开发实验室管理系统信息发布子系统的设计与实现

王伟　常中华　林敬学

【摘 要】本文介绍了一个开放实验室管理系统中信息发布子系统的设计与实现。子系统包含服务器与移动显示终端两部分，二者通过教学场所的无线或者有线网络进行点对点连接。服务器端连接数据库处理并存放系统中其他子系统采集的实时数据和日常教学数据等。移动显示终端定时通过网络访问服务器，将服务器返回的数据依照一定的格式进行发布。

【关键词】开放实验室管理系统；点对点连接；子系统

【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

我国传统的实验室管理以人工管理为主，由管理人员负责实验室的开关、登记考勤、设备检修管理等。人工管理的缺陷在于实验室的开放时间固定、进出实验室的学生不断变化，增加了实验室管理的难度。随着信息技术的发展，人工管理实验室已经不能满足当前高等教育发展的需求。开放实验室就是向学生提供进行实验和科学研究的空间和设备，增加实验室使用时间，给学生提供个性化发展的平台，培养学生的创新精神和创新能力[1]。为促进开放实验室的健康快速发提高开放实验室管理水平，有必要研发一套科学合理的开放实验室管理系统[1]。

目前，国内的开放实验室管理系统的的实现主要有基于rfid技术、基于web技术、基于指纹或者面部生物特征识别技术等[2-4]，实验室管理系统的功能主要是对实验室的设备与耗材进、销、存进行管理，对进出实验室的人员进行身份识别。

2）我们实现的开放实验室管理系统

研发团队基于目前高职院校实验室管理的现状和学生的基本情况，设计研发了新的开放实验室管管理系统。系统基本涵盖当前开放实验管理的基本功能，设计原则为低耦合高内聚，每个子系统都可以单独设计实施，高校可以根据自己的实际情况，定制其中的部分子系统。图1所示为系统的基本功能结构图，系统主要包含四个子系统。实验室考勤子系统主要采用指纹识别技术，学生进入实验室和离开实验室时采集指纹信息，系统会记录学生使用实验室的时间；子系统还用于在正常上课期间学生的课堂考勤，要求学生在课前和课后采集指纹，用于出勤信息记录。门禁管理子系统主要是实现实验室的开门和关门，实现技术有两部分，有权限进入实验室的人员可以在实验室门口采集面部信息，权限信息匹配可以打开实验室门，同时系统管理员可以通过网络在服务器端开门。实验室实时监控子系统主要是通过网络实时采集在实验室后部安装的高清摄像头的视频信号，并把视频信息保存一个星期，管理人员可以在任何地方通过浏览器登录服务器查看实验室的实时情况和历史情况。信息发布子系统的功能主要是在每个实验室门口安装移动终端，通过网络与服务器连接，实现点对点的信息发布与现实功能。

3）子系统的基本功能

信息发布子系统在每个实验室或教室门口用智能化电子设备显示日常信息和实时信息。显示分为两大部分，第一部分是日常课表的显示和学生课堂实时考勤信息的显示，第二部分是在教室有特殊活动时，依照管理员设置的格式显示内容。子系统可以实现点对点显示，即每个教室门口显示的课表和信息都是针对信息发布终端所属的教室的。

1 信息发布子系统结构

系统硬件结构主要包含服务器和智能化电子设备，图2所示为信息发布子系统的结构。目前，市场上最广泛的智能电子设备主要是ios系统和android系统的，我们选择开源的android系统作为信息发布终端的平台。系统中每个实验室或教室门口安装一台智能终端，每台智能终端使用固定的ip地址，通过无线或者有线网络，连接到指定服务器。管理员可以通过桌面电脑或者其他设备的浏览器软件登录服务器，进行系统参数设置、信息录入、信息查看等操作。

2 数据库设计

数据库的数据主要包含三大部分，第一部分是用户信息，包括教师、学生、管理员等使用系统的人员的基本信息；第二部分是日常教学信息，主要是日常教学的教务管理所需的信息；第三部分是信息发布的基本信息，包括学生的考勤信息、实时通知信息等。以下列出的是数据库中与信息发布子系统相关的部分表的设计。

2.1 教室信息表room（表1）

RmId：实验室或教室编号。

RmName：实验室或教室名称。

RmIp：信息发布用android智能终端的固定ip地址。

DispStatus：信息发布终端当前所处的显示状态，可以取的值限定于A、B、C、D。

DispContent：信息发布终端当前在显示的通知的格式与内容定义。

DispStartTime：信息发布终端当前显示通知的起始时间。

DispEndTime：信息发布终端当前显示通知的结束时间。

2.2 课时表

课时表是数据库中一个非常重要的内容，表中一条记录是一节课的相关信息（表2）。

Id：当前课时记录序号。

Week：课时记录的周序，从周一到周五。

Time：课时记录的节次，可以是1-2节，1-4节等。

CorseId：课时记录的课程编号。

CorseName：课时记录的课程名称。

TeacherId：任课教师的编号。

RoomId：课时记录的实验室号或教室号。

3 应用程序设计

3.1 服务器端应用程序设计

服务器端应用程序因为规模较小，选择了php作为实现语言，服务器应用程序的主要功能有两部分。第一部分是系统设置及数据输入部分，由管理员在终端用浏览器输入用户名和密码后登陆，管理员后可以查看课表信息，进行数据的修改。另一部分是当智能终端访问服务器请求待显示数据时，服务器针对不同实验室或教室的终端点对点返回相应的信息。两部分代码使用不同的登录地址。图3所示为处理智能终端访问请求部分的代码流程图。

3.2 android终端程序设计

终端程序单独建立线程，实现每隔固定时间往服务器发送数据请求，接受服务器返回的数据，并对数据进行解析，然后根据解析结果显示相应的界面。同时为了保证子系统运行的稳定性，android终端应用中设计了看门狗结构，当看门狗线程检测到应用程序因为连接网络等各种原因导致长时间不响应，会在设定的时间超时后把应用程序自动重启（图4）。

3.3 终端与服务器的应用层通信协议设计

智能信息发布终端与服务器之间应用层的通信协议为开发团队自行定义，基本的定义帧格式如表3所示：

1）开始标记字段占1个字节，采用的符号为换行符号

。

2）帧类型标记字段占1个字节，字符‘A表示该帧为实时信息发布帧，符号‘B表示该帧为保持显示提示帧，符号‘C标示该帧为课表更新数据帧，符号‘D表示该帧为终端激活时间范围帧，符号‘E为保留帧类型，符号‘F表示错误信息帧。

3）数据长度字段占1字节，数据内容为数据字段的字节数。

4）校验码字段占1字节，校验码的生成方法为从帧类型字段开始到数据字段结束的所有字节进行模2加法运算。

4 小结

开放实验室管理系统实现了一个可用于高校实验室开放式管理的系统，信息发布子系统可实现实验室入口处进行实时的信息发布，日常管理时显示实验室课表信息和使用实验室的学生的考勤信息，特殊需求的时候可以按照指定的格式显示指定的内容。系统中集成了指纹扫描考勤、脸部扫描门禁管理等功能。但是系统实现的的成本较高，实际应用中高校管理人员可以综合考虑应用需求和成本，酌情订制使用。

【参考文献】

[1]罗频捷.开放实验室管理信息系统的开发与实现[J].实验室技术与管理，2015.32（5）：157-160.

[2]谢芸.RFID与人脸识别技术在开放实验室管理中的应用[J].开发案例，2015（01）：32-35.

[3]许建国.基于RFID的开放实验室管理系统[J].数字技术与应用，2015（05）：117-117.

[4]陈超.基于WEB的开放实验室管理信息系统研究[J].电子技术与软件工程，2014（14）：47-47.

[责任编辑：王楠]