實(shí)驗室信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

【摘要】為促進(jìn)高校實(shí)驗管理和實(shí)驗教學(xué)的信息化建設(shè)，開發(fā)了B/S與C/S模式相結(jié)合的實(shí)驗室信息化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立分布式網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗室管理模式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗項目的網(wǎng)上選課與預(yù)約，并通過指紋識別機(jī)與智能讀卡器實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗室的自動化管理。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗室管理；實(shí)驗教學(xué)；B/S；C/S；ASP.NET 2.0

【中圖分類號】G482 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009—8097 (2008)02—0101—04

一 引言

實(shí)驗室信息化管理系統(tǒng)，是針對高等院校實(shí)驗室管理而設(shè)計開發(fā)的，基于數(shù)據(jù)庫的實(shí)驗室網(wǎng)絡(luò)化綜合管理系統(tǒng)。開發(fā)該系統(tǒng)的初衷是改變目前單機(jī)輔助模式的實(shí)驗室管理現(xiàn)狀，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化的管理模式[1]，在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識的同時，實(shí)現(xiàn)院系各級實(shí)驗室管理人員通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)作進(jìn)行實(shí)驗室管理。

該系統(tǒng)下設(shè)實(shí)驗教學(xué)管理、儀器設(shè)備管理、實(shí)驗室管理三個子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗教學(xué)的網(wǎng)上管理、儀器設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控與各項報表的快速生成、實(shí)驗室使用情況的自動化統(tǒng)計等功能。系統(tǒng)開發(fā)采用基于.NET平臺的三層體系架構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)展性。

二 系統(tǒng)設(shè)計

1 系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)

圖1為系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)硬件平臺由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、終端PC機(jī)、指紋識別機(jī)和智能讀卡器構(gòu)成。

于系統(tǒng)整體采用B/S結(jié)構(gòu)體系，各設(shè)備間通過局域網(wǎng)相互連接，用戶使用瀏覽器完成網(wǎng)上教學(xué)管理和辦公等操作。實(shí)驗室管理部分結(jié)合C/S模式[2]開發(fā)了實(shí)驗室門禁軟件，客戶端PC機(jī)通過采集讀卡器或指紋機(jī)獲取的信息，自動完成學(xué)生身份認(rèn)證，記錄上機(jī)時間和地點(diǎn)，統(tǒng)計實(shí)驗室使用情況。

2 系統(tǒng)軟件整體框架

實(shí)驗室信息化管理系統(tǒng)下設(shè)實(shí)驗教學(xué)管理、儀器設(shè)備管理、實(shí)驗室管理三個子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，實(shí)驗教學(xué)管理子系統(tǒng)將完整的實(shí)驗課程開設(shè)流程網(wǎng)絡(luò)化，自動采集學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)選課、實(shí)驗預(yù)習(xí)、實(shí)驗預(yù)約的全部數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)教師工作量自動統(tǒng)計、實(shí)驗報告和成績管理等功能。儀器設(shè)備管理子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的檔案管理、設(shè)備使用記錄及各級實(shí)驗室管理人員間各類報表的報批功能。實(shí)驗室管理系統(tǒng)能夠自動統(tǒng)計各實(shí)驗室、機(jī)房的使用記錄，同時可通過記載學(xué)生累計上機(jī)學(xué)習(xí)時間來考察學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動性。

3 用戶權(quán)限及功能劃分

系統(tǒng)用戶共分為四種身份：系統(tǒng)管理員、實(shí)驗中心管理者、實(shí)驗教師和學(xué)生。各級用戶根據(jù)自身管理權(quán)限，通過統(tǒng)一入口經(jīng)過身份認(rèn)證登錄不同界面。

圖3為用戶權(quán)限示意圖，在各個子系統(tǒng)內(nèi)部，不同用戶可根據(jù)自身權(quán)限執(zhí)行相應(yīng)操作。系統(tǒng)管理員主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)維護(hù)，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；實(shí)驗中心管理者通過監(jiān)控、查詢功能統(tǒng)籌把握整個實(shí)驗中心教學(xué)、工作情況；實(shí)驗教師能夠監(jiān)督、評價學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗室管理；學(xué)生可以登錄選課系統(tǒng)自主制定學(xué)習(xí)計劃，獲取學(xué)習(xí)資源，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

三 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2005，編程語言選擇C# 2.0。程序設(shè)計基于.NET 三層體系架構(gòu)，分別為：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。分層開發(fā)模式可使得模塊重用性、程序可維護(hù)性、物理分布的靈活性以及開發(fā)的并行性得到良好保證[3]。

1 實(shí)驗教學(xué)子系統(tǒng)

實(shí)驗教學(xué)子系統(tǒng)改變了以往傳統(tǒng)實(shí)驗教學(xué)模式，將實(shí)驗項目的開設(shè)流程網(wǎng)絡(luò)化，從實(shí)驗時間和實(shí)驗內(nèi)容的選擇方面賦予學(xué)生一定的自由度[4]。系統(tǒng)采用學(xué)生自主安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，教師全程監(jiān)督指導(dǎo)的方式開展實(shí)驗教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和能動性，進(jìn)而達(dá)到因材施教的理想教學(xué)效果。

（1） 教學(xué)實(shí)時監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗教師在開課當(dāng)天，可以查看到學(xué)生的所有學(xué)習(xí)記錄，包括：學(xué)生是否在線、學(xué)生所在實(shí)驗臺位置、學(xué)生當(dāng)前實(shí)驗進(jìn)度、實(shí)驗報告填寫情況、學(xué)生預(yù)習(xí)測評成績等信息。

教學(xué)實(shí)時監(jiān)控功能，通過跟蹤記錄各學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度情況，在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建數(shù)據(jù)表存儲相應(yīng)信息而實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫中的“Student_Exp”數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如表1所示，記錄了學(xué)生與其所選實(shí)驗的對應(yīng)關(guān)系，學(xué)生每進(jìn)入一個學(xué)習(xí)狀態(tài)，系統(tǒng)均通過數(shù)據(jù)表中“Status”字段加以標(biāo)識，實(shí)時跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)全過程。

（2） 學(xué)生信息批量導(dǎo)入功能的實(shí)現(xiàn)

由于每個學(xué)期之初的數(shù)據(jù)庫維護(hù)工作負(fù)擔(dān)較重，因而系統(tǒng)設(shè)計并開發(fā)了信息批量導(dǎo)入功能。即在Excel文件字段與數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)數(shù)據(jù)表字段匹配的情況下，系統(tǒng)管理員可以將預(yù)先制作好的Excel格式的數(shù)據(jù)信息直接通過瀏覽器導(dǎo)入到系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫。

此項功能通過使用FileUpload、GridView控件，結(jié)合服務(wù)器文件系統(tǒng)訪問操作而實(shí)現(xiàn)。

● 首先利用FileUpload控件將需要導(dǎo)入的Excel文件上傳至服務(wù)器端。

● 建立OleDbConnection，從Excel文件中讀取數(shù)據(jù)表。

● 將數(shù)據(jù)表的讀取內(nèi)容設(shè)置為GridView控件的數(shù)據(jù)源。

● 從網(wǎng)頁中顯示的GridView控件中，采用循環(huán)結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)逐行寫入數(shù)據(jù)庫，同時刪除服務(wù)器端的Excel文件，即可完成數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入操作。

2 儀器設(shè)備管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備狀態(tài)查詢和各項報表生成功能。實(shí)驗教師可根據(jù)實(shí)驗室情況填寫設(shè)備維修、報廢、耗材申請等報表；中心管理者將就教師提交的報表予以批閱。各項報表的網(wǎng)絡(luò)化管理，避免了以往傳統(tǒng)紙質(zhì)文件報表不易于保存，審批過程繁瑣等問題，在較大程度上提高了實(shí)驗室工作效率，同時也降低了辦公成本。

（1） 報表生成功能的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)生成的電子報表均由CrystalReport水晶報表制作。水晶報表是Visual Studio 2005集成的報表開發(fā)工具，利用它能夠在 Windows 環(huán)境中建立簡報品質(zhì)的精良報告，電子報表同時具有打印和導(dǎo)出成Word、Excel等文件的功能，便于日后存檔。

在程序中引用水晶報表，需執(zhí)行以下步驟：

● 在網(wǎng)頁中添加CrystalReportViewer控件。

● 在項目中添加數(shù)據(jù)集PrintDataSet.xsd 和報表文件PrintReport.rpt。

● 在PrintDataSet里添加數(shù)據(jù)表DataTable1，向數(shù)據(jù)表中添加要顯示的數(shù)據(jù)列。

● 將DataTable1設(shè)置為PrintReport.rpt報表文件的數(shù)據(jù)源，把各數(shù)據(jù)列添加到報表中，并編輯報表文件頁面格式。

● 添加Page_Load事件處理程序的代碼。

ReportDocument doc = new ReportDocument();//建立報表實(shí)體

doc.Load(Server.MapPath(\"~/PrintReport.rpt\"));//加載報表

tableItem = ItemBll.ShowItemByID(Item);//讀取數(shù)據(jù)庫

doc.SetDataSource(tableItem);//將數(shù)據(jù)源與報表綁定

CrystalReportViewer1.ReportSource = doc;//將報表通過水晶報表查看器顯示

（2） 報表審批功能的實(shí)現(xiàn)

報告表審批功能借助ASP.NET 2.0新增的用戶管理功能實(shí)現(xiàn)。ASP.NET 2.0有一套完備的用戶管理策略，系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)報表審批功能時，應(yīng)用ASP.NET的aspnet_Roles數(shù)據(jù)表判斷當(dāng)前用戶身份，對于報表報批人員與審批人員分別導(dǎo)向不同界面執(zhí)行操作。在用戶注冊時，系統(tǒng)對不同級別的用戶賦予了不同的角色，因而，盡管報表的申報與審批雙方用戶訪問的是同一數(shù)據(jù)源，仍可根據(jù)其所屬角色賦予不同的操作權(quán)限。

3 實(shí)驗室管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)下設(shè)實(shí)驗室門禁讀卡器認(rèn)證軟件、機(jī)房指紋識別認(rèn)證軟件和實(shí)驗臺控制軟件，共同實(shí)現(xiàn)實(shí)驗室使用記錄的自動化統(tǒng)計。

（1） 實(shí)驗室門禁讀卡器認(rèn)證軟件

該程序是以C/S模式開發(fā)的實(shí)驗室終端軟件，用于在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗室時對其身份進(jìn)行認(rèn)證，同時自動記錄合法用戶的登錄時間，并通過PC終端顯示此用戶累計實(shí)驗時長。所有學(xué)生的登錄時長將作為實(shí)驗室開放時間的統(tǒng)計依據(jù)，存儲至本地數(shù)據(jù)庫。此外，為綜合衡量所有實(shí)驗室整體使用情況，系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫同時也保存各個實(shí)驗室讀卡器采集的數(shù)據(jù)備份。

智能讀卡器通過串口與實(shí)驗室教師機(jī)相連，二者之間通信通過SerialPort類實(shí)現(xiàn)。由于SerialPort是.NET Framework 2.0集成的類，因而避免了以往Windows應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)串口通信需引入第三方控件，或需利用API函數(shù)編寫自定義類的問題，使用該類進(jìn)行串口編程，程序運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性可以得到保證。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)串口通信的操作步驟如下：

● 在引入System.IO.Ports命名空間之后，首先建立SerialPort類實(shí)例：

SerialPort Comm = new SerialPort(\"COM1\"， 9600， Parity.None， 8， StopBits.One);

● 打開串口：

if (Comm.IsOpen == 1)

{

Comm.Open();

}

● 程序采用事件驅(qū)動模式，PC機(jī)在接收到讀卡器發(fā)送的數(shù)據(jù)后引發(fā)DataReceived事件，為此，需將接收數(shù)據(jù)的委托實(shí)例與數(shù)據(jù)接收事件向關(guān)聯(lián)：

Comm.DataReceived+=new SerialDataReceivedEventHandler(Comm_DataReceived);

● 定義接收數(shù)據(jù)事件的處理函數(shù)：

void Comm_DataReceived(object sender， SerialDataReceivedEventArgs e)

{

Comm.Read(arrayRec， 0， 14); //將接收的數(shù)據(jù)讀取至arrayRec數(shù)組//觸發(fā)主線程事件，處理接緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

this.Invoke(new GetReturnValueDelegate(CommDataReceProcess)， new object[] {arrayRec});

}

● 定義主線程數(shù)據(jù)處理函數(shù)，完成讀卡器數(shù)據(jù)認(rèn)證功能：

void CommDataReceProcess(char[] arrayRec)

{

……

}

（2） 實(shí)驗臺控制軟件

學(xué)生經(jīng)刷卡認(rèn)證后到實(shí)驗室內(nèi)開始實(shí)驗，需登錄實(shí)驗臺控制軟件，判別其所在實(shí)驗臺號是否與其網(wǎng)上預(yù)約信息相符。信息確認(rèn)正確后，學(xué)生即可讀取實(shí)驗資料，并在實(shí)驗過程中填寫實(shí)驗報告。未經(jīng)實(shí)驗臺控制軟件認(rèn)證的學(xué)生將無法獲得報告填寫入口，因而不能完成實(shí)驗。此項功能的設(shè)計避免了因?qū)W生無序使用實(shí)驗室而造成的實(shí)驗效果不理想和儀器維護(hù)困難等問題。

（3） 機(jī)房指紋識別認(rèn)證軟件

為便于學(xué)生上網(wǎng)選課，實(shí)驗預(yù)習(xí)機(jī)房限時開放，機(jī)房指紋識別認(rèn)證軟件工作原理與讀卡器認(rèn)證軟件類似，用于記錄機(jī)房使用情況。為滿足學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上實(shí)驗預(yù)習(xí)的需要，預(yù)習(xí)機(jī)房每學(xué)期向?qū)W生提供指定的免費(fèi)上機(jī)時間。指紋識別軟件將于學(xué)生登錄時計算其累積上機(jī)時長，同時顯示機(jī)時使用情況，以提醒學(xué)生自主安排學(xué)習(xí)計劃。對于登錄系統(tǒng)后當(dāng)天忘記注銷的用戶，系統(tǒng)后臺運(yùn)行的Windows服務(wù)將于當(dāng)天晚間對其自動注銷，避免學(xué)生機(jī)時的無用耗盡。

四 結(jié)語

高校實(shí)驗室信息化管理系統(tǒng)以實(shí)驗管理的信息化帶動實(shí)驗教學(xué)改革，在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的同時，簡化實(shí)驗室管理程序，提高工作效率，加大了信息的透明度和及時性，這將是未來實(shí)驗教學(xué)管理發(fā)展的主流方向。

參考文獻(xiàn)

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