基于微信小程序的高校实验室预约平台的设计

◆潘可贤

（厦门工学院 电子与电气工程学院 福建 361024）

1 引言

近年来，随着高校的办学理念的不断发展和改变，教学过程中对学生的实践动手能力和创新能力提出了更高的要求，课外开放式实验课时、课程设计，以及学生的课外科技创新创业活动的增加，使得实验室的使用频率大幅度提高。而实验室管理人员有限，实验室的人工预约使用常常出现使用时间冲突，使用设备资源冲突等问题，且在学生在课外使用实验室的过程中，设备使用安全问题缺少合理监管。针对此类问题，建设信息化的实验室预约管理系统，可使学生或教师利用手机便捷的预定在某个时间使用某个实验室，实验管理人员根据申请准备相应的实验设备，并在其实验过程中，可随时监控实验室情况。

由于近年来手机微信应用的快速发展，微信小程序开发平台提供了方便简单、高效的应用开发框架和丰富的组件及API，其所提供的云数据库为文档型数据库，稳定可靠，支持在小程序端和云函数中调用。预约系统主要采用微信小程序的形式实现，一方面学生和普通老师无须安装APP，直接微信关注即可，同时也解决开发平台问题，无论苹果手机或者安卓平台手机皆可使用，提高开发效率，节约成本。

2 系统总体架构

本实验室预约管理系统目的是为了无纸化校园办公，节省人力物力和时间。系统使用者为高校学生，教师，实验室管人员。主要功能如下：实验室管理人员需将当前学期的实验室上课使用情况上传至实验室预约管理系统，记录在系统数据库中，系统可据此计算出实验室空余时段。学生或普通教师通过该系统可根据需要灵活选择时间段使用某个实验室，并提出某个实验仪器的使用。申请提交后，实验室管理教师可通过系统上接收到相应申请，并对此进行批准或驳回，审批信息直接返回到申请者手机上，随时可查看，并发回密码和二维码信息，用于实验室的门禁登录。若申请获批后，临近申请的时间，系统提前发出通知，申请人按时到达实验室。申请人按时间到达相应的实验室后，通过输入密码或二维码扫描等方式打开实验室门禁，进入实验室进行实验。实验过程中，实验管理老师可通过网络摄像头监控实验情况，实验结束后，实验人员再次扫码登记离开实验室，实验室管理教师检查实验仪器后，可终止该次申请，同时也可对该次申请人员进行评价，作为下次申请的参考依据。为了保证实验室资源的有效使用，若申请人出现多次爽约的情况，则将此申请人列入黑名单，限制预约次数。

对于学生或普通老师而言，只需了解各实验室的空余时段，提交申请，以及获得申请的结果即可，因此主要采用微信小程序实现，其中功能包括用户信息管理模块以及预约功能模块，用户只需扫一扫或者搜索即可打开应用，无须安装卸载，随时可用。 而对于管理员而言，需要增加网络监控模块以及每学期实验室课程数据的导入，教师以及新生信息的导入，毕业生数据的删除，以及预约数据的导出等操作。另外考虑到微信小程序目前对网络摄像头的支持较少，因此提供了Android 版本供管理员使用，可实现网络监控功能，以及随时预约审批。此外由于在手机上对文件操作的不便捷性，系统同时提供网页版本，主要实现数据的导入和导出。数据库采用微信小程序提供的云数据库实现。

3 系统实现

3.1 开发环境搭建

微信小程序开发采用微信开发者工具平台，该平台提供了丰富的API 和足够多的框架和组件，同时还提供了详细的开发文档和详尽的设计规范。程序开发时，使用WXML+WXSS+JavaScript，完成程序界面构建，界面文字图案样式设计以及程序逻辑功能设计。

在新建项目时务必要勾选“开启云服务”，并设置数据库环境，根据使用量选用资源配额，然后在项目中获得用户的openid，即可利用云功能，此时无须搭建服务器，可直接在微信小程序前端操作数据库，也能在云函数中对数据库进行操作。

对于数据库内容的管理，可在微信这一开发工具的云开发控制台中实现，在此可直接建立各数据库集合，并直接导入初始信息，如学生信息，实验室信息等。在云开发控制台中也可实现对数据库的索引信息和数据权限进行设置，以及对云函数的管理。

数据库环境搭建好后，可直接通过微信小程序中实现数据的增删查改，也可通过HTTP API 协议在小程序外访问云开发资源。

3.2 用户界面

微信小程序主要向申请者提供申请实验室通道，主要是实现用户登录和注册界面（学生和普通老师注册和登录为申请者，实验室管理人员作为管理者登录）。申请者首次登录需核对是否本校学生或老师，核对成功后进入预约界面，选择申请日期和实验室后，系统自动列出可使用的时间段，申请者可根据需要选择，同时备注实验的内容以及需准备的实验仪器等。用户成功提交后可查看申请结果。如申请满的实验室不得再接受申请，如有实验人员结束实验，完成该次申请后，该实验室可重新进入备选状态等。此外申请者可对自身信息进行修改，如电话号码等内容进行修改。

管理员接收到申请后，可查看申请，并对申请进行批准或拒绝，界面图3所示。此外管理员具有信息的导入和导出功能，可完成学生基础信息的导入和课程信息的导入，学生基础信息主要用于识别注册和申请人员是否为本校学生，如果不是本校学生则不允许申请使用实验室。课程信息则是用于记录每学期实验室的课程安排情况，系统根据导入的课程信息计算空余时间段，申请人只允许预约课程外的空余时间段。信息导出功能则能够完成对某时间段实验室使用情况的信息导出。

3.3 数据库

数据库的实现，由于目前系统只在电子与电气工程学院内部使用，单个院部的师生人数大约为2000 人左右，实验室约为20 间左右，需要记录的信息大约为实验室信息，学生学号，班级，手机号，预约信息等，存储容量较少，每月的信息访问量也较少，因此直接使用系统均衡性的基础版本配额即可。

系统涉及的主要的数据库集合有用户信息表，字段有姓名，学号，班级，手机号，微信号，密码等；实验室信息表，字段有实验室名，ID 等；实验室状态表，字段有周数，星期，时间段，实验室ID，状态等；预约信息表，字段有学号，实验室ID，周数，星期，时间段，批准状态，备注等。

3.4 监控

由于实验室预约系统是为了方便课余时间师生能够充分使用实验室资源，因此，单独申请试用实验室的时间多为课外空余时间，此时，老师是没有时间实时跟踪实验的进行的，大部分的时间应该是学生或老师独立进行实验。该功能的实现可以通过具体实验室的门禁系统同一控制摄像头实现，完成图像的实时传输。

监控系统将网络摄像头安装在实验室，通过手机Android 应用程序完成摄像头的控制。实验室管理员在手机上安装应用程序后可随时进行监控。

3.5 门禁系统设计

如预约申请成功后，系统会返回申请成功的提示，并向申请者手机发回二维码和密码，申请者到达实验室后，需二维码扫描通过或者输入密码开启门禁。

当申请者按时到达相应实验室时，可通过二维码扫码或密码输入开门信息。门禁系统安装在实验室门口处，能够无线连接到数据库，如从中查找到与申请者匹配的预约记录，则实验室门禁打开，同时通知实验室管理人员申请者已经入相应实验室。当实验人员完成实验后，退出实验室也需扫码登记，此时实验管理人员收到信息后检查实验仪器情况，关闭该条申请信息，完成整个申请实验过程。门禁系统的系统使用密码输入和二维码扫码打开门禁的方式。

实验室门禁系统采用stm32 单片机作为主控系统，连接二维码识别模块、无线模块、键盘模块，LCD 显示模块，电磁锁门禁控制模块等。 单片机控制二维码识别模块得到开门密码，通过无线模块连接到云数据库，在数据库中查询到申请者信息后，再将数据回传到门禁系统显示在LCD 上，同时数据库记录进入时间，同时通过云函数向管理员账号发出通知。

门禁系统访问数据库时使用HTTP API 协议，在小程序外访问云开发资源，实现与云开发的互通。

数据库查询记录的请求地址为：

新增记录的请求地址为：

4 结束语

本系统完成了根据用户登录身份的不同，展示不同的页面，学生、普通老师用户可以进行预约申请，查看预约，取消预约和账户密码的修改。管理员用户可以对预约进行审批，对所有预约数据进行导出，也可以导入实验室数据，课程数据，实验室允许预约数据等。经过一段时间的运行，能够将实验室管理人员从烦琐的实时实地预约工作中解放出来，更好地配合开放性实验室的使用。系统还需要在与学生、实验室人员的相互配合使用中进一步完善和改进功能