实验室无人值守自动控制管理系统的设计

徐维昌

(宁夏大学信息工程学院,宁夏回族自治区 银川 750021)

0　引言

随着信息化技术的发展，计算机在数据处理、即时通信、自动控制等方面发挥着重要作用。作为计算机学习过程中的一个重要环节，计算机上机试验对加强学生对学习内容的理解、提高学生的实际操作能力具有重要意义。

目前，为满足学生上课需求，各高校均配有一定规模的计算机实验室。一般情况下，每个实验室都配备了大量计算机，而负责机房日常管理与维护的管理人员则较少(1～2名)。如管理人员管理不到位，将会造成资源的极大浪费，甚至发生安全事故[1]。另外，课前考勤会占用部分课堂时间，影响课程进度。为提高实验室管理效率、减轻机房管理人员的工作压力、减少因考勤占用的上课时间[2]，本文设计了一种基于STC89C52单片机和主机服务器的计算机实验室无人值守自动控制管理系统，用于实验室无人管理以及学生考勤。

1　系统硬件设计

实验室无人值守自动控制管理系统以STC89C52和计算机主机服务器为控制核心，主要分为电子门禁模块、电源控制模块、监控模块以及射频识别(radio frequency identification，RFID)考勤模块。此系统主要实现了对实验室学生的考勤及信息采集功能、主机服务器及计算机自动开关机功能、室内照明自动开关功能。系统工作原理如图1所示。

图1　系统工作原理图Fig.1　Schematic diagram of the system

1.1　电子门禁模块

当前，实验室普遍采用机械门锁进行管理，由实验室管理人员掌管钥匙。如发生钥匙丢失或管理人员不在场，则教学员将无法进入实验室。这将影响教学安排，降低实验室的利用效率[3]。为防止这类情况发生，可采用电子门禁管理。电子门禁模块由电子门锁控制模块和电源自动控制模块组成。

电子门锁模块控制实验室门的开启和关闭。电子门锁模块以STC89C52单片机为主控制芯片，LCD1602为显示单元，AT24C08为存储单元，蜂鸣器为报警装置。

电子门禁模块在使用前，由系统管理员将学校课表以及当前课时的上课教师和学生信息导入数据库中，同时在数据库添加相应的触发器。只有当学生或教师在上课时段刷卡，该模块才会启动。而维修人员的信息已录入数据库中，刷卡后，电子模块即自动启动。

当电子门禁模块工作时，学生和教师通过刷卡将自己的信息录入，由计算机服务器对刷卡录入信息和数据库存储信息进行比对。若两者匹配，电子门禁打开，并记录刷卡者的信息；若两者不匹配，则系统会启动蜂鸣器进行报警。另外，如需修改已录入的上课教师或学生信息，必须由系统管理员进行更改。

若无法刷卡，则电子门禁模块不会启动。为了更好地实现实验室管理，在开发系统时，设计了相应的手动模式来实现整个机房的电源管理和门禁管理。即在上、下课时，管理员可按下电源启动控制按钮实现手动上电和断电，按下门禁开关实现手动打开实验室门。

电子门禁打开后，单片机控制继电器动作，使室内照明设备、计算机等用电设备上电，在一定程度上节省了学生及老师的课前准备时间[4]。为防止因继电器动作瞬间电流较大对单片机产生影响，本设计采用光耦模块，对控制电路与继电器模块进行隔离，以提高系统的稳定性。

1.2　RFID刷卡模块

RFID刷卡模块主要由RFID读卡器、RFID个人身份识别卡等组成。每一个进入实验室的人员都要通过刷卡才可以进入[5]。RFID数据采集模块是整个考勤系统中非常重要的组成部分。为便于考勤，系统采用非接触式IC卡[6]。RFID刷卡模块主要对当前上课学生进行考勤，即通过刷卡模块对上课学生以及教师信息进行录入，与已存入数据库的当前课程进行比对。若信息一致，则证明这个学生或老师已考勤；若信息不一致，则蜂鸣器会自动报警。在考勤完毕后，计算机服务器将会比对数据库信息和学生刷卡录入信息，并打印出未上课的学生名单。

1.3　监测控制模块

物联网监控流程如图2所示。

图2　监控流程图Fig.2　The monitoring flowchart

监测控制模块用于对室内学生状态进行监控[7]。该模块在学生上课时，进行实时扫描监控；在学生下课时，进行不间断检测。若是实验室5 min内没有移动物体，传感器就会发出控制信号，由单片机进行控制，即将上电状态转换为断电状态，以实现自动关机。为了使系统更人性化，设计了二次检测。通过移动物体传感器扫描是否还有学生上机，若是5 min内还有学生在上机，语音模块会提醒学生已下课，5 min后机房会自动断电并锁门;5 min后进行第二次检测，若仍有学生在上机，语音模块再播放一遍，等待5 min后，系统会自动启动电子门禁，实现自动断电后锁门。

2　系统软件设计

2.1　考勤系统管理软件

主机服务器通过考勤管理系统接收RFID上传的数据信息，包括教师信息和学生信息[8]。

考勤管理系统软件以Visual studio 2012作为开发平台，通过C++语言进行软件开发，采用SQL Server 2008数据库平台进行数据管理。

系统主要采用刷卡的方式来进行考勤管理，而非现在流行的指纹考勤[9]。在设计考勤软件时，主要将参与者分为三类，分别是管理员、教师和学生[10]。在RFID刷卡时，根据参与者的不同，所持卡的颜色及其权限也不同。系统管理员主要负责对课程的导入、对应教师信息和学生信息的导入及对教师赋权。

任课教师考勤时，通过登录服务器网页，可在考勤软件主界面上查阅教师编号、教室内应到学生人数、当前已刷卡学生的人数和对应信息，如学生序号、学生学号、姓名、登录时间等。同时，系统会使用不同颜色显示学生状态；红色为未到状态；绿色为已到状态。考勤界面留有任课教师操作按钮，可以选择开启网络服务、生成缺勤名单，并且可以修改登录密码、查看上机情况、退出软件等。

学生在考勤时，只需刷卡便可。通过RFID刷卡系统进行刷卡后，持卡人的信息会上传、保存到数据库，并与当前时段上课学生信息进行比对，若信息正确，则将学生当前状态由未到变更为已到。系统采用SQL Server 2008建立数据库，学生考勤记录表如表1所示。

表1　学生考勤记录表Tab.1　Attendance records of students

2.2　定时自动关机插件

由于机房计算机数量多，很多学生下课后会忘记关闭计算机，造成了极大的能源浪费。考虑到此问题，本文设计了相应的定时自动关机插件。

此插件对所计算机的鼠标键盘进行监控。若鼠标或者键盘5 min内没有进行输入操作，则对计算机进行锁屏，并且提示30 s内是否要自动关机；若计算机前无任何学生，则在30 s后实现自动关机，以达到节能的目的。

3　结束语

无人值守自动控制管理系统作为一个实用性的新兴项目，在石油、气象等领域已有多方面的设计和应用。本文将无人值守与实验室管理相结合，既减轻了实验室管理的压力、提高了工作效率，又为学校节约了人力资源和电能。本项目已得到实际应用，运行状况良好。当然，随着程序语言和计算机硬件技术的不断发展，本文所设计的实验室无人值守自动控制管理系统也将不断得到完善。

参考文献:

[1] 李智芳.非接触式IC卡门禁考勤系统设计[J].计算机工程与设计,2000,21(6):32-34.

[2] 陈慧芬.Norton Ghost网络多播技术在机房维护中的应用[J].惠州学院学报(自然科学版),2008(6):89-92.

[3] 董蕴华,郑先锋.基于RFID无线门禁系统的设计[J].通信技术,2009,42(4):105-107.

[4] XU M.The Designs of intellectual lighting control system based on 51 single-chip[J].Applied Mechanics and Materials,2012(130):2608-2611.

[5] 白敏丹.基于RFID的学生考勤系统设计[J].电子设计工程,2010(5):139-141.

[6] 张彪,杨永杰,许鹏.一种信息预处理电子考勤系统的实现[J].自动化仪表,2016,37(3):51-56.

[7] 肖倩,敖欣.基于超声波无线传感器网络的移动物体技术系统[J].实验室研究与探索,2014,33(7):109-114.

[8] YU W,ZHEN Y ZH.The key technology research of GPS positioning system based on single chip microcomputer[J].Key Engineering Materials,2010,930(439):286-291.

[9] 李建坡,朱绪宁,唐宁.基于DSP的无线指纹考勤系统[J].自动化仪表,2012,33(9):28-31.

[10]章通,陈金玉.网络指纹考勤系统的设计与实现[J].计算机应用与软件,2011,28(2):73- 75.