基于LabVIEW的農(nóng)藥檢測(cè)人員考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

史洪瑋 張花花 黃駿 徐志穎

關(guān)鍵詞： 無(wú)紙化考試系統(tǒng); LabVIEW; 考場(chǎng)認(rèn)證; 在線考試; 自動(dòng)閱卷; 云臺(tái)

中圖分類號(hào)： TN911.23?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）02?0049?05

Design of examination system based on LabVIEW for pesticide detection staff

SHI Hongwei， ZHANG Huahua， HUANG Jun， XU Zhiying

（1. School of Information Engineering， Suqian College， Suqian 223800， China; 2. Shaanxi Electronic Technology Institute， Xian 710000， China）

Abstract： In allusion to the frequently?occurring problems such as examinees′ substitution and cheating during the paperless examination， the LabVIEW technology and single chip microcomputer technology are adopted to complete the design of the monitoring terminal and examination terminal， which are applied in examinations of pesticide residue detection and other related professional knowledge. The system can not only realize the basic functions of the traditional paperless examination， but also realize the functions of real?time video recording without blind angle and photographing. The single chip microcomputer is used to control the cloud platform for camera rotation. The experimental results show that the system has the characteristics of stable data transmission， accurate test results and strong examination room identification， which has achieved the expected design goals.

Keywords： paperless examination system; LabVIEW; exam room identification; online examination; automatic scoring; cloud platform

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)紙化考試系統(tǒng)[1]在檢查知識(shí)掌握情況方面，具有成本低、公正性強(qiáng)以及準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，已經(jīng)成為考試的主流形式。

在企事業(yè)單位中，考核不僅使員工明確自己的工作職責(zé)、任務(wù)和目標(biāo)，還促使員工加強(qiáng)學(xué)習(xí)以提高技能，為實(shí)現(xiàn)企事業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)提供了人力資源保障，因此得到了企事業(yè)的廣泛重視，并制定了員工“工作?培訓(xùn)?考核?轉(zhuǎn)崗”等相關(guān)獎(jiǎng)懲機(jī)制。

本系統(tǒng)是新型無(wú)線便攜式農(nóng)產(chǎn)品殘毒檢測(cè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，其是運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)以及LabVIEW技術(shù)設(shè)計(jì)的一款無(wú)紙化考試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于檢測(cè)人員進(jìn)行農(nóng)藥殘留相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)及考核。文中完成了考試模塊、監(jiān)考模塊的相關(guān)設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)不僅具備自測(cè)和考試等基本功能[2]，而且實(shí)現(xiàn)了無(wú)死角實(shí)時(shí)錄像及拍照功能，杜絕了考生替考及考場(chǎng)作弊等行為，提高了考場(chǎng)認(rèn)證性，保障了考試的公正、透明。

1 ?應(yīng)用架構(gòu)

考試系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由監(jiān)考端和考試端構(gòu)成，集成了隨機(jī)抽題、自動(dòng)評(píng)閱、提交成績(jī)與答案、拍照及錄像等功能，具體功能如下：

監(jiān)考端：語(yǔ)音播放、實(shí)時(shí)監(jiān)控、作弊取照、成績(jī)及答案查看等。

考試端：考生信息表格、考生登錄及信息確認(rèn)、隨機(jī)抽卷及作答、自動(dòng)閱卷評(píng)分等。

該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化考試的基本功能[2]，還通過(guò)無(wú)死角拍照、錄像等功能，保證了考場(chǎng)的紀(jì)律性，杜絕各種作弊行為的發(fā)生。

2 ?硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)考端包括錄像/拍照模塊，由LabVIEW實(shí)現(xiàn)，鍵盤（指定的按鍵）通過(guò)錄像/拍照模塊可以直接控制攝像頭拍照錄像，并將圖像數(shù)據(jù)以時(shí)間戳命名，存儲(chǔ)至電腦硬盤中。

可控式云臺(tái)可由LabVIEW應(yīng)用程序發(fā)出指令，再由驅(qū)動(dòng)板分析指令[3];也可直接由驅(qū)動(dòng)板根據(jù)人工按鈕分析指令功能，從而完成云臺(tái)機(jī)的控制。本系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)板接收到人工按鈕指令后，通過(guò)對(duì)指令進(jìn)行分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)暫停和轉(zhuǎn)動(dòng)的控制。

驅(qū)動(dòng)板為單片機(jī)，型號(hào)為STC11F32XE，與傳統(tǒng)51單片機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)：低功耗、強(qiáng)抗干擾、超強(qiáng)加密;支持1T模式，22.118 4 MHz主頻;支持IAP技術(shù)，29 KB可擦除只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間可用于保存數(shù)據(jù);具有獨(dú)立的波特率發(fā)生器。

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是通過(guò)單片機(jī)控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，并將攝像頭放置在云臺(tái)上，完成可控式旋轉(zhuǎn)攝像頭設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)攝像頭如圖2所示，其可實(shí)現(xiàn)無(wú)死角錄像、拍照等考場(chǎng)認(rèn)證功能。硬件設(shè)計(jì)主要包括云臺(tái)控制模塊、串口調(diào)試模塊、復(fù)位模塊。

2.1 ?云臺(tái)控制模塊

云臺(tái)控制模塊是通過(guò)分析人工按鈕指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)和暫?？刂疲瑥亩刂茢z像頭無(wú)死角轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 ?串口調(diào)試模塊

驅(qū)動(dòng)板的通信串口有RX，TX，GND三根接線，通過(guò)USB轉(zhuǎn)TTL數(shù)據(jù)線與電腦連接。數(shù)據(jù)線中的TX，RX，GND分別接到通信串口的RX，TX，GND，通過(guò)這個(gè)接口將實(shí)現(xiàn)控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)和暫停的云臺(tái)控制代碼燒錄到驅(qū)動(dòng)板的MCU處理器中。

2.3 ?復(fù)位模塊

復(fù)位模塊主要提供一個(gè)手動(dòng)按鈕和相關(guān)支撐電路，當(dāng)檢測(cè)器異常時(shí)，可以通過(guò)人工方式復(fù)位，使驅(qū)動(dòng)器立即進(jìn)入初始狀態(tài)，并且從用戶定義的存儲(chǔ)器地址開(kāi)始執(zhí)行程序。

3 ?軟件設(shè)計(jì)

3.1 ?監(jiān)考端

監(jiān)考端功能通過(guò)選項(xiàng)卡集成在監(jiān)考狀態(tài)、考生狀態(tài)、查分狀態(tài)三個(gè)子模塊中。其中錄像/拍照、語(yǔ)音播放放在監(jiān)考狀態(tài);考生的狀態(tài)燈及上線人數(shù)的顯示放在考生狀態(tài);成績(jī)的查看、答案的保存放在查分狀態(tài)。

3.1.1 ?錄像/拍照子模塊

使用ActiveX容器控件插入vbVidCap.ez?VidCap控件，在程序框圖中其將屬性節(jié)點(diǎn)設(shè)置為_(kāi)ezVidCap類型，用于采集攝像頭的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，顯示到監(jiān)考端的界面上。監(jiān)考端機(jī)器界面顯示攝像頭采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。系統(tǒng)收到“拍照”指令時(shí)，LabVIEW用“獲取日期/時(shí)間”函數(shù)將拍攝的圖像以日期、時(shí)間命名，并保存在監(jiān)考端的指定路徑下。本系統(tǒng)還可以將當(dāng)前考場(chǎng)的情況通過(guò)Web發(fā)布工具，讓考場(chǎng)以外的電腦接收查看當(dāng)前考場(chǎng)的狀況。

3.1.2 ?考生狀態(tài)顯示子模塊

自定義一個(gè)布爾燈（雪人形），以布爾燈的兩種狀態(tài)表示考生是否已經(jīng)上線考試。使用LabVIEW中的“TCP協(xié)議”監(jiān)聽(tīng)考生機(jī)[4]，如果考生已經(jīng)核對(duì)確認(rèn)了身份信息，則考生端經(jīng)過(guò)計(jì)算，會(huì)發(fā)送一個(gè)與準(zhǔn)考證號(hào)相關(guān)的常量給監(jiān)考端，監(jiān)考端接收常量，與該考生對(duì)應(yīng)的布爾燈亮起。每個(gè)考生對(duì)應(yīng)確定且不同的布爾燈，以此來(lái)達(dá)到監(jiān)考人員查看考生是否上線的目的。本系統(tǒng)再使用局部變量累加對(duì)上線人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

自定義一個(gè)布爾燈（小手形），以布爾燈的兩種狀態(tài)表示考生是否有疑問(wèn)并舉手?？忌e手示意界面如圖5所示。

舉手（小手燈）原理與考生（雪人燈）上線原理相同，不同的是本系統(tǒng)利用LabVIEW“調(diào)用節(jié)點(diǎn)”中的“重新初始化為默認(rèn)值”，監(jiān)考人員查看完舉手考生的問(wèn)題后點(diǎn)擊“確定”按鈕，即可讓舉手燈關(guān)閉，表示問(wèn)題得到解決。

3.2 ?考試端

考試端主要包括IP模塊、登錄模塊、考試模塊及提交模塊。

1） IP模塊：利用拆分和創(chuàng)建路徑函數(shù)，將手動(dòng)輸入的IP保存至指定的文本文檔中，目的是指定考生考試端需要連接的監(jiān)考人員監(jiān)考端的IP地址。

2） 登錄模塊包括考生信息管理和考生登錄模塊2個(gè)模塊。

考生信息管理。本系統(tǒng)中選用Excel[5]實(shí)現(xiàn)考生信息管理，Excel占用內(nèi)存小，使用方便并且操作簡(jiǎn)單。

考生登錄模塊?？忌M(jìn)行用戶登錄時(shí)，輸入的登錄準(zhǔn)考證號(hào)及身份證號(hào)分別用for循環(huán)從第一行開(kāi)始與信息表中相應(yīng)列的數(shù)據(jù)一一匹配，不正確時(shí)匹配下一行，直到將表中數(shù)據(jù)完全匹配結(jié)束，若依舊沒(méi)有找到考生信息，則把輸入框重新初始化，給出錯(cuò)誤提示;當(dāng)兩者都匹配時(shí)，系統(tǒng)允許登錄，跳進(jìn)下一界面顯示該考生的基本信息，考生確認(rèn)無(wú)誤后，方可進(jìn)行后續(xù)操作。登錄時(shí)如果檢測(cè)到考生的成績(jī)不為空，則不允許二次考試，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉?？忌卿洉r(shí)，會(huì)將該考生的準(zhǔn)考證號(hào)，身份證號(hào)以及姓名合成一個(gè)新的數(shù)組，再利用調(diào)用節(jié)點(diǎn)的方式傳給成績(jī)顯示模塊VI，以備后續(xù)調(diào)用。

3） 考試模塊包括試題庫(kù)管理、考試時(shí)間管理、考試及閱卷管理。

試題庫(kù)管理。在題庫(kù)中，可根據(jù)考試的實(shí)際需要決定組卷的形式，既可以讓全部考生考同一份試題，也可以讓系統(tǒng)隨機(jī)分配試題。題庫(kù)的實(shí)現(xiàn)可以分兩種：一種是將大量的試題按不同難度類型分類儲(chǔ)存，一份試卷將由這些試題按難度類型比例設(shè)置隨機(jī)組成;另一種是將題庫(kù)分成若干份試卷，考試時(shí)隨機(jī)調(diào)用。第一種方法靈活性更高，但技術(shù)難度較大，第二種方法簡(jiǎn)單易行，被多數(shù)系統(tǒng)采納。本系統(tǒng)選用第二種方法，利用LabVIEW產(chǎn)生一個(gè)0～1的隨機(jī)數(shù)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算后作為抽取的試卷代碼。系統(tǒng)按照產(chǎn)生的代碼號(hào)發(fā)給考生相應(yīng)的試卷，同時(shí)把代碼號(hào)以調(diào)用節(jié)點(diǎn)的方式傳給成績(jī)顯示VI，以備后續(xù)的調(diào)用。

考試時(shí)間管理。LabVIEW中沒(méi)有直接可以使用的六十進(jìn)制的計(jì)時(shí)器。本系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)考試倒計(jì)時(shí)模塊，將時(shí)間數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)值運(yùn)算函數(shù)進(jìn)行處理，并利用等待函數(shù)使界面中的計(jì)時(shí)器數(shù)值每秒都得以刷新。

考試及閱卷管理。定義枚舉型變量作為選擇題和判斷題的選項(xiàng)，當(dāng)考試點(diǎn)擊不同的選項(xiàng)按鈕時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行判斷，并給出不同符號(hào)來(lái)表示考生的選擇，將考生的答案存入一個(gè)新的數(shù)組中，在考生點(diǎn)擊確認(rèn)交卷后，與標(biāo)準(zhǔn)答案數(shù)組進(jìn)行比對(duì)，然后對(duì)結(jié)果數(shù)組求和得出總分。系統(tǒng)將成績(jī)通過(guò)調(diào)用節(jié)點(diǎn)顯示，如圖6所示。圖中①～③都是調(diào)用節(jié)點(diǎn)，是為了將考生的答案數(shù)組和分?jǐn)?shù)數(shù)組傳遞給下一個(gè)VI即考試成績(jī)顯示.VI。圖中①是將考生答案數(shù)組中的內(nèi)容傳遞給考試成績(jī)顯示.VI中稱作“答案存放”的數(shù)組。該數(shù)組是設(shè)置為隱藏的，為的是在考試成績(jī)顯示.VI中把答案保存在本地E盤中作為可考備份。同理圖中的②是將考生的得分及總分傳遞給考試成績(jī)顯示.VI中稱作“客觀題總分”的數(shù)組，考生在這個(gè).VI里會(huì)看到自己各項(xiàng)題目的得分以及客觀題總分。圖中的③是將考生得分及總分通過(guò)空格連接成字符串傳遞給考試成績(jī)顯示.VI中叫作“傳送2”的字符串控件，該控件中的內(nèi)容會(huì)通過(guò)TCP協(xié)議發(fā)送給對(duì)應(yīng)的監(jiān)考端，這樣監(jiān)考端就能在考生提交試卷后及時(shí)地接收到考生的成績(jī)。

3.3 ?監(jiān)考端和考試端的通信

考生成績(jī)及答案都從成績(jī)顯示VI中通過(guò)TCP協(xié)議發(fā)送到監(jiān)考端。相比于常用的UDP協(xié)議，TCP協(xié)議具有可靠性高，不易丟包的優(yōu)點(diǎn)，適合在無(wú)紙化考試系統(tǒng)[6]中使用，傳輸考生答案和成績(jī)等重要數(shù)據(jù)。

考生端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)打開(kāi)TCP連接，將“傳送1”和“傳送2”字符串控件中的內(nèi)容，通過(guò)8001端口發(fā)送給教師端，成功后關(guān)閉TCP連接，如圖7所示。

在監(jiān)考端，利用“TCP協(xié)議”監(jiān)聽(tīng)考生機(jī)接收考生成績(jī)，將接收到的成績(jī)通過(guò)“搜索/拆分字符串”函數(shù)按題號(hào)分開(kāi)（為了方便監(jiān)考端接收，本系統(tǒng)在考生端做了處理，將所有成績(jī)合并成了一個(gè)字符串，這里需要將成績(jī)寫(xiě)入表格，所以需要先進(jìn)行拆分），用“寫(xiě)入電子表格文件”函數(shù)保存在監(jiān)考端的指定路徑下作為備份，并且用“讀取電子表格文件”函數(shù)顯示在監(jiān)考端的表格控件中。成績(jī)表格顯示以時(shí)間為順序，先考完的先顯示;表格屬性為只讀，值不可以被隨意修改。

在監(jiān)考端，同樣利用“TCP協(xié)議”監(jiān)聽(tīng)考生機(jī)接收考生答案。用了兩次“讀取TCP數(shù)據(jù)”函數(shù)，第一次讀取的數(shù)據(jù)是考生的準(zhǔn)考證號(hào)及姓名，第二次讀取的數(shù)據(jù)是考生填寫(xiě)的答案，用“寫(xiě)入文本文件”函數(shù)，以考生準(zhǔn)考證號(hào)及姓名命名文本文檔，將答案保存在監(jiān)考端指定的文件夾中，方便監(jiān)考人員對(duì)主觀題進(jìn)行批閱。

4 ?測(cè)試與分析

為了測(cè)試該考試系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性能，本系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試[7]。在實(shí)際測(cè)試中，該系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，準(zhǔn)確性高，良好地完成了監(jiān)考端和考試端錄像、拍照、登錄、答卷、倒計(jì)時(shí)、交卷、評(píng)分、收集答案等工作。圖8為考試現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖。

5 ?結(jié) ?語(yǔ)

本系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)、LabVIEW等技術(shù)設(shè)計(jì)了一款農(nóng)藥檢測(cè)人員考試系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)無(wú)紙化考試的基本功能，還實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)錄像、拍照等功能，減少了作弊行為，提高了考場(chǎng)的認(rèn)證性，保障了考試的公正、透明，促使農(nóng)藥檢測(cè)人員加強(qiáng)學(xué)習(xí)以提高相關(guān)專業(yè)技能。

注：本文通訊作者為張花花。

參考文獻(xiàn)

[1] HE Xiaoxia. Designing of the information security examination system [J]. IERI procedia， 2012， 2： 721?726.

[2] YA?CI M， ?NAL M. Designing and implementing an adaptive online examination system [J]. Procedia?social and behavioral sciences， 2014， 116： 3079?3083.

[3] 尚宇峰，柯顯信，盧孔筆.基于LabVIEW和FPGA的串口通信舵機(jī)控制系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2014，36（21）：112?114.

SHANG Yufeng， KE Xianxin， LU Kongbi. Serial communication servo control system based on LabVIEW and FPGA [J]. Manufacturing automation， 2014， 36（21）： 112?114.

[4] 劉永富，岳林.TCP/IP技術(shù)在遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)測(cè)試虛擬儀器中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011（1）：39?41.

LIU Yongfu， YUE Lin. Application of TCP/IP technique in remote dynamic testing virtual instrument [J]. Mechanical engineering & automation， 2011（1）： 39?41.

[5] 孫煒強(qiáng)，王德民，馬義平.LabVIEW與數(shù)據(jù)庫(kù)在柱狀件靜態(tài)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，2014（10）：47?49.

SUN Weiqiang， WANG Demin， MA Yiping. Application of LabVIEW and datebase in static parameter measurement system of columnar parts [J]. Instrumentation technology， 2014（10）： 47?49.

[6] 劉東.基于WEB的C語(yǔ)言考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2010.

LIU Dong. WEB?based test system for C language [D]. Guangzhou： South China University of Technology， 2010.

[7] 王子卿.基于LabVIEW的遠(yuǎn)程虛擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（2）：193.

WANG Ziqing. Design of remote virtual test system based on LabVIEW [J]. Electronic technology & software engineering， 2016（2）： 193.

[8] 閆中威，孫大嵬.B/S模式在線考試系統(tǒng)性能優(yōu)化及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2016，25（10）：83?87.

YAN Zhongwei， SUN Dawei. Performance optimization and implementation of online examination system based on B/S mode [J]. Computer systems & applications， 2016， 25（10）： 83?87.

[9] 闞鈺淇，張寧，徐熙平.LabVIEW平臺(tái)下USB圖像采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2013（6）：80?82.

KAN Yuqi， ZHANG Ning， XU Xiping. Image acquisition and processing system design based on LabVIEW and USB camera [J]. Industrial instrumentation & automation， 2013（6）： 80?82.

[10] 崔鶴，楊鵬.基于B/S結(jié)構(gòu)的英語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)化考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016，24（20）：46?49.

CUI He， YANG Peng. Design and development of the English standardized test system based on B/S structure [J]. Electronic design engineering， 2016， 24（20）： 46?49.