徐維昌

(寧夏大學信息工程學院,寧夏回族自治區(qū) 銀川 750021)

0　引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，計算機在數(shù)據(jù)處理、即時通信、自動控制等方面發(fā)揮著重要作用。作為計算機學習過程中的一個重要環(huán)節(jié)，計算機上機試驗對加強學生對學習內(nèi)容的理解、提高學生的實際操作能力具有重要意義。

目前，為滿足學生上課需求，各高校均配有一定規(guī)模的計算機實驗室。一般情況下，每個實驗室都配備了大量計算機，而負責機房日常管理與維護的管理人員則較少(1～2名)。如管理人員管理不到位，將會造成資源的極大浪費，甚至發(fā)生安全事故[1]。另外，課前考勤會占用部分課堂時間，影響課程進度。為提高實驗室管理效率、減輕機房管理人員的工作壓力、減少因考勤占用的上課時間[2]，本文設計了一種基于STC89C52單片機和主機服務器的計算機實驗室無人值守自動控制管理系統(tǒng)，用于實驗室無人管理以及學生考勤。

1　系統(tǒng)硬件設計

實驗室無人值守自動控制管理系統(tǒng)以STC89C52和計算機主機服務器為控制核心，主要分為電子門禁模塊、電源控制模塊、監(jiān)控模塊以及射頻識別(radio frequency identification，RFID)考勤模塊。此系統(tǒng)主要實現(xiàn)了對實驗室學生的考勤及信息采集功能、主機服務器及計算機自動開關機功能、室內(nèi)照明自動開關功能。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)工作原理圖Fig.1　Schematic diagram of the system

1.1　電子門禁模塊

當前，實驗室普遍采用機械門鎖進行管理，由實驗室管理人員掌管鑰匙。如發(fā)生鑰匙丟失或管理人員不在場，則教學員將無法進入實驗室。這將影響教學安排，降低實驗室的利用效率[3]。為防止這類情況發(fā)生，可采用電子門禁管理。電子門禁模塊由電子門鎖控制模塊和電源自動控制模塊組成。

電子門鎖模塊控制實驗室門的開啟和關閉。電子門鎖模塊以STC89C52單片機為主控制芯片，LCD1602為顯示單元，AT24C08為存儲單元，蜂鳴器為報警裝置。

電子門禁模塊在使用前，由系統(tǒng)管理員將學校課表以及當前課時的上課教師和學生信息導入數(shù)據(jù)庫中，同時在數(shù)據(jù)庫添加相應的觸發(fā)器。只有當學生或教師在上課時段刷卡，該模塊才會啟動。而維修人員的信息已錄入數(shù)據(jù)庫中，刷卡后，電子模塊即自動啟動。

當電子門禁模塊工作時，學生和教師通過刷卡將自己的信息錄入，由計算機服務器對刷卡錄入信息和數(shù)據(jù)庫存儲信息進行比對。若兩者匹配，電子門禁打開，并記錄刷卡者的信息；若兩者不匹配，則系統(tǒng)會啟動蜂鳴器進行報警。另外，如需修改已錄入的上課教師或?qū)W生信息，必須由系統(tǒng)管理員進行更改。

若無法刷卡，則電子門禁模塊不會啟動。為了更好地實現(xiàn)實驗室管理，在開發(fā)系統(tǒng)時，設計了相應的手動模式來實現(xiàn)整個機房的電源管理和門禁管理。即在上、下課時，管理員可按下電源啟動控制按鈕實現(xiàn)手動上電和斷電，按下門禁開關實現(xiàn)手動打開實驗室門。

電子門禁打開后，單片機控制繼電器動作，使室內(nèi)照明設備、計算機等用電設備上電，在一定程度上節(jié)省了學生及老師的課前準備時間[4]。為防止因繼電器動作瞬間電流較大對單片機產(chǎn)生影響，本設計采用光耦模塊，對控制電路與繼電器模塊進行隔離，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2　RFID刷卡模塊

RFID刷卡模塊主要由RFID讀卡器、RFID個人身份識別卡等組成。每一個進入實驗室的人員都要通過刷卡才可以進入[5]。RFID數(shù)據(jù)采集模塊是整個考勤系統(tǒng)中非常重要的組成部分。為便于考勤，系統(tǒng)采用非接觸式IC卡[6]。RFID刷卡模塊主要對當前上課學生進行考勤，即通過刷卡模塊對上課學生以及教師信息進行錄入，與已存入數(shù)據(jù)庫的當前課程進行比對。若信息一致，則證明這個學生或老師已考勤；若信息不一致，則蜂鳴器會自動報警。在考勤完畢后，計算機服務器將會比對數(shù)據(jù)庫信息和學生刷卡錄入信息，并打印出未上課的學生名單。

1.3　監(jiān)測控制模塊

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控流程如圖2所示。

圖2　監(jiān)控流程圖Fig.2　The monitoring flowchart

監(jiān)測控制模塊用于對室內(nèi)學生狀態(tài)進行監(jiān)控[7]。該模塊在學生上課時，進行實時掃描監(jiān)控；在學生下課時，進行不間斷檢測。若是實驗室5 min內(nèi)沒有移動物體，傳感器就會發(fā)出控制信號，由單片機進行控制，即將上電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為斷電狀態(tài)，以實現(xiàn)自動關機。為了使系統(tǒng)更人性化，設計了二次檢測。通過移動物體傳感器掃描是否還有學生上機，若是5 min內(nèi)還有學生在上機，語音模塊會提醒學生已下課，5 min后機房會自動斷電并鎖門;5 min后進行第二次檢測，若仍有學生在上機，語音模塊再播放一遍，等待5 min后，系統(tǒng)會自動啟動電子門禁，實現(xiàn)自動斷電后鎖門。

2　系統(tǒng)軟件設計

2.1　考勤系統(tǒng)管理軟件

主機服務器通過考勤管理系統(tǒng)接收RFID上傳的數(shù)據(jù)信息，包括教師信息和學生信息[8]。

考勤管理系統(tǒng)軟件以Visual studio 2012作為開發(fā)平臺，通過C++語言進行軟件開發(fā)，采用SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫平臺進行數(shù)據(jù)管理。

系統(tǒng)主要采用刷卡的方式來進行考勤管理，而非現(xiàn)在流行的指紋考勤[9]。在設計考勤軟件時，主要將參與者分為三類，分別是管理員、教師和學生[10]。在RFID刷卡時，根據(jù)參與者的不同，所持卡的顏色及其權(quán)限也不同。系統(tǒng)管理員主要負責對課程的導入、對應教師信息和學生信息的導入及對教師賦權(quán)。

任課教師考勤時，通過登錄服務器網(wǎng)頁，可在考勤軟件主界面上查閱教師編號、教室內(nèi)應到學生人數(shù)、當前已刷卡學生的人數(shù)和對應信息，如學生序號、學生學號、姓名、登錄時間等。同時，系統(tǒng)會使用不同顏色顯示學生狀態(tài)；紅色為未到狀態(tài)；綠色為已到狀態(tài)。考勤界面留有任課教師操作按鈕，可以選擇開啟網(wǎng)絡服務、生成缺勤名單，并且可以修改登錄密碼、查看上機情況、退出軟件等。

學生在考勤時，只需刷卡便可。通過RFID刷卡系統(tǒng)進行刷卡后，持卡人的信息會上傳、保存到數(shù)據(jù)庫，并與當前時段上課學生信息進行比對，若信息正確，則將學生當前狀態(tài)由未到變更為已到。系統(tǒng)采用SQL Server 2008建立數(shù)據(jù)庫，學生考勤記錄表如表1所示。

表1　學生考勤記錄表Tab.1　Attendance records of students

2.2　定時自動關機插件

由于機房計算機數(shù)量多，很多學生下課后會忘記關閉計算機，造成了極大的能源浪費?？紤]到此問題，本文設計了相應的定時自動關機插件。

此插件對所計算機的鼠標鍵盤進行監(jiān)控。若鼠標或者鍵盤5 min內(nèi)沒有進行輸入操作，則對計算機進行鎖屏，并且提示30 s內(nèi)是否要自動關機；若計算機前無任何學生，則在30 s后實現(xiàn)自動關機，以達到節(jié)能的目的。

3　結(jié)束語

無人值守自動控制管理系統(tǒng)作為一個實用性的新興項目，在石油、氣象等領域已有多方面的設計和應用。本文將無人值守與實驗室管理相結(jié)合，既減輕了實驗室管理的壓力、提高了工作效率，又為學校節(jié)約了人力資源和電能。本項目已得到實際應用，運行狀況良好。當然，隨著程序語言和計算機硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，本文所設計的實驗室無人值守自動控制管理系統(tǒng)也將不斷得到完善。

參考文獻:

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[9] 李建坡,朱緒寧,唐寧.基于DSP的無線指紋考勤系統(tǒng)[J].自動化儀表,2012,33(9):28-31.

[10]章通,陳金玉.網(wǎng)絡指紋考勤系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機應用與軟件,2011,28(2):73- 75.