排課難題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室面向?qū)W生的全天開放，學(xué)生預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目積極，學(xué)生自主性得到充分發(fā)揮，創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到了全面的提高。

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