基于LabVIEW的农药检测人员考试系统的设计

史洪玮 张花花 黄骏 徐志颖

关键词： 无纸化考试系统; LabVIEW; 考场认证; 在线考试; 自动阅卷; 云台

中图分类号： TN911.23?34                        文献标识码： A                    文章编号： 1004?373X（2019）02?0049?05

Design of examination system based on LabVIEW for pesticide detection staff

SHI Hongwei， ZHANG Huahua， HUANG Jun， XU Zhiying

（1. School of Information Engineering， Suqian College， Suqian 223800， China; 2. Shaanxi Electronic Technology Institute， Xian 710000， China）

Abstract： In allusion to the frequently?occurring problems such as examinees′ substitution and cheating during the paperless examination， the LabVIEW technology and single chip microcomputer technology are adopted to complete the design of the monitoring terminal and examination terminal， which are applied in examinations of pesticide residue detection and other related professional knowledge. The system can not only realize the basic functions of the traditional paperless examination， but also realize the functions of real?time video recording without blind angle and photographing. The single chip microcomputer is used to control the cloud platform for camera rotation. The experimental results show that the system has the characteristics of stable data transmission， accurate test results and strong examination room identification， which has achieved the expected design goals.

Keywords： paperless examination system; LabVIEW; exam room identification; online examination; automatic scoring; cloud platform

随着计算机技术的发展，无纸化考试系统[1]在检查知识掌握情况方面，具有成本低、公正性强以及准确度高等特点，已经成为考试的主流形式。

在企事业单位中，考核不仅使员工明确自己的工作职责、任务和目标，还促使员工加强学习以提高技能，为实现企事业战略目标提供了人力资源保障，因此得到了企事业的广泛重视，并制定了员工“工作?培训?考核?转岗”等相关奖惩机制。

本系统是新型无线便携式农产品残毒检测系统的子系统，其是运用单片机技术以及LabVIEW技术设计的一款无纸化考试系统。该系统主要应用于检测人员进行农药残留相关知识的培训及考核。文中完成了考试模块、监考模块的相关设计。实践表明，该系统不仅具备自测和考试等基本功能[2]，而且实现了无死角实时录像及拍照功能，杜绝了考生替考及考场作弊等行为，提高了考场认证性，保障了考试的公正、透明。

1  应用架构

考试系统应用架构如图1所示。该系统由监考端和考试端构成，集成了随机抽题、自动评阅、提交成绩与答案、拍照及录像等功能，具体功能如下：

监考端：语音播放、实时监控、作弊取照、成绩及答案查看等。

考试端：考生信息表格、考生登录及信息确认、随机抽卷及作答、自动阅卷评分等。

该系统不仅实现了无纸化考试的基本功能[2]，还通过无死角拍照、录像等功能，保证了考场的纪律性，杜绝各种作弊行为的发生。

2  硬件设计

监考端包括录像/拍照模块，由LabVIEW实现，键盘（指定的按键）通过录像/拍照模块可以直接控制摄像头拍照录像，并将图像数据以时间戳命名，存储至电脑硬盘中。

可控式云台可由LabVIEW应用程序发出指令，再由驱动板分析指令[3];也可直接由驱动板根据人工按钮分析指令功能，从而完成云台机的控制。本系统由驱动板接收到人工按钮指令后，通过对指令进行分析，来实现对云台暂停和转动的控制。

驱动板为单片机，型号为STC11F32XE，与传统51单片机相比，具有以下特点：低功耗、强抗干扰、超强加密;支持1T模式，22.118 4 MHz主频;支持IAP技术，29 KB可擦除只读存储器存储空间可用于保存数据;具有独立的波特率发生器。

本系统的硬件设计主要是通过单片机控制云台旋转，并将摄像头放置在云台上，完成可控式旋转摄像头设计。旋转摄像头如图2所示，其可实现无死角录像、拍照等考场认证功能。硬件设计主要包括云台控制模块、串口调试模块、复位模块。

2.1  云台控制模块

云台控制模块是通过分析人工按钮指令，实现对云台的转动和暂停控制，从而控制摄像头无死角转动。

2.2  串口调试模块

驱动板的通信串口有RX，TX，GND三根接线，通过USB转TTL数据线与电脑连接。数据线中的TX，RX，GND分别接到通信串口的RX，TX，GND，通过这个接口将实现控制云台转动和暂停的云台控制代码烧录到驱动板的MCU处理器中。

2.3  复位模块

复位模块主要提供一个手动按钮和相关支撑电路，当检测器异常时，可以通过人工方式复位，使驱动器立即进入初始状态，并且从用户定义的存储器地址开始执行程序。

3  软件设计

3.1  监考端

监考端功能通过选项卡集成在监考状态、考生状态、查分状态三个子模块中。其中录像/拍照、语音播放放在监考状态;考生的状态灯及上线人数的显示放在考生状态;成绩的查看、答案的保存放在查分状态。

3.1.1  录像/拍照子模块

使用ActiveX容器控件插入vbVidCap.ez?VidCap控件，在程序框图中其将属性节点设置为_ezVidCap类型，用于采集摄像头的实时数据，顯示到监考端的界面上。监考端机器界面显示摄像头采集的实时数据见图4。系统收到“拍照”指令时，LabVIEW用“获取日期/时间”函数将拍摄的图像以日期、时间命名，并保存在监考端的指定路径下。本系统还可以将当前考场的情况通过Web发布工具，让考场以外的电脑接收查看当前考场的状况。

3.1.2  考生状态显示子模块

自定义一个布尔灯（雪人形），以布尔灯的两种状态表示考生是否已经上线考试。使用LabVIEW中的“TCP协议”监听考生机[4]，如果考生已经核对确认了身份信息，则考生端经过计算，会发送一个与准考证号相关的常量给监考端，监考端接收常量，与该考生对应的布尔灯亮起。每个考生对应确定且不同的布尔灯，以此来达到监考人员查看考生是否上线的目的。本系统再使用局部变量累加对上线人数进行统计。

自定义一个布尔灯（小手形），以布尔灯的两种状态表示考生是否有疑问并举手。考生举手示意界面如图5所示。

举手（小手灯）原理与考生（雪人灯）上线原理相同，不同的是本系统利用LabVIEW“调用节点”中的“重新初始化为默认值”，监考人员查看完举手考生的问题后点击“确定”按钮，即可让举手灯关闭，表示问题得到解决。

3.2  考试端

考试端主要包括IP模块、登录模块、考试模块及提交模块。

1） IP模块：利用拆分和创建路径函数，将手动输入的IP保存至指定的文本文档中，目的是指定考生考试端需要连接的监考人员监考端的IP地址。

2） 登录模块包括考生信息管理和考生登录模块2个模块。

考生信息管理。本系统中选用Excel[5]实现考生信息管理，Excel占用内存小，使用方便并且操作简单。

考生登录模块。考生进行用户登录时，输入的登录准考证号及身份证号分别用for循环从第一行开始与信息表中相应列的数据一一匹配，不正确时匹配下一行，直到将表中数据完全匹配结束，若依旧没有找到考生信息，则把输入框重新初始化，给出错误提示;当两者都匹配时，系统允许登录，跳进下一界面显示该考生的基本信息，考生确认无误后，方可进行后续操作。登录时如果检测到考生的成绩不为空，则不允许二次考试，系统自动关闭。考生登录时，会将该考生的准考证号，身份证号以及姓名合成一个新的数组，再利用调用节点的方式传给成绩显示模块VI，以备后续调用。

3） 考试模块包括试题库管理、考试时间管理、考试及阅卷管理。

试题库管理。在题库中，可根据考试的实际需要决定组卷的形式，既可以让全部考生考同一份试题，也可以让系统随机分配试题。题库的实现可以分两种：一种是将大量的试题按不同难度类型分类储存，一份试卷将由这些试题按难度类型比例设置随机组成;另一种是将题库分成若干份试卷，考试时随机调用。第一种方法灵活性更高，但技术难度较大，第二种方法简单易行，被多数系统采纳。本系统选用第二种方法，利用LabVIEW产生一个0～1的随机数，经过适当的运算后作为抽取的试卷代码。系统按照产生的代码号发给考生相应的试卷，同时把代码号以调用节点的方式传给成绩显示VI，以备后续的调用。

考试时间管理。LabVIEW中没有直接可以使用的六十进制的计时器。本系统为了实现考试倒计时模块，将时间数据通过数值运算函数进行处理，并利用等待函数使界面中的计时器数值每秒都得以刷新。

考试及阅卷管理。定义枚举型变量作为选择题和判断题的选项，当考试点击不同的选项按钮时，系统会进行判断，并给出不同符号来表示考生的选择，将考生的答案存入一个新的数组中，在考生点击确认交卷后，与标准答案数组进行比对，然后对结果数组求和得出总分。系统将成绩通过调用节点显示，如图6所示。图中①～③都是调用节点，是为了将考生的答案数组和分数数组传递给下一个VI即考试成绩显示.VI。图中①是将考生答案数组中的内容传递给考试成绩显示.VI中称作“答案存放”的数组。该数组是设置为隐藏的，为的是在考试成绩显示.VI中把答案保存在本地E盘中作为可考备份。同理图中的②是将考生的得分及总分传递给考试成绩显示.VI中称作“客观题总分”的数组，考生在这个.VI里会看到自己各项题目的得分以及客观题总分。图中的③是将考生得分及总分通过空格连接成字符串传递给考试成绩显示.VI中叫作“传送2”的字符串控件，该控件中的内容会通过TCP协议发送给对应的监考端，这样监考端就能在考生提交试卷后及时地接收到考生的成绩。

3.3  监考端和考试端的通信

考生成绩及答案都从成绩显示VI中通过TCP协议发送到监考端。相比于常用的UDP协议，TCP协议具有可靠性高，不易丢包的优点，适合在无纸化考试系统[6]中使用，传输考生答案和成绩等重要数据。

考生端发送数据时打开TCP连接，将“传送1”和“传送2”字符串控件中的内容，通过8001端口发送给教师端，成功后关闭TCP连接，如图7所示。

在监考端，利用“TCP协议”监听考生机接收考生成绩，将接收到的成绩通过“搜索/拆分字符串”函数按题号分开（为了方便监考端接收，本系统在考生端做了处理，将所有成绩合并成了一个字符串，这里需要将成绩写入表格，所以需要先进行拆分），用“写入电子表格文件”函数保存在监考端的指定路径下作为备份，并且用“读取电子表格文件”函数显示在监考端的表格控件中。成绩表格显示以时间为顺序，先考完的先显示;表格属性为只读，值不可以被随意修改。

在监考端，同样利用“TCP协议”监听考生机接收考生答案。用了两次“读取TCP数据”函数，第一次读取的数据是考生的准考证号及姓名，第二次读取的数据是考生填写的答案，用“写入文本文件”函数，以考生准考证号及姓名命名文本文档，将答案保存在监考端指定的文件夹中，方便监考人员对主观题进行批阅。

4  测试与分析

为了测试该考试系统的稳定和安全性能，本系统进行了相关测试[7]。在实际测试中，该系统稳定性强，准确性高，良好地完成了监考端和考试端录像、拍照、登录、答卷、倒计时、交卷、评分、收集答案等工作。图8为考试现场测试图。

5  结  语

本系统运用单片机、LabVIEW等技术设计了一款农药检测人员考试系统。该系统不仅实现了传统无纸化考试的基本功能，还实现了实时录像、拍照等功能，减少了作弊行为，提高了考场的认证性，保障了考试的公正、透明，促使农药检测人员加强学习以提高相关专业技能。

注：本文通讯作者为张花花。

参考文献

[1] HE Xiaoxia. Designing of the information security examination system [J]. IERI procedia， 2012， 2： 721?726.

[2] YA?CI M， ?NAL M. Designing and implementing an adaptive online examination system [J]. Procedia?social and behavioral sciences， 2014， 116： 3079?3083.

[3] 尚宇峰，柯显信，卢孔笔.基于LabVIEW和FPGA的串口通信舵机控制系统[J].制造业自动化，2014，36（21）：112?114.

SHANG Yufeng， KE Xianxin， LU Kongbi. Serial communication servo control system based on LabVIEW and FPGA [J]. Manufacturing automation， 2014， 36（21）： 112?114.

[4] 刘永富，岳林.TCP/IP技术在远程动态测试虚拟仪器中的应用[J].机械工程与自动化，2011（1）：39?41.

LIU Yongfu， YUE Lin. Application of TCP/IP technique in remote dynamic testing virtual instrument [J]. Mechanical engineering & automation， 2011（1）： 39?41.

[5] 孫炜强，王德民，马义平.LabVIEW与数据库在柱状件静态参数测量系统中的应用[J].仪表技术，2014（10）：47?49.

SUN Weiqiang， WANG Demin， MA Yiping. Application of LabVIEW and datebase in static parameter measurement system of columnar parts [J]. Instrumentation technology， 2014（10）： 47?49.

[6] 刘东.基于WEB的C语言考试系统的设计[D].广州：华南理工大学，2010.

LIU Dong. WEB?based test system for C language [D]. Guangzhou： South China University of Technology， 2010.

[7] 王子卿.基于LabVIEW的远程虚拟测试系统设计[J].电子技术与软件工程，2016（2）：193.

WANG Ziqing. Design of remote virtual test system based on LabVIEW [J]. Electronic technology & software engineering， 2016（2）： 193.

[8] 闫中威，孙大嵬.B/S模式在线考试系统性能优化及实现[J].计算机系统应用，2016，25（10）：83?87.

YAN Zhongwei， SUN Dawei. Performance optimization and implementation of online examination system based on B/S mode [J]. Computer systems & applications， 2016， 25（10）： 83?87.

[9] 阚钰淇，张宁，徐熙平.LabVIEW平台下USB图像采集与处理系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2013（6）：80?82.

KAN Yuqi， ZHANG Ning， XU Xiping. Image acquisition and processing system design based on LabVIEW and USB camera [J]. Industrial instrumentation & automation， 2013（6）： 80?82.

[10] 崔鹤，杨鹏.基于B/S结构的英语标准化考试系统设计与开发[J].电子设计工程，2016，24（20）：46?49.

CUI He， YANG Peng. Design and development of the English standardized test system based on B/S structure [J]. Electronic design engineering， 2016， 24（20）： 46?49.