基于IC卡的高校实验室智能管理系统设计

0 引言 

    通过这几年高校扩招，各工科院校的实验教学压力剧增。使实验教学管理中存在实验条件不足和实验设备、实验手段相对落后的两大问题更为突出。另外，现在全国高校正在进行教学质量评估检查，而实验教学评 中的重要指标是所开设课程的教学工作量的统计，如实验课程、实验项目、实验人时数、综合设计性实验的个数及开设情况等。每年每个任课教师都进行类似的重复性填表工作，不仅浪费时间，而且统计数据不准确。因此，笔者参与了我校实验教学改革项目，设计了基于IC卡的高校实验室智能管理系统。该系统主要实现对实验上机学生的身份识别、实验台电源控制、实验内容要求的自动生成、实验数据和成绩的记录、学期末各类实验工作量的统计和上传等。 

1 IC卡实验室智能管理系统原理 

    非接触IC卡又称射频卡，是继条码卡、磁卡之后推出的新一代识别卡，是射频识别RFID技术和IC卡技术有机结合的产物。非接触IC卡与条码卡、磁卡以及接触式IC卡比较，具有高安全性、高可靠性、使用方便快捷且寿命长等特点。图1为IC卡实验室智能管理系统的总体原理框图。

图1 IC卡实验室智能管理系统的总体框图 

    该系统主要包括IC卡读卡器模块、实验台电源控制系统模块及服务器实验管理系统模块。系统可以实现如下功能： 

    ①前两个模块完成学生身份合法认证及实验台电源控制。
    ②实验管理系统模块可实现学生考勤、以Browse／Server方式向学生实验台上的微机发送实验项目内容和要求，并接受学生的实验数据及报告。
    ③服务器管理系统完成每学期各类实验报表，如实验室课程表、实验项目统计及实验室利用率等。

2 实验台电源控制系统设计 

    实验台上的供电控制是通过验证学生IC卡的ID号的合法性来实现的。该功能是由IC读卡器、服务器上的实验管理系统和实验台电源单片机控制系统三部分共同实现的，如图2所示。

图2 实验台电源控制系统 

    服务器实验管理系统预先录入学生IC卡的ID号(设置为学生学号)。学生需要进入实验室做实验时，先在实验室门口的IC读卡器上刷卡(该刷卡器与服务器以PS／2接口方式连接)，读卡器自动将卡号存入服务器键盘缓冲区 服务器实验管理软件通过查询键盘缓冲区的状态，来读取缓冲区内学生卡号，并与预存的合法卡号匹配。如果IC卡合法，服务器管理系统将卡号的末尾两位数(一个自然班学生人数不超过35人)，以RS485通信方式传送给实验台电源控制系统的单片机。 

    单片机将接收的8位卡号编码后通过P1口送给8位译码电路。该译码器可输出255个地址译码脉冲，但实际上服务器传过来的有效8位二进制数的范围是1-35。设当前学生的卡号为i，则 Yi 输出一个有效的TTL正脉冲信号。该脉冲触发对应的第i个触发器置“1”。由于要传送10米以上的距离来驱动固态继电器动作，因此要对脉冲进行电平转换。本设计将触发器“1”通过D触发器，并由电平转换器转换为12伏直流电压，使继电器开关闭合。于是，220伏输入被切换到实验台上供电。从而完成学生身份认证、考勤和实验台供电控制的任务。

3 服务器实验管理系统设计 

    实验室管理系统软件由四个模块构成。
 
    (1)实验课程管理模块 

    该系统对实验教学管理严格按照教育部“关于实验室评估标准"o因此，需录入本实验室开设课程的“专业教学大纲”，任课教师根据大纲分别制定本学期各实验班级“实验教学计划”。全部教学计划录入完成后，系统根据实验教学计划、各班级学生人数(录入学生的名单和学号)、教务课程表和其它实验安排等因素数，排定本学期本实验室的实验安排顺序表。经修改确认后，系统自动根据“顺序表”监督记录各实验过程，通过学生IC卡的卡号验证阻止非法用户或合法用户在非法时间开启实验设备，自动实现对学生作实验的智能化管理。