開發(fā)實(shí)驗室管理系統(tǒng)信息發(fā)布子系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

王偉　常中華　林敬學(xué)

【摘 要】本文介紹了一個開放實(shí)驗室管理系統(tǒng)中信息發(fā)布子系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。子系統(tǒng)包含服務(wù)器與移動顯示終端兩部分，二者通過教學(xué)場所的無線或者有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)連接。服務(wù)器端連接數(shù)據(jù)庫處理并存放系統(tǒng)中其他子系統(tǒng)采集的實(shí)時數(shù)據(jù)和日常教學(xué)數(shù)據(jù)等。移動顯示終端定時通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器，將服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)依照一定的格式進(jìn)行發(fā)布。

【關(guān)鍵詞】開放實(shí)驗室管理系統(tǒng)；點(diǎn)對點(diǎn)連接；子系統(tǒng)

【Abstract】This paper presents the design and implementation of an information display subsystem in an open laboratory management system. Subsystem includes two parts， server and mobile display terminal which are connected by a wireless or wired network. Server obliged to access database which store real-time data that collect by other subsystem and ordinary teaching data. mobile display terminal access the server on time and display the data which return from server.

【Key words】Open laboratory management system； Point-to-point； The subsystem

0 引言

1）概述

我國傳統(tǒng)的實(shí)驗室管理以人工管理為主，由管理人員負(fù)責(zé)實(shí)驗室的開關(guān)、登記考勤、設(shè)備檢修管理等。人工管理的缺陷在于實(shí)驗室的開放時間固定、進(jìn)出實(shí)驗室的學(xué)生不斷變化，增加了實(shí)驗室管理的難度。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人工管理實(shí)驗室已經(jīng)不能滿足當(dāng)前高等教育發(fā)展的需求。開放實(shí)驗室就是向?qū)W生提供進(jìn)行實(shí)驗和科學(xué)研究的空間和設(shè)備，增加實(shí)驗室使用時間，給學(xué)生提供個性化發(fā)展的平臺，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[1]。為促進(jìn)開放實(shí)驗室的健康快速發(fā)提高開放實(shí)驗室管理水平，有必要研發(fā)一套科學(xué)合理的開放實(shí)驗室管理系統(tǒng)[1]。

目前，國內(nèi)的開放實(shí)驗室管理系統(tǒng)的的實(shí)現(xiàn)主要有基于rfid技術(shù)、基于web技術(shù)、基于指紋或者面部生物特征識別技術(shù)等[2-4]，實(shí)驗室管理系統(tǒng)的功能主要是對實(shí)驗室的設(shè)備與耗材進(jìn)、銷、存進(jìn)行管理，對進(jìn)出實(shí)驗室的人員進(jìn)行身份識別。

2）我們實(shí)現(xiàn)的開放實(shí)驗室管理系統(tǒng)

研發(fā)團(tuán)隊基于目前高職院校實(shí)驗室管理的現(xiàn)狀和學(xué)生的基本情況，設(shè)計研發(fā)了新的開放實(shí)驗室管管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基本涵蓋當(dāng)前開放實(shí)驗管理的基本功能，設(shè)計原則為低耦合高內(nèi)聚，每個子系統(tǒng)都可以單獨(dú)設(shè)計實(shí)施，高?？梢愿鶕?jù)自己的實(shí)際情況，定制其中的部分子系統(tǒng)。圖1所示為系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)主要包含四個子系統(tǒng)。實(shí)驗室考勤子系統(tǒng)主要采用指紋識別技術(shù)，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗室和離開實(shí)驗室時采集指紋信息，系統(tǒng)會記錄學(xué)生使用實(shí)驗室的時間；子系統(tǒng)還用于在正常上課期間學(xué)生的課堂考勤，要求學(xué)生在課前和課后采集指紋，用于出勤信息記錄。門禁管理子系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗室的開門和關(guān)門，實(shí)現(xiàn)技術(shù)有兩部分，有權(quán)限進(jìn)入實(shí)驗室的人員可以在實(shí)驗室門口采集面部信息，權(quán)限信息匹配可以打開實(shí)驗室門，同時系統(tǒng)管理員可以通過網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器端開門。實(shí)驗室實(shí)時監(jiān)控子系統(tǒng)主要是通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時采集在實(shí)驗室后部安裝的高清攝像頭的視頻信號，并把視頻信息保存一個星期，管理人員可以在任何地方通過瀏覽器登錄服務(wù)器查看實(shí)驗室的實(shí)時情況和歷史情況。信息發(fā)布子系統(tǒng)的功能主要是在每個實(shí)驗室門口安裝移動終端，通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的信息發(fā)布與現(xiàn)實(shí)功能。

3）子系統(tǒng)的基本功能

信息發(fā)布子系統(tǒng)在每個實(shí)驗室或教室門口用智能化電子設(shè)備顯示日常信息和實(shí)時信息。顯示分為兩大部分，第一部分是日常課表的顯示和學(xué)生課堂實(shí)時考勤信息的顯示，第二部分是在教室有特殊活動時，依照管理員設(shè)置的格式顯示內(nèi)容。子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)顯示，即每個教室門口顯示的課表和信息都是針對信息發(fā)布終端所屬的教室的。

1 信息發(fā)布子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包含服務(wù)器和智能化電子設(shè)備，圖2所示為信息發(fā)布子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。目前，市場上最廣泛的智能電子設(shè)備主要是ios系統(tǒng)和android系統(tǒng)的，我們選擇開源的android系統(tǒng)作為信息發(fā)布終端的平臺。系統(tǒng)中每個實(shí)驗室或教室門口安裝一臺智能終端，每臺智能終端使用固定的ip地址，通過無線或者有線網(wǎng)絡(luò)，連接到指定服務(wù)器。管理員可以通過桌面電腦或者其他設(shè)備的瀏覽器軟件登錄服務(wù)器，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、信息錄入、信息查看等操作。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)主要包含三大部分，第一部分是用戶信息，包括教師、學(xué)生、管理員等使用系統(tǒng)的人員的基本信息；第二部分是日常教學(xué)信息，主要是日常教學(xué)的教務(wù)管理所需的信息；第三部分是信息發(fā)布的基本信息，包括學(xué)生的考勤信息、實(shí)時通知信息等。以下列出的是數(shù)據(jù)庫中與信息發(fā)布子系統(tǒng)相關(guān)的部分表的設(shè)計。

2.1 教室信息表room（表1）

RmId：實(shí)驗室或教室編號。

RmName：實(shí)驗室或教室名稱。

RmIp：信息發(fā)布用android智能終端的固定ip地址。

DispStatus：信息發(fā)布終端當(dāng)前所處的顯示狀態(tài)，可以取的值限定于A、B、C、D。

DispContent：信息發(fā)布終端當(dāng)前在顯示的通知的格式與內(nèi)容定義。

DispStartTime：信息發(fā)布終端當(dāng)前顯示通知的起始時間。

DispEndTime：信息發(fā)布終端當(dāng)前顯示通知的結(jié)束時間。

2.2 課時表

課時表是數(shù)據(jù)庫中一個非常重要的內(nèi)容，表中一條記錄是一節(jié)課的相關(guān)信息（表2）。

Id：當(dāng)前課時記錄序號。

Week：課時記錄的周序，從周一到周五。

Time：課時記錄的節(jié)次，可以是1-2節(jié)，1-4節(jié)等。

CorseId：課時記錄的課程編號。

CorseName：課時記錄的課程名稱。

TeacherId：任課教師的編號。

RoomId：課時記錄的實(shí)驗室號或教室號。

3 應(yīng)用程序設(shè)計

3.1 服務(wù)器端應(yīng)用程序設(shè)計

服務(wù)器端應(yīng)用程序因為規(guī)模較小，選擇了php作為實(shí)現(xiàn)語言，服務(wù)器應(yīng)用程序的主要功能有兩部分。第一部分是系統(tǒng)設(shè)置及數(shù)據(jù)輸入部分，由管理員在終端用瀏覽器輸入用戶名和密碼后登陸，管理員后可以查看課表信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改。另一部分是當(dāng)智能終端訪問服務(wù)器請求待顯示數(shù)據(jù)時，服務(wù)器針對不同實(shí)驗室或教室的終端點(diǎn)對點(diǎn)返回相應(yīng)的信息。兩部分代碼使用不同的登錄地址。圖3所示為處理智能終端訪問請求部分的代碼流程圖。

3.2 android終端程序設(shè)計

終端程序單獨(dú)建立線程，實(shí)現(xiàn)每隔固定時間往服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，接受服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后根據(jù)解析結(jié)果顯示相應(yīng)的界面。同時為了保證子系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，android終端應(yīng)用中設(shè)計了看門狗結(jié)構(gòu)，當(dāng)看門狗線程檢測到應(yīng)用程序因為連接網(wǎng)絡(luò)等各種原因?qū)е麻L時間不響應(yīng)，會在設(shè)定的時間超時后把應(yīng)用程序自動重啟（圖4）。

3.3 終端與服務(wù)器的應(yīng)用層通信協(xié)議設(shè)計

智能信息發(fā)布終端與服務(wù)器之間應(yīng)用層的通信協(xié)議為開發(fā)團(tuán)隊自行定義，基本的定義幀格式如表3所示：

1）開始標(biāo)記字段占1個字節(jié)，采用的符號為換行符號

。

2）幀類型標(biāo)記字段占1個字節(jié)，字符‘A表示該幀為實(shí)時信息發(fā)布幀，符號‘B表示該幀為保持顯示提示幀，符號‘C標(biāo)示該幀為課表更新數(shù)據(jù)幀，符號‘D表示該幀為終端激活時間范圍幀，符號‘E為保留幀類型，符號‘F表示錯誤信息幀。

3）數(shù)據(jù)長度字段占1字節(jié)，數(shù)據(jù)內(nèi)容為數(shù)據(jù)字段的字節(jié)數(shù)。

4）校驗碼字段占1字節(jié)，校驗碼的生成方法為從幀類型字段開始到數(shù)據(jù)字段結(jié)束的所有字節(jié)進(jìn)行模2加法運(yùn)算。

4 小結(jié)

開放實(shí)驗室管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個可用于高校實(shí)驗室開放式管理的系統(tǒng)，信息發(fā)布子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗室入口處進(jìn)行實(shí)時的信息發(fā)布，日常管理時顯示實(shí)驗室課表信息和使用實(shí)驗室的學(xué)生的考勤信息，特殊需求的時候可以按照指定的格式顯示指定的內(nèi)容。系統(tǒng)中集成了指紋掃描考勤、臉部掃描門禁管理等功能。但是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的的成本較高，實(shí)際應(yīng)用中高校管理人員可以綜合考慮應(yīng)用需求和成本，酌情訂制使用。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王楠]