基于校园网的实验室监控与考勤功能集成化技术的研究与实践*

王文明，蒋溢君

（浙江工业大学之江学院 现代教育技术中心，江苏 杭州 310024）

基于校园网的实验室监控与考勤功能集成化技术的研究与实践*

王文明1，蒋溢君2

（浙江工业大学之江学院 现代教育技术中心，江苏 杭州 310024）

提出了一种将监控系统与考勤系统集成在一个系统架构下的方案，一方面节约建设成本；另一方面实现统一管理，节约管理成本。同时实现功能互补：如发现考勤数据出现问题时，可立即调用监控系统核实问题的存在原因；如发现监控画面出现可疑迹象时，可立即调用考勤系统的相关数据予以佐证。

校园局域网;监控系统；考勤系统；校园数字化技术

一、引言

由于学校的实验室往往分布在不同的建筑物或不同的区域,采用传统的监控系统对实验室进行监控存在许多问题,如线路的布置,大量资金的投入等。[1]目前，基于网络的视频监控成为最为主流的选择。

另外，传统的机械式门锁存在诸多不便和安全隐患，因此实验室门锁授权范围被缩小，一般仅限于管理人员和教师，而作为实验教学活动主体的学生被排除在外。显然，实验室开放需要有相应的可操作的门禁考勤管理为技术保障。[2]当然，节约频繁的点名时间、有效地统计各个实验室的实际工作量都是需要考勤系统才能得到实现。实验室管理员是实验室的重要组成部分，但很多实验室没有专门的实验管理员，由实验教师同时兼任，从而形成了“教师什么时候安排实验，学生什么时候才去实验”的局面，致使实验室使用效率低下，与现代化实验室是不相符合的。[3]

现阶段，实验室监控系统和门禁考勤系统作为两个完全独立的系统得以实现，如将两个系统进行集成，可以预见将会取得如下优势：

（1）因两个系统一般均可通过网络得以实现，集成以后必将节约建设成本。

（2）两个系统可以进行统一管理，节约管理成本。

（3）系统功能互补：如发现考勤数据出现问题时，可立即调用监控系统核实问题的存在原因；如发现监控画面出现可疑迹象时，可立即调用考勤系统的相关数据予以佐证。

二、系统组成

实现监控与考勤集成的基础条件为摄像机和射频读卡器，最为便捷的方式是采用USB接口的摄像机和USB接口的读卡器，将它们连接到实验室的一台计算机上面，将各个实验室的这台计算机通过网络连接到中心服务器，通过软件方式实现管理。问题是每个实验室必须有一台计算机需要24小时工作，这必然带来管理上的不便和支出的增加。其如图1所示。

最为理想的方式是采用网络摄像机和网络读卡器通过接口电路连接到交换机和服务器，这样就无需每个实验室配备一台专用的计算机用于监控信号和考勤信号的传输，也能避免考勤监控系统过多的占用交换机的问题。其如图2所示。

三、网络摄像机和网络读卡器

网络摄像机一般采用CMOS传感器（Sensor）作为图像的采集设备，并使用ISP的SCO芯片，由于其制造具有明显的成本优势，因而得到了广泛的应用。其成像效果主要取决于芯片厂商集成的ISP效果，如3A、宽动态等。各个网络摄像机生产厂商会根据自己的技术特点，采用特定的压缩方式，如微软公司的Windows Media流媒体技术、Real Network公司的流媒体技术和Apple公司的Quick Time流媒体技术等。最后生成符合TCP/IP协议规范的图像信号传送到服务器。

一般的射频读卡器是通过USB或RS232接口接入服务器实现读卡服务，北京长远海度科技有限公司于2010年开发了一种基于TCP/IP的网络读卡器，该读卡器是感应式读卡，每次读卡后，向网络的特定IP地址发送本机的设备号、IP地址号和卡号，该信号可由PC机、网络服务器或其他网络设备接收并处理 （如记录刷卡事件、考勤管理、巡更管理使用），也可以将控制指令发送到其他的设备（如门禁控制器），来启动特定功能的运行（如开门）。此提供了局域网和广域网的网络读卡器。通过系统的设置，可输出网络读卡器上传的设备ID号、IP号、卡号、刷卡时间。

四、接口电路的设计

网络摄像机需要一条网络线路连接到交换机，考勤系统也需要一条网线连接到交换机，同时考虑到一个实验室内需要安装多个摄像机等情况，考虑设计一个接口电路，将两路信号通过经一条网络线路通过交换机连接到服务器，并为摄像机等外围设备提供电力驱动，以降低布线成本，如图3所示。

图3是基于TC3097-8的接口电路设计，TC3097系列芯片的集成度较高，采用硬件方式实现编译码功能，能够为8路外设提供TCP/IP协议通道，外围电路也非常简单。接口电路同时考虑外设的供电问题，将直流电源连接到为外设供电的输出接口，关于直流电源的功率问题笔者就不在这里赘述了。

五、管理平台的研究

网络摄像机经过注册到校园网内的管理服务器，用户注册一个主账号后，可以管理所有帐号下的摄像机，做到只需要记住一组用户名密码，即可对所有摄像机进行观看、管理等操作，无须记住DNS、每个实验室的IP地址等信息。管理平台可设置摄像机分组信息，可以建立子账号，同时可限制子账号的观看时间、观看摄像机、观看时长、能否观看录像等属性，子账号的摄像机可以被任意分配。

服务器端需要根据摄像机的数目建设网络，例如最多同时观看20台摄像机，每台摄像机设置的图像品质为CIF/ 10FPS/200Kbps，那么服务器端的网络需要4M（20×200Kbps）下载带宽，这在校园网内实现并无困难。在服务器端需要设置录像服务器进行集中录像，起到备份的作用，以免发生摄像机被盗或者人为删除录像造成的监控数据丢失。

网络摄像机的优势在于凡是有网络的地方就可以看到视频，学校领导可以轻松地在互联网上观看视频，回放录像等。对于不方便安装客户端的电脑，可以直接登录网站进行观看，同时也支持使用手机观看视频。

TCP/IP网络读卡器能够支持局域网和Internet广域网通讯和管理，将每台读卡器的读卡信息及时上传到服务器，服务器可以显示对每一位进出实验室的学生的具体时间，也可以统计某一个实验室进出的学生的数量和具体时间，并可以打印或者输出到Excel报表中。同时，管理员可以一目了然看到哪些实验室是有人的，哪些实验室是无人的。教师进入实验室后，可以通过网络查询服务器，迅速统计到课的学生数量，或作为期末考评依据予以保存。

网络摄像机和TCP/IP读卡器的生产商均会提供相应的管理软件，我们在设计时，需要考虑管理软件的兼容问题，比如有些网络摄像机要求在Windows NT环境下使用，有的要求在Windows XP环境下运行，这就要求我们在选择网络摄像机和TCP/IP读卡器的型号时，就要求两种设备能够在同一环境下工作。管理平台也可以自行研发，由于.NET技术不仅为开发Web的B/S模式的分布式多层结构的应用程序提供了高效的平台.NET Framework，而且还为用户提供了高效的开发工具VS. NET2008和UML建模工具Visio2005，SQL Server数据库及操作系统。在这些系统的支持下运行应用系统数据通信快，兼容性好，运行效率高，并且缩短了开发周期[4]。系统也可以采用B/S结构设计和极限编程 (XP)的软件开发方法,采用安全性较好的Apache作为Web服务器,采用跨平台性好的PHP作为程序开发语言,采用完全网络化跨平台关系型数据库My SQL作为真正的多用户、多线程SQL数据库服务器，采用HT ML、JavaScript、DOM、CSS、DreamWeaver和Fireworks进行页面设计与控制。[5]

六、扩展端口的研究

扩展端口包括硬件和软件两部分，硬件端口提供不同类型的硬件接入，按照TCP/IP协议进行传输；软件部分是在管理平台中增加相应的管理端口。实验室根据学科的不同表现出危险情况的多样性，如化学实验室出现异常气味是其发生危险的固有特征；电子电工类实验室发生漏电现象是一项非常危险的指标；计算机机房的温度突变将会造成大型的设备故障等等。为整个系统增加扩展端口，将使本项目的通用性得到大幅的提高。

CAN是目前比较流行的一种现场总线，支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。[6]我们在接口电路里提供了基于TCP/IP协议的通讯端口和12V直流供电端口，开发关于电压、室温、气敏、漏电等相关硬件和软件后，就能通过本系统进行相关的管理和应用。对实验室进行监控管理是通过串口采集设备数据，由CAN网关进行管理和控制；上机管理及收费、电器控制等，是利用CAN开关量输入输出模块进行采集和控制；安全监控涉及到门禁系统，由串行网关实现；环境监控需要CAN模拟量输入模块，采集实验室温湿度参数。现场信号有数据采集卡信号、各报警传感器和执行器的状态等，将这些信号与CAN控制器相连，加上一个收发器即可构成一个现场智能节点。[7]

七、结束语

实验室是学校办学的物质基础和必要条件，是高等院校资产的重要组成部分，它在一定程度上反映了学校的教学能力、教学质量、科研水平和科研开发能力的高低，并直接影响着高校的教学质量和办学效益。[8]实现全方位的实验室监控和管理系统，是实验室发展的一个不可或缺的环节。☉

[1]林鹏.基于流媒体实验室监控系统的设计及实现[J].实验室研究与探索,2007,26(2):21-23.

[2]李郁峰,高小明.基于网络的低成本实验室门禁管理系统[J].实验室研究与探索,2010,29(6):169-171.

[3]刘玲,何瑾等.院级实验室管理系统建立的必要性探究[J].现代教育技术,2010,5:136-138.

[4]甘小红.高校开放式实验室管理系统的设计与实现[J].中国教育信息化，2010(5):47-49.

[5]王妍,孙德兵.高校智能实验室管理系统开发与实践[J].实验技术与管理，2010(6):106-108.

[6]刘忠,杨世兴.基于CAN总线的智能节点设计[J].西安科技大学学报,2003（4）：451-453.

[7]张令通,赵继强等.基于CAN总线的高校实验室监控管理系统的设计方案[J].大理学院学报,2009(8):19-21.

[8]刘世清.教学三维目标的落实[J].教育研究,2007(10): 57-59.

（编辑：杨馥红）

TP302

B

1673-8454(2012)11-0082-03

浙江省2011年度高校实验室工作研究项目(Z201118)。