開發實驗室管理系統信息發布子系統的設計與實現

王偉　常中華　林敬學

【摘 要】本文介紹了一個開放實驗室管理系統中信息發布子系統的設計與實現。子系統包含服務器與移動顯示終端兩部分，二者通過教學場所的無線或者有線網絡進行點對點連接。服務器端連接數據庫處理并存放系統中其他子系統采集的實時數據和日常教學數據等。移動顯示終端定時通過網絡訪問服務器，將服務器返回的數據依照一定的格式進行發布。

【關鍵詞】開放實驗室管理系統；點對點連接；子系統

【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

我國傳統的實驗室管理以人工管理為主，由管理人員負責實驗室的開關、登記考勤、設備檢修管理等。人工管理的缺陷在于實驗室的開放時間固定、進出實驗室的學生不斷變化，增加了實驗室管理的難度。隨著信息技術的發展，人工管理實驗室已經不能滿足當前高等教育發展的需求。開放實驗室就是向學生提供進行實驗和科學研究的空間和設備，增加實驗室使用時間，給學生提供個性化發展的平臺，培養學生的創新精神和創新能力[1]。為促進開放實驗室的健康快速發提高開放實驗室管理水平，有必要研發一套科學合理的開放實驗室管理系統[1]。

目前，國內的開放實驗室管理系統的的實現主要有基于rfid技術、基于web技術、基于指紋或者面部生物特征識別技術等[2-4]，實驗室管理系統的功能主要是對實驗室的設備與耗材進、銷、存進行管理，對進出實驗室的人員進行身份識別。

2）我們實現的開放實驗室管理系統

研發團隊基于目前高職院校實驗室管理的現狀和學生的基本情況，設計研發了新的開放實驗室管管理系統。系統基本涵蓋當前開放實驗管理的基本功能，設計原則為低耦合高內聚，每個子系統都可以單獨設計實施，高校可以根據自己的實際情況，定制其中的部分子系統。圖1所示為系統的基本功能結構圖，系統主要包含四個子系統。實驗室考勤子系統主要采用指紋識別技術，學生進入實驗室和離開實驗室時采集指紋信息，系統會記錄學生使用實驗室的時間；子系統還用于在正常上課期間學生的課堂考勤，要求學生在課前和課后采集指紋，用于出勤信息記錄。門禁管理子系統主要是實現實驗室的開門和關門，實現技術有兩部分，有權限進入實驗室的人員可以在實驗室門口采集面部信息，權限信息匹配可以打開實驗室門，同時系統管理員可以通過網絡在服務器端開門。實驗室實時監控子系統主要是通過網絡實時采集在實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器查看實驗室的實時情況和歷史情況。信息發布子系統的功能主要是在每個實驗室門口安裝移動終端，通過網絡與服務器連接，實現點對點的信息發布與現實功能。

3）子系統的基本功能

信息發布子系統在每個實驗室或教室門口用智能化電子設備顯示日常信息和實時信息。顯示分為兩大部分，第一部分是日常課表的顯示和學生課堂實時考勤信息的顯示，第二部分是在教室有特殊活動時，依照管理員設置的格式顯示內容。子系統可以實現點對點顯示，即每個教室門口顯示的課表和信息都是針對信息發布終端所屬的教室的。

1 信息發布子系統結構

系統硬件結構主要包含服務器和智能化電子設備，圖2所示為信息發布子系統的結構。目前，市場上最廣泛的智能電子設備主要是ios系統和android系統的，我們選擇開源的android系統作為信息發布終端的平臺。系統中每個實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絡，連接到指定服務器。管理員可以通過桌面電腦或者其他設備的瀏覽器軟件登錄服務器，進行系統參數設置、信息錄入、信息查看等操作。

2 數據庫設計

數據庫的數據主要包含三大部分，第一部分是用戶信息，包括教師、學生、管理員等使用系統的人員的基本信息；第二部分是日常教學信息，主要是日常教學的教務管理所需的信息；第三部分是信息發布的基本信息，包括學生的考勤信息、實時通知信息等。以下列出的是數據庫中與信息發布子系統相關的部分表的設計。

2.1 教室信息表room（表1）

RmId：實驗室或教室編號。

RmName：實驗室或教室名稱。

RmIp：信息發布用android智能終端的固定ip地址。

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

DispContent：信息發布終端當前在顯示的通知的格式與內容定義。

DispStartTime：信息發布終端當前顯示通知的起始時間。

DispEndTime：信息發布終端當前顯示通知的結束時間。

2.2 課時表

課時表是數據庫中一個非常重要的內容，表中一條記錄是一節課的相關信息（表2）。

Id：當前課時記錄序號。

Week：課時記錄的周序，從周一到周五。

Time：課時記錄的節次，可以是1-2節，1-4節等。

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：課時記錄的實驗室號或教室號。

3 應用程序設計

3.1 服務器端應用程序設計

服務器端應用程序因為規模較小，選擇了php作為實現語言，服務器應用程序的主要功能有兩部分。第一部分是系統設置及數據輸入部分，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，進行數據的修改。另一部分是當智能終端訪問服務器請求待顯示數據時，服務器針對不同實驗室或教室的終端點對點返回相應的信息。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終端程序設計

終端程序單獨建立線程，實現每隔固定時間往服務器發送數據請求，接受服務器返回的數據，并對數據進行解析，然后根據解析結果顯示相應的界面。同時為了保證子系統運行的穩定性，android終端應用中設計了看門狗結構，當看門狗線程檢測到應用程序因為連接網絡等各種原因導致長時間不響應，會在設定的時間超時后把應用程序自動重啟（圖4）。

3.3 終端與服務器的應用層通信協議設計

智能信息發布終端與服務器之間應用層的通信協議為開發團隊自行定義，基本的定義幀格式如表3所示：

1）開始標記字段占1個字節，采用的符號為換行符號

。

2）幀類型標記字段占1個字節，字符‘A表示該幀為實時信息發布幀，符號‘B表示該幀為保持顯示提示幀，符號‘C標示該幀為課表更新數據幀，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）數據長度字段占1字節，數據內容為數據字段的字節數。

4）校驗碼字段占1字節，校驗碼的生成方法為從幀類型字段開始到數據字段結束的所有字節進行模2加法運算。

4 小結

開放實驗室管理系統實現了一個可用于高校實驗室開放式管理的系統，信息發布子系統可實現實驗室入口處進行實時的信息發布，日常管理時顯示實驗室課表信息和使用實驗室的學生的考勤信息，特殊需求的時候可以按照指定的格式顯示指定的內容。系統中集成了指紋掃描考勤、臉部掃描門禁管理等功能。但是系統實現的的成本較高，實際應用中高校管理人員可以綜合考慮應用需求和成本，酌情訂制使用。

【參考文獻】

[1]羅頻捷.開放實驗室管理信息系統的開發與實現[J].實驗室技術與管理，2015.32（5）：157-160.

[2]謝蕓.RFID與人臉識別技術在開放實驗室管理中的應用[J].開發案例，2015（01）：32-35.

[3]許建國.基于RFID的開放實驗室管理系統[J].數字技術與應用，2015（05）：117-117.

[4]陳超.基于WEB的開放實驗室管理信息系統研究[J].電子技術與軟件工程，2014（14）：47-47.

[責任編輯：王楠]