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标题 基于RFID的实验签到系统设计与实现
范文 张晨亮　凌云峰　王文　毕涛


摘 要： 介绍了在校园网络环境下，基于RFID射频卡的B/S模式实验签到系统的设计，着重阐述了系统开发的思路和关键技术的实现。为开放性实验管理提供了一种严格高效、安全方便的管理方式，使教学资源得到了充分利用。实现了对实验教学过程的精细化管理，实验排课效率大大提高，学生自主性得到充分发挥，创新能力不断增强，实验教学得到了全面的提高。
关键词： 实验签到； RFID卡； B/S模式实验； 数据库
中图分类号： TN915.06?34； G64； TP39 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）01?0106?03
Abstract： Design of B/S mode experiment signature system based on RFID card is introduced， which is applied to the campus network. The thought and key technologies for system development are elaborated emphatically， which provide a safe and efficient management method for open experiment management and make full use of teaching resource. The fine management in the process of experiment teaching was implemented. It made the experiment course scheduling efficiency improved greatly， students' initiative aroused fully， innovation ability strengthened constantly， and experimental teaching improved comprehensively.
Keywords： experiment signature； RFID card； B/S mode experiment； database＼
0 引 言
近几年来，我院为了着重提高学生的实践动手能力和创新设计能力，不断深化实践教学改革，组建了多个实验教学中心，同时提出了“以学生为主体，以教师为主导”的教学模式并提供了具有较大开放性的实验教学环境[1]。在原有实验内容的基础上，通过将原有的个别关联性较大的验证性实验整合为一个综合性实验，或将一些需要验证的内容融入到设计性实验中去进行验证的方法，以此来减少验证性实验的数量，提高了综合性和设计性实验在整个课程中所占的比例。为提高学生实验的自主性，在课程时间的安排上，学生不拘泥于课表的约束，可根据各自的学习计划灵活选择实验项目、安排实验时间，在网上自主选择并预约实验即可[2]。但这种模式会造成实验时间、实验地点和实验形式具有一定的不确定性，给实验管理工作带来了较大的难度，也对管理者提出了更高的要求。为了较好地解决这个问题，依托校园网开发了相应的管理软件并结合射频卡对开放性实验进行管理，学生只要将射频卡出示在读卡器的可识读范围内，实验教学管理软件便可根据刷卡情况记录学生的实验过程，上实验课前来到实验室和做完实验离开实验室时，分别进行两次刷卡，即可完成实验登记和考勤。这样做不仅便于对实验课程的安排和实验教学的管理，还能够密切跟踪教师和学生的实验进度。
1 实验签到系统关键技术
1.1 软件模式
考勤软件通常采用两种处理模式，一种是C/S模式，C指客户机，S指服务器；另一种是B/S模式，B指浏览器，S指服务器[3]。
在C/S模式下，要求用户使用定制的客户机软件访问服务器来开展日常业务的处理。这种模式的一个缺点是当处理复杂业务或访问数据量较大时，客户端往往会成为该模式的瓶颈。因为C/S模式的特点是需将应用处理留在客户端，这样会导致在处理复杂应用时客户端应用程序会过于“臃肿”，造成业务处理逻辑变化的适应能力和扩展能力都受到了很大局限；C/S模式的另一个不足是系统的维护和升级，由于用户的分布性，当系统需要维护和升级时，要对每一个客户端进行系统维护和升级，工作量大，而且在系统升级时难免会出现用户版本不一致的现象，从而导致部分用户无法使用新版本，无法正常的开展工作。
B/S模式避免了C/S模式的缺点，提供了一种良好解决方案。用户全部使用浏览器进行相关操作，用户接口功能由浏览器完成；客户的应用功能由Web服务器完成；应用服务器（数据库服务器）会分别响应各个客户请求后，再独立地处理各类数据[4]。
用户使用浏览器向Web服务器提出应用服务请求，这个过程要利用应用系统的Web页面中的超链接。Web服务器接收用户的请求，并向应用服务器申请处理，应用服务器处理完后，将结果返回Web服务器；再用HTTP协议经由Web服务器把结果传给用户端，在用户的浏览器中显示处理结果。
B/S处理模式的客户端比C/S模式进行了大幅度的简化，用户只须使用统一的浏览器即可，操作十分方便；而系统的开发、维护等所有工作和所有的应用逻辑都可集中于服务器端，因此相关应用程序在进行维护和升级时就不需要更换客户端软件，只要在服务器端进行即可，这样就大大降低了系统维护和系统升级时的成本和工作量，同时提高了工作效率。
不足之处是B/S模式工作效率比C/S模式有所下降，但可以采用高性能的服务器加以弥补。
1.2 RFID卡技术
考勤系统中，学生需要刷卡考勤，考勤卡是基于RFID技术的射频卡。RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术是一种无线射频识别技术，俗称电子标签。RFID系统主要由三部分组成，分别是接收读取器（Reader）、天线（Antenna）以及电子标签（Tag），具体分布如图1所示。电子标签主要由芯片和耦合元件组成，数据信息存在芯片内部[5]。接收读取器是读取电子标签信息的设备。天线主要用于与信息读取设备间通信，它可以在接收读取器和电子标签之间传递射频信号。其工作原理是当电子标签进入接收读取器的有效区域后，会感应到接收读取器发出的射频信号，电子标签通过电磁感应获取能量并工作，同时，通过调制器将存储芯片中数据信息调制到反射回去的射频信号中。接收读取器读取返回的射频信息并解码后，通过数据接口进行输出[6]。
无线射频身份识别技术的特点是不需要物体之间互相接触便可以自动识别相关信息，识别的过程不需要人为的干涉，即可自动辨别目标对象并获取相关数据，但是要在一定的空间范围内（几厘米到几百米）进行，这个识别过程主要是通过射频信号来进行。该技术有很多优点，首先，可识别高速运动物体，无需直接接触和光学可视，因此使用也较为方便。其次，可工作于各种恶劣环境，可以防水、防油和防化学药品等物质腐蚀，无机械磨损，寿命长，因为存有数据的芯片是被密封在射频卡中的[7]。只读型的RFID卡还具有价格便宜、便于普及的优势。RFID电子标签还可以根据用户需要制作成各种尺寸和形状，用户也可根据自己的喜好对RFID卡的外观进行DIY，可以在标签上签上持卡者的姓名或印制照片，都不会影响该卡及整个系统的使用，因为其内部数据的读取并不会受到外部因素如尺寸大小与形状等的限制。每个标签的代码可以做成世界上惟一的，存储的数据信息的内容通过密码进行保护，不容易被伪造或假冒。
2 系统的设计
2.1 系统的设计方案
本系统主要由考勤管理系统、读卡器、射频卡三个部分组成，如图2所示。其中，考勤管理系统负责相关信息的录入与管理，主要包括课程信息、专业信息、实验场地信息、学生信息、射频卡信息、考勤信息等，其主要功能是刷卡考勤，进行考勤信息管理。读卡器和射频卡是本系统的硬件部分，读卡器的作用是用来读取射频卡内的信息，通过USB接口送给计算机，形成考勤系统可以识别的数据。射频卡的作用是用来识别学生身份，此卡可以设计成印有学生照片的实验卡，由学生持有，需要考勤时刷卡即可[8]。
2.2 数据库设计
根据系统功能的需要，考勤管理系统主要包括30多个信息表，其中主要有：
（1） 基础信息部分，包括学期、院系、实验中心、实验室、实验台、专业、实验课程、实验项目等信息表。
（2） 学生信息表，用于记录学生的基本信息并把RFID卡的卡号与学生绑定，主要包括学生帐户、密码、学号、专业、RFID卡号等信息。
（3） 实验预约信息表，用于存储教师提前发布的上课信息，学生可以根据该信息和自己的时间自主预约合适的上课时间进行实验。
（4） 考勤信息表，用于存储学生已经预约的实验，考勤的目的是产生上课时间和下课时间，这两个时间作为考勤信息组成部分存储在考勤信息表中。
（5） 管理员信息表，用于区分管理员的管理权限，管理权限分为超级管理员、普通管理员和教师。
（6） 系统配置信息表等。
2.3 软件设计
程序的模块化设计的优点是结构清晰，管理简单，功能扩充也十分方便。根据设计要求把系统分为4个模块，分别为：实验基础数据子模块、用户管理子模块、实验预约子模块、实验签到子模块。各子模块具有不同功能但又相互联系，具体功能如下：
（1） 基础数据子模块
基础数据子模块包括学期管理、实验场地管理、专业管理、课程管理，主要作用是为考勤信息的形成提供基础数据支持。
（2） 用户管理子模块
用户管理子模块包括管理员管理和学生管理。管理员共分为三个等级，分别为超级管理员、普通管理员和教师。超级管理员具有全部权限，普通管理员具有指定的部分权限，教师具有与授课相关的管理权限。
（3） 实验预约子模块
实验预约子模块包括教师发布可预约的信息和学生根据教师已发布的信息进行预约两个功能。教师根据开课计划，把要开课的时间利用系统进行发布，学生登录后，找到需要预约的实验课程，点击进入后，系统会列出所有能够供学生预约的实验时间，学生可自主选择合适的时间来完成实验课程的预约。已预约的信息还可以在预约结束前取消，选择其他时间预约。
（4） 实验签到子模块
考勤模块分为考勤管理和实验刷卡两个功能。考勤管理包括信息检索、修改、删除等功能，主要负责所有考勤信息的管理。实验刷卡界面如图3所示，学生把实验卡放在刷卡器上，实验卡中的编号自动读取到考勤软件中，考勤软件把这个卡号与数据库中的信息进行比对，如果信息存在则进行刷卡数据的显示并把刷卡时间写入数据库。刷卡时间包括学生的上课时间和下课时间，分别在上课前和下课后产生。另外，刷卡界面中用不同颜色的文字表示当前学生的刷卡状态，非常直观。
3 结 语
经过几年不断地建设，实验签到系统已经趋向成熟。基于考勤系统，学生和教师能实时查询实验进展情况及实验项目完成情况，实现了对实验教学过程的精细化管理，保障了实验教学正规化，避免了学生逃课和遗漏实验项目。利用实验预约功能，实验排课效率大大提高，解决了多年困扰教师的排课难题，同时实现了实验室面向学生的全天开放，学生预约实验项目积极，学生自主性得到充分发挥，创新能力不断增强，实验教学得到了全面的提高。
参考文献
[1] 常春，胡仁杰，蒋玮，等.网络化综合实验教学管理系统的研究和实践[J].实验技术与管理，2007，24（6）：94?97.
[2] 邓文渊，陈惠贞，陈俊荣.ASP与网页数据库设计[M].北京：中国铁道出版社，2005.
[3] 徐小明，张湘伟，吴福根，等.综合型、开放型实验教学体系的构建与运作机制的探索[J].实验技术与管理，2007，24（7）：20?23.
[4] 张敏，蔡树才，耿艳霞，等.基于ASP.NET的预约型开放实验室管理系统[J].实验技术与管理，2007，24（7）：73?76.
[5] 吴能表，田红，黄麟，等.加强本科实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索，2005，24（11）：74?76.
[6] 吴文全，徐建霖.电子技术实验教学改革中的问题及对策[J].实验室研究与探索，2005，24（4）：68?70.
[7] 魏志轩，范丽杰，高秀丽.电子技术实验教学体系的构建与实践[J].实验室研究与探索，2005，24（11）：78?80.
[8] 石景龙，四小建，卫克，等.电子设计实验课教学体系的探索[J].实验室研究与探索，2005，24（9）：87?89.
[9] 糜玉林，朱爱红.以评促建，积极推进基础实验教学改革[J].实验技术与管理，2008，25（7）：18?19.
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更新时间：2024/12/23 8:55:50