多媒体教室IC卡控制管理系统的设计与实现

    前言
 
    以非接触射频卡为信息载体来构建适用于校园管理和消费的校园“一卡通”系统，在学校得到了普遍应用。用校园“一卡通”(校园IC卡)取代学校目前使用的学生证、借书证、票卡、医疗证件、计算机房机时卡等，消除了师生携带各种证件的烦恼。与银行联网的校园IC卡可以在校内银行网点指定圈存、消费，真正做到在校园内一卡通用。
 
    北京理工大学从2006年起，在研究生教学楼和新校区的多媒体教学环境建设中，充分利用校园网为教学服务，将校园IC卡应用到多媒体教室的使用与管理，方便了教师的使用，同时为加强学校教学过程的管理，提供了有效的技术支持和管理手段。本文就多媒体教学集控环境下，多媒体教室刷卡控制系统的设计与实现进行介绍。
 
    一、多媒体教室刷卡控制系统的研究
 
    1 刷卡控制系统架构
 
    非接触射频卡将射频识别技术和IC卡技术结合起来，将具有微处理器及存储器的集成电路IC芯片和感应天线封装于标准PVC卡之中，射频卡具多个分区、每个扇区的密码和存取控制都是独立的，软件可以模块化设计，适合一卡多用的特性，在各种一卡通系统中得到广泛应用。IC卡的物理卡号具有唯一性，在读写时处于非接触操作状态。读卡器工作时，与IC卡片内的LC串联谐振电路产生共振，从而为IC卡提供了工作电压，将卡内数据发射出去或接收读卡器发出的数据并保存。
 
    校园“一卡通”具有身份认证功能即门禁系统，门禁系统是一个依托网络的信息传输功能，就特定人员在限定的环境和时间段完成相关工作并自动记录运行信息的管理系统。开发多媒体教室刷卡控制系统是通过教学课表信息与教师身份认证识别，实现教师持校园IC卡方便地使用多媒体教室。网络多媒体教室刷卡控制系统的结构图如图1所示。系统是以太网TCP~P校园网总线方式，每个教室多媒体控制台都安装一个读卡器，读卡器内有时钟及读卡记录存储器。通过对读卡器的网络连接和设置，服务器下发排课信息和有效卡号，IC卡的身份信息经系统数据库的对比识别，实现对多媒体控制台的开锁控制。
 

图1 刷卡系统结构图

    系统按应用可分为实时联网和脱机联网两类。实时联网需要系统服务器在读卡时与数据库对比识别，并发出控制命令。脱机联网是当读卡器存储排课信息后，可以脱离网络独立工作，进行信息识别、发出开锁控制指令并读卡记录。
 
    图l中多媒体教室控制台1读卡器采用的是TCP／IP技术接口类型。控制台2和3是通过多媒体教室中央控制器完成服务器与读卡器的通讯，读卡器可采用RS232等技术接口。控制台2的读卡器开锁指令是通过中央控制器的继电器端口连接电控锁完成；控制台3读卡器自身具有继电器控制模块，具有12V电源，可以直接驱动电控锁。
 
    2 功能设计
 
    多媒体教室刷卡控制系统采用校园IC卡，实现教室与课表对应的使用管理。
 
    (1) 教师利用校园IC卡自主使用多媒体教室
    任课教师只需在教室控制台读卡器前刷卡，经读卡器内身份信息和教务排课数据识别，通过认证后则允许自动打开控制台的电控锁，并完成多媒体教学设备的启动。
 
    (2) 开发教务排课系统和“一卡通”管理系统接口
    为了学校教务管理系统和“一 通”管理系统的安全，设定访问权限，开发教务排课数据和“一卡通”教师信息接口，获取课表信息和IC卡教师身份信息。
 
    (3) 按学期集中授权、教室端身份验证
    刷卡控制系统按照每学期的排课数据通过网络集中对教室端读卡器授权，教室端IC卡读卡器能存放一学期的排课数据和刷卡记录，教室端进行本地身份认证。
 
    (4) 读卡器的脱机联网运行方式
    读卡器可脱机或联网使用，当遇到网络故障时，IC卡的使用权限认证可以脱离服务器数据库和网络运行环境，读卡器处于独立工作状态。
 
    (5) 权限信息更新
    当排课数据或一卡通信息发生变化时，刷卡控制系统即时对系统数据库进行数据的更新管理，同时对相应教室端读卡器的数据自动刷新。
 
    (6) 使用权限设定
    教室的使用可以按课表、按教室、按同时段同教室多教师、按管理通卡多种权限设定。
 
    (7) 教室使用报表
    教务部门随时可以查询教室使用情况(如正常、迟到、未用、应急调课处理)。可以生成教室使用报表。
 
    3 接口设计
 
    刷卡控制系统管理服务器的数据要求来源于两个方面，一个为课程表数据库，另一个为学校一卡通数据库。课程表数据库则为教务课表信息，学校一卡通数据库保存有每个教师的工号和持有的IC卡序列号，两者之间需要有准确的对应关系。在上述两个数据库的基础上，形成刷卡控制数据库。根据系统的管理要求，刷卡控制数据库的结构设计应包含所有必要信息以方便检索。由学校教务系统和一卡通系统提供接口，以数据库(SQLServer、MySQL或Oracle)表或者视图方式，进行刷卡控制系统软件的开发设计， 自动进行数据同步，所需的接口数据见表1、表2所示。
    表1排课数据视图(View lessons plant)

    表2一卡通数据变更接口(View Cards Change)

    管理服务器刷卡控制数据库是通过教师工号(具有唯一性)的对应，确定了任课教师所持的校园IC卡(序列号)与课表的认证。
 
    4 系统数据处理流程
 
    图2展示了数据处理流程，系统管理服务程序根据设定好的逻辑规则把教师上课信息更新到网管数据以便教师卡下发。分布在各个教室的读卡器存储该教室的使用认证信息，形成统一的数据信息应用网络。

图2数据处理流程图

    5 教室端控制处理方式
 
    多媒体教室网络中央控制器基于TCP／IP协议，支持对标准串行设备的控制，支持IC卡读卡器接口和控制信息转发。网络畅通时读卡器数据上传至中心数据库，网络故障时，教师读卡器脱离服务器独立工作，完成认证和操作记录，实现读卡器脱机联网方式。图2中使用的读卡器具有继电器接口可以直接驱动电控锁， 目的是保证数据的安全，运行管理可靠。 

    二、多媒体教室刷卡控制系统应用

    基于高校按学期排课的特点，新学期前对教室读卡器集中授权，课表信息变化时数据进行刷新。系统的IC卡管理、排课数据维护见图3、图4。

    如果采用每天定时导入教务系统一周的排课数据，程序自动给读卡器下发当天能开锁的教师卡号和时间的方法，这样将会增加工作难度和影响数据的可靠性。IC卡管理对于卡号权限的设定，任课教师以普通卡类型对应上课教室，管理员可以按照管理范围纳入白名单信息管理并给与权限。对于未分配权限的卡号，根据实际需要可以添加使用权限。读卡器更新设置以当前系统时间更新到读卡器，下发电控锁的吸合时间。


    持有校园IC卡的教师，按照课表在上课前20分钟随时可以刷卡，直接打开控制台上课。对于临时调课和IC卡丢失未更新的情况，总控室可以远程开锁，或通过工作人员配置的通卡给与服务。对于学校各类广播教学活动，总控软件对教室预设分组，根据课表信息自动开启多媒体教室设备，实现无人值守管理。 

图3 IC卡管理

    北京理工大学教师持校园“一卡通”IC卡使用多媒体教室的管理模式已运行了三年，效果得到了学校和教师的认可。

 
图4排课数据维护

    结束语
 
    多媒体教室刷卡控制系统是基于校园IC卡，结合多媒体教学系统的功能和特点的设计开发，不仅可以方便教师使用,提升多媒体教学系统的技术管理水平，也有利于学校教学过程的科学化管理和信息化的建设。