实验室管理系统设计探讨

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随着时代的不断进步，计算机技术也在人们的生活中扮演着不可或缺的角色[1]。计算机的使用方法已成为当代高校生必须掌握的技能之一。所以为加强学生对计算机相关技术的理解，提高学生的操作能力，计算机的实验课的开放变得必不可少，当下，为给学生提供良好的学习环境和畅通的资源获取渠道，多数高校设置了公共机房[2]。而且随着我国教育事业的发展，学校的规模和师生的数量都不断地在扩大，实验室的数量也不断地再增加，跨教室、跨校区的情况也随之出现[3]。导致实验室的管理越来越繁杂。同时，实验室的课前考勤也会占用上课时间，对学生课程进度影响不小。所以笔者为提高微机实验室管理效率，减少因考勤占用的上课时间，设计出了一种基于单片机和主机服务器的自动控制管理系统的设计，用于实验室的管理以及学生考勤。

1总体设计

在上课时，任课老师通过按键唤醒单片机，并按照显示屏提示输入账号和与之对应的密码。单片机通过逐字节比较的方式判断输入账号与密码是否正确，若正确则开启电子密码锁，同时控制光耦隔离控制模块动作，室内用电设备通电；若输入错误，则返回输入界面，重新输入账号和密码。进入微机实验室之后，所有电脑均已通电，任课老师在电子门禁端输入的账号和密码已经通过单片机和上位机间串口通讯传递至考勤管理系统，学生则通过客户端输入学号完成考勤。上课期间，考勤管理系统时刻检测每台电脑的学习情况（包括上机人数，学生的学号，姓名，上课时间等信息）显示在主机界面上，并完成学习时间的记录。若到了下课时间，则任课老师点击下课按钮，系统结束学生上课信息统计，并将已统计信息存储至数据库，待室内所有人员均已离开，红外体感传感器输出低电平，则切断室内所有电源，关闭电子门禁。图1为系统工作流程图。

2系统硬件设计

微机实验室自动控制管理系统以STC89C52和计算机主机服务器为检测和控制核心，主要应用了人体红外线检测模块，控制模块，其主要功能有电子门禁功能、实验室用电设备自动接通和自动断电功能、室内照明自动开关功能。图2为系统工作原理图。图2系统工作原理图2.1电子门禁单元当下的机房管理都是使用人工管理，以人工对机房的门锁进行管理的模式容易发生钥匙丢失等意外[4]。此举不利于机房的管理。考虑到此类状况，笔者对门禁模块进行了设计。实验室的门禁由电子密码锁模块实现控制实验室门的开启和关闭。本单元以STC89C52单片机为主控制芯片，LCD1602为显示单元，AT24C08为存储单元，蜂鸣器作为报警装置。电子门禁单元投入使用之前，给每位微机任课老师分别分配一账号和与之对应的密码，并写入AT24C08存储器。电子门禁单元工作时，若相关人员需进入微机实验室，则需在控制面板上按照提示分别输入账号和密码。单片机通过逐字节比较的方式，与AT24C08中存储的账号和密码进行比较，仅当所有对应字节数字均一致时，电子门禁才会打开门锁，并记录登录者账号信息。若输入有误，与所存储数据不匹配，系统则提示重新输入账号和密码，连续输入三次电子门禁系统则会启动蜂鸣器进行报警。在电子门锁打开后，单片机则控制继电器动作，使室内照明设备、微机等用电设备上电，在一定程度上节省学生及老师课前准备时间。为防止继电器动作瞬间电流较大，对单片机产生影响，本设计中采用了光耦控制模块，将控制电路与继电器模块进行隔离，提高系统工作稳定性。2.2自动控制模块上课结束后，当实验室内无人使用电脑时，微机实验室管理员需切断室内所有用电设备电源。实际情况中，部分管理员有时会忘记切断总电源，造成机房能源的浪费并且留下了安全隐患。红外人体感传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。当有人或动物进入其感应范围时，传感器输出高电平；人或动物离开感应范围时，传感器自动延时输出低电平。当单片机检测到红外体感传感器输出为低电平时，即微机实验室内无人，将切断室内总电源，并关闭电子门锁。

3考勤管理系统软件

电子门锁打开后，主机服务器接收所有微机及单片机上传数据信息，包括单片机上传的教师编号和微机端上传的学生登录信息[5]。考勤管理系统软件采用C/S（客户机/服务器）系统架构，使用visualstudio2012作为开发平台，通过C++语言进行软件开发，采用SQLServer2008数据库平台进行数据管理。考勤软件主界面可显示教师编号，教师内学生人数，目前登录学生人数，学生序号，学生学号，姓名，登录IP，登录时间，课程等信息。并且界面留有任课教师操作按钮，可以选择是否开启网络服务，并且可以进行修改登录密码，串口设置，查看上机情况，退出软件等操作。图3为勤管理系统软件主界面。图3勤管理系统软件主界面学生在进入微机实验室之后，坐到微机前时，打开电脑。学生可通过桌面弹出学生客户端界面输入学号等个人信息。服务器在收到学生客户端上传数据后，与学生侧微机建立TCP通讯连接，按照登录先后顺序为每个学生分配节点，并在对应结构体数组中保存学生的学号、上课时间等信息。在上课过程中，若是由于某种原因微机发生断网、死机或重启等情况，待电脑重启，联网重新登录系统后，服务器将通过逐个查询的方式判定用户之前是否已登录。若之前已登录，则为其分配原节点，并进行上课时间的累加。若没有查到相关信息，则判定为新登录人员，系统为其重新分配节点，并存储相关信息。在下课后，任课老师点击下课按钮，所有学生上机信息数据被导入数据库进行存储，所有学生信息导出后，结构体数组将被清空，用于下一次上课存储数据。

4结束语

在本设计在实际运行过程中，运行稳定，能够较准确地统计室内人数，并完成学生上课信息的统计工作，达到了设计目的，实现了设计目标。但是，在系统运行过程中发现存在学生冒名顶替上课的行为，下一步工作为该模块添加一卡通刷卡控制系统，记录学生的上课考勤情况。

作者:徐维昌 黄凌霄 单位:宁夏大学信息工程学院

参考文献：

[1]马容生，严小兵.计算机教学与实践[J].广西师范大学学报（哲学社会科学版），1998（S3）：352-355.

[2]佟颖，辜竹筠，孙景瑞，陈劲.基于远程控制的局域网机房管理系统[J].实验室研究与探索，2011（09）：178-180.

[3]余翀翀，黄丽萍.机房和多媒体教室管理系统的虚拟化建设[J].实验室研究与探索，2014（04）：228-232，276.

[4]丁建民，赵卓，赵欣.基于多策略的机房管理系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2009（16）：3891-3893，3896.

[5]张玉洁，孟祥武.基于移动定位服务的考勤管理系统[J].计算机系统应用，2011（10）：6-10.