非接觸式IC卡開放性實驗室管理系統上位機系統設計及應用

文章出處：http://hz-huyue.com 作者： 人氣： 發表時間：2012年03月20日

    摘要：利用非接觸式IC卡作為實驗室管理系統的載體，建立了開放性智能化實驗室管理系統。探討了基于非接觸式IC卡的開放性實驗室管理系統上位機系統設計，并成功將其應用于實驗室信息化管理中，提高了實驗室的現代化管理水平。
    關鍵詞：非接觸式IC卡；單片機；開放性實驗室管理系統；上位機系統

    隨著高校教學實行改革以及學生選課系統的運行，傳統的實驗室管理方式已不能滿足教學改革的要求。為適應新人才培養方案的實施，實現實驗課程的全面改革，有計劃地進行開放性實驗是行之有效的教學手段，也是改變傳統教學模式，提高實驗教學質量，培養學生獨立操作能力和創造性思維的必由之路。為提高實驗室管理水平，規范有序地做好實驗室開放工作且節約人力、物力，就迫切需要一套與上述現代教學管理相適應的實驗室管理系統，以實現開放性實驗室管理。開發非接觸式IC卡開放實驗室管理系統，可以實現實驗課程教學的動態、開放式管理，因此，對實驗室管理具有重要作用。

    1 傳統的實驗室管理的不足

    1．1 傳統實驗室管理模式存在不足的表現

    傳統實驗室管理模式都是基于原始的人工管理方式，按正常的教學課時進行安排，在有限的時間內，學生必須做完相關實驗，有些實驗線路較復雜，在學生做實驗過程中，一旦出現問題，需查找原因和維修，耽誤學生的實驗時間，造成實驗時間不足，有的儀器設備套數較少，多位學生同一組實驗，實驗效果不佳。要讓實驗課有較好的實驗效果，讓每位學生都能在實驗中得到較好的訓練，勢必增加大量的實驗時間，如今學校規模不斷擴大，學生數量不斷增加，僅僅靠有限的教學課時來給學生實驗是遠遠不足的。

    1．2 開放式實驗室管理是現代實驗教學的要求

    為適應現代教學模式，迫切需要一套具有全天候開放式管理的實驗室管理系統來代替繁重的人工管理方式，能讓學生通過一定的管理方式進入實驗室，在正常教學課時外，仍能繼續完成實驗?；诂F代的設備和技術條件，采用開放式實驗室管理系統管理實驗室是必需而且可能的。通過管理系統，教師可以查看到學生進行實驗的情況，統籌分類安排實驗來進行實驗準備，并在實驗結束后根據學生完成的實驗報告等材料還可以添加實驗成績。開放式實驗室管理系統把教師從繁重的實驗管理工作中解脫出來，投入到實驗教學方法和內容的研究上，從而提高實驗室管理的水平。

    1．3 非接觸IC卡簡介及工作原理[1-2]

    1．3．1 傳統IC卡的不足及非接觸式IC卡的優點

    與接觸式IC卡及早期的磁卡相比，非接觸式IC卡具有非常突出的優點，主要表現在：①可靠性高：非接觸式IC卡與讀寫器之間無機械接觸避免了由于接觸讀寫而產生的各種故障。例如：由于粗暴插卡、非卡外物插入、灰塵或油污等導致接觸不良造成的故障。此外非接觸式卡表面無裸露芯片無須擔心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞等問題，既便于卡片印刷又提高了卡片的使用可靠性。②操作方便：由于非接觸通訊讀寫器在5-10CM 范圍內就可以對卡片操作，所以不必插拔卡非常方便用戶使用。非接觸式卡使用時沒有方向性，卡片可以在任意方向掠過讀寫器表面即可完成操作，這大大提高了每次使用的速度。③防沖突：非接觸式卡中有快速防沖突機制，能防止卡片之間出現數據干擾，因此讀寫器可以“同時”處理多張非接觸式IC卡。這樣提高了應用的并行性，無形中提高系統工作速度。④可以適合于多種應用，加密性能好。非接觸式IC卡可應用于不同的系統、不同的場合。每張卡片出廠時有唯一的序列號，用戶可以根據不同的應用設定不同的密碼和訪問條件，可實現企業管理一卡多用的需要。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統，無論是硬件結構，還是操作過程都得到了很大的簡化，同時借助于先進的管理軟件，可脫機的操作方式，使數據讀寫過程更為簡單。針對非接觸IC卡以上的優點，文中選用非接觸式IC卡作為系統的載體，建立了智能化實驗室管理的信息系統。

    1．3．2 非接觸式IC卡工作原理[2-3]

    非接觸式IC卡又稱射頻卡，是最近幾年發展起來的一項新技術，它成功地將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，結束了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領域的一次突破，非接觸式IC卡和接觸式IC卡相比具有可靠性高、操作方便、防沖突、應用面廣、加密性能好等優點。工作時由讀寫器向IC卡發一組固定頻率的電磁波，卡片內有一個LC 串聯諧振電路，其頻率與讀寫器發射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC 諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷，在這個電容的另一端，接有一單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內儲存，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發射出去。

    2 非接觸式IC卡開放性實驗室管理系統組成

    非接觸式IC卡開放性實驗室管理系統由非接觸式IC卡、非接觸式IC卡讀卡器、人體紅外感應模塊、單片機和開放性實驗室管理軟件組成，此外還包括液晶顯示屏及一些外圍電路。系統結構框圖如圖1 所示。

圖1 非接觸式IC 卡開放性實驗室管理系統結構框圖

    開放性實驗室管理軟件：這是一個上位機系統軟件，它把從下位機采集的數據，借助通信模塊，將數據發送到上位機，完成數據的處理及統計分析。

    3 上位機軟件框架和流程圖

    非接觸式IC卡開放性實驗室管理上位機系統主要的流程圖如圖2 所示，從流程圖上可以看到該系統首先判斷是否有人刷卡。有人刷卡，首先讀取卡信息，通過已建立的學生數據庫進行比較判定所刷卡是否有效，如果有效，讀取卡號和記錄刷卡時間，否則向下位機發報警命令報警。

圖2 上位機程序流程圖

    4 數據庫設計

    4．1 數據庫的選擇及數據庫管理模塊的設計[4]

    數據庫是一種采用某種模型的通用的綜合性數據集合，具有最小的冗余度和較高的數據獨立性，用于提供確定范圍內的各種用戶共享。數據庫管理系統是對數據進行增刪、修改、檢索等操作，管理系統是管理和維護數據庫的軟件。數據庫管理模塊是數據庫與用戶之間的交換接口，因此，設計的好壞直接關系到用戶對數據庫的使用狀況。在VC++6.0 下，利用MFC 類，通過ODBC(開放數據庫連接)接口對數據庫文件進行了編程與訪問，主要實現了如下功能:

    (1)數據維護功能。用戶能夠在數據庫中進行數據的增加、刪除、修改等操作，從而不斷地完善數據庫。
    (2)數據查詢功能。用戶向系統提出查詢要求后，數據庫管理系統就會在數據庫中進行匹配，找出滿足查詢條件的記錄。在查詢過程中，數據庫數據以只讀的方式打開，以確保數據庫中的數據不被更改。

    4．2 Access 數據庫及其優點

    Access 是微軟公司推出的基于Windows 的桌面關系數據庫管理系統（RDBMS），是Office 系列應用軟件之一。它具有存儲方式單一便于用戶操作和管理、界面友好等優點，并且它是基于面向對象的開發方式，使得開發應用程序更為簡便。Access 還支持ODBC，可以將程序應用于網絡，并與網絡上的動態數據相聯接，可輕松構建Internet/Intranet 的應用。因而，在系統中采用Access 數據庫作為后臺管理系統。

    系統構建的數據庫包含如下主要信息：

    （1）刷卡人信息表：刷卡人的詳細信息，包括：學號、姓名、班級、性別、卡號等。
    （2）時間表：進出時間、累計時間等。

    5 軟件設計

    5．1 開發語言VC++和環境的選擇

    Microsoft Visual C ++ 是一種基于MFC 的WIN32 程序的可視化編程語言,因功能強大而受到廣大程序設計人員的青睞。其特點是代碼效率高、執行速度快，可以開發出風格多樣的操作界面。在綜合多種編程語言的基礎上選擇采用VC++語言編程實現本系統上位機程序。