基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统[实用新型专利]

*CN201927076U*

(10)授权公告号 CN 201927076 U(45)授权公告日 2011.08.10

(12)实用新型专利

(21)申请号 201020684124.3(22)申请日 2010.12.28

(73)专利权人山东大学

地址250061 山东省济南市历城区山大南路

27号(72)发明人王洪君 张琳 栗华 赵明英

商振(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限

公司 37221

代理人张勇(51)Int.Cl.

G06Q 10/00(2006.01)G06Q 50/00(2006.01)G09B 5/00(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 3 页

()实用新型名称

基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统(57)摘要

本实用新型涉及一种结构简单，使用方便的基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统。它包括控制器，控制器与读卡器和门锁以及实验台连接，控制器还通过485网络与显示装置连接；同时控制器还通过网络与服务器连接，服务器与校园卡中心信息库连接。

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权 利 要 求 书

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1.一种基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统，其特征是，它包括控制器，控制器与读卡器和门锁以及实验台连接，控制器还通过485网络与显示装置连接；同时控制器还通过网络与服务器连接，服务器与校园卡中心信息库连接。

2.如权利要求1所述的基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统，其特征是，所述网络为有线网络或无线网络。

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说 明 书

基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统

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技术领域

[0001]

本实用新型涉及计算机网络技术，以及嵌入式系统技术，特别涉及一种结合B/S架构的功能模块化，平台网络化，硬件控制采用嵌入式多任务处理来实现的基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统。

背景技术

[0002] “实验室是现代大学的心脏”。在教学中加强实践环节，充分发挥学生的创造性思维，提高其创新精神，对工程类人材培养具有重要的意义。传统的实验课都是由教师讲解实验的原理、操作和仪器的使用方法等，学生仅按教师所讲的去做，几乎不用动脑筋思考，处于被动做实验的地位，制约了学生能力的培养和提高。[0003] 目前，国内外虽已经出现了大量的实验室管理系统，但这些系统功能都较为局限：

[0004] 1)人员信息，特别是学生信息靠手工录入，没有充分考虑系统的扩延性，整合现有的资源，比如充分利用几乎人手一张的高校师生身份识别的校园卡进行门禁控制来强化系统管理；

[0005] 2)“开放式”管理提出已久，但是没有提出“创新实验室”的开放理念；[0006] 2)大部分局限于软件管理系统，没有实现软硬件同步设计；[0007] 3)重点不够突出，系统的综合管理能力不强，不能强化学生在实验过程中的主体性；

[0008] 4)不能结合实验过程的管理和考核计算工作量，搭建配套的办公平台。实用新型内容

[0009] 本实用新型的目的就是针对现有实验室管理系统的缺陷，提供一种基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统，它更加合理，可满足实验教学的现代化，开放化，高效化要求，同时也具有安全可靠的特点。[0010] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：[0011] 一种基于校园卡的电工电子实验中心综合管理系统，它包括：[0012] 门禁控制系统，采用两种授权名单处理方式，实时查询方式：控制器将校园卡信息发送到服务器，与服务器数据库中存储的授权信息进行核对，符合授权时，则打开实验室门；否则实验室门无法打开；名单下发方式：服务器端不间断运行服务程序，检查授权名单的变动情况，将授权名单下发到控制器的存储单元；[0013] 实验台控制装置，在门禁打开的同时，服务器向该校园卡持有人应使用的实验台发送打开信息，实验台控制装置接到服务器开启命令后，通电处于待工作状态；[0014] 视频监控装置，它设置在实验台处，将实验者的实时操作画面送入服务器存储；[0015] 服务器分为数据接口层、数据存储层、用户系统层和业务实现层；其中，数据接口层通过加密卡与校园卡中心数据库取得联系，以只读的方式取得规定范围内的校园卡信

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息，并保存到本地数据库，数据存储层对以下数据进行存储管理：管理员、教师、学生三种身份的用户信息、教学实验课程安排以及选课信息、实验室信息、实验平台信息、师生互动记录、实验作业记录、教学课件以及教学视频资源、办公信息、监控信息；[0016] 用户系统层分为管理员系统、教师系统和学生系统，完成实验教学与排课、开放实验室，办公平台、信息发布；

[0017] 业务实现层连接于用户系统层，由.NET框架、PHP和基于windows的控制台应用程序来支持，实现新闻中心、教学资源、师生互动、实验教学、办公平台功能；实验教学则分别完成教学实验排课与选课、创新实验室、虚拟实验室和仪器管理功能。[0018] 所述办公平台使用智能办公OA系统。[0019] 所述门禁系统设有控制器，控制器与读卡器和门锁以及实验台、显示装置连接，同时控制器还通过485网络与服务器连接。[0020] 本实用新型的系统基于B/S架构，在web2.0平台和windows平台上进行功能代码的编写，使用SQL Server建立数据库，经由数据接口层与加密卡取得校园卡中心数据库的校园卡信息，主要包括实验教学及排课系统，创新实验室系统，网上教学和虚拟式实验系统，仪器设备管理系统，网上交流平台，新闻公告系统以及后台数据资源管理系统，同时，系统还嵌入了实验中心办公平台，真正实现了实验中心办公信息化。[0021] 基于嵌入式系统技术，利用电源管理模块以及校园卡门禁系统，实现对开放实验室中预约实验的学生身份的识别以及实验台电源中心的控制和管理。另外还集成了网络视频模块，实现对开放实验室的无人值守安全监控。[0022] 电工电子实验中心综合管理系统包括：系统功能平台和硬件资源控制平台。[0023] 1.系统功能平台，设有数据接口层，数据存储层，用户系统层和业务实现层：[0024] 1)数据接口层通过加密卡与校园卡中心数据库取得联系，以只读的方式取得规定范围内的校园卡信息，并保存到本地数据库；

[0025] 2)数据存储层由SQL Server数据库构成，对以下数据进行存储管理：管理员，教师，学生三种身份的用户信息、教学实验课程安排以及选课信息、实验室信息、创新实验平台信息，师生互动记录、实验作业记录、教学课件以及教学视频资源、办公信息、监控信息；[0026] 3)用户系统层，包括管理员系统，教师系统和学生系统，涵盖了实验教学与排课，开放实验室，办公平台，信息发布，仪器管理等核心功能；[0027] 4)业务实现层是系统的核心，连接于用户系统层，由.NET框架、PHP和基于windows的控制台应用程序来支持，实现新闻中心、实验教学、创新实验平台、课程资源、办公平台、师生互动等系统功能，集成了教学实验排课与选课，成绩考核体系，虚拟实验室，创新实验室，论坛BBS，实验办公OA系统，仪器管理，精品课程，网上教学等相对又相互联系的模块。

[0028] 2.硬件资源控制平台，响应系统功能平台的请求，包含门禁控制模块、电源控制模块和网络视频模块。门禁控制模块对相应的实验室门锁进行开关控制，要求用户在权限时间内通过刷卡的方式进入实验室，电源控制模块即在刷卡的同时开启实验台的电源控制，网络视频模块，用于实验室安全监控和视频指导。[0029] 本系统的核心部分业务实现层，包括新闻中心，实验教学，课程资源，实验办公，师生互动等版块。其中：

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新闻中心用于实验中心动态新闻的发布、系统说明、系统导航等。[0031] 实验教学涵盖教学实验排课与选课、虚拟实验室。[0032] 实验教学排课与选课同时包含教学大纲、实验报告、排课管理、选课管理、成绩考核(包括刷卡签到、课堂表现成绩、实验报告成绩)。[0033] 成绩考核之实验报告体现形式为：提供一个实验报告库，首先学生选择在线编写方式，或者由本地上传方式提交实验报告；教师查看未批阅实验报告，在线进行批阅，评分；学生查看报告批阅情况；实验报告评分报送成绩评定体系。[0034] 成绩考核之课堂表现：提供一个课堂表现记录库，教师可在实验课堂上随时填写课堂表现记录，进行打分，分数报数成绩评定体系。[0035] 成绩考核设置：教师设定各部分成绩权重，学期结束，考核体系自动生成学生成绩。

[0036] 虚拟实验室利用虚拟教学系统，实现高频电路，电视技术，单片机，ARM系列，DSP系列远程仿真实验，以及电路分析与EWB虚拟实验等。[0037] 创新实验平台架设在创新实验室之上。

[0038] 这里的创新实验室是区别于日常教学实验的，为鼓励学生进行自主创新，提高动手能力，培养学生实验兴趣，充分利用实验中心硬件资源以及学生闲暇时间而提出的。开放实验室可单独开辟，也可利用教学用实验室的空闲时段，可以提前由指导教师设定实验范围，也可以由学生提交范围申请和仪器申请，使用与实验排课选课系统一致的门禁控制和实验台控制，进行刷卡签到和实验过程记录。可以由实验指导教师提供远程视频指导或者现场指导。

[0039] 课程资源现有网上教学视频资源等。[0040] 仪器管理由管理员进行管理，包括对仪器进行分类、编号、录入，仪器维修记录，仪器分配，仪器借用。

[0041] 实验办公使用智能办公OA系统，包括工作量考核、邮件服务。[0042] 师生互动以论坛BBS形式体现，提供在线提问与答疑，以及交流；以系统邮件的形式体现，实现信件交流。

[0043] 硬件资源控制平台的核心是基于校园卡的门禁控制技术，首先用在实验室门锁开关上，其次经过改进用于实验台电源控制上。实验台安全性检测采用传感器网络技术。实验室安全监控采用视频采集设备。

门禁控制技术采用与校园卡信息中心联动的方式，利用接口程序与加密卡取得校

园卡信息。授权名单采用两种处理方式：一种是名单下发方式，用于教学实验的授权；另一种是实时查询方式，用于创新实验预约授权。门禁控制名单下发服务程序运行在服务器(B/S架构的Server端)上，将由实验选课所生成的授权名单(包括门禁房间号)和创新开放实验预约所生成的授权名单(包括门禁房间号与实验台号)下发到各实验室控制器。实时查询方式下，控制器读取刷卡信息后，查询服务器数据库对授权信息进行核对。控制器连接门锁和实验台，由读卡区域和显示区域组成，采用嵌入式系统，实现多任务处理，在显示的同时，不断检测周围有没有校园卡接近并且向各个节点发送状态检测命令，以达到实时监测各个节点状态的目的。控制器检测到刷卡信息并且确认权限之后，打开对应实验台电源，并将刷卡信息上传回服务器，实现签到考勤的功能。实验台上安全检测模块，针对实验过程

[0044]

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中可能出现的误操作如电压电流过大，对实验台的恶意损坏等进行检测和报警。[0045] 本实用新型的有益效果是：对于所有具有计算机网络和校园卡应用系统的实验室均可适用，实现了电工电子实验中心从信息发布，办公自动化，网上教学和虚拟实验，实验排课，学生实验预约、实验台上电、实验台电源安全监控，到实验结果的提交和实验工作量的统计，整个过程实现网络化、自动化、信息化的管理，并提出了开放实验室的新解读新理念，一方面提高了实验管理的效率和资源的利用率，另一方面对于保证实验安全也提供了很好的保证。附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

[0047] 图2为硬件控制部分的网络系统结构图。[0048] 图3为教学实验排课选课版块设计流程图。[0049] 图4为创新实验室设计思路流程图。[0050] 图5为硬件控制器的工作原理图。[0051] 其中，1.门禁控制系统，2.实验台控制装置3.视频监控装置，4.服务器，5.校园卡中心信息库，6.数据存储层，7.用户系统层，8.管理员系统，9.教师系统，10.学生系统，11.新闻中心，12.教学资源，13.师生互动，14.实验教学，15.办公平台，16.教学实验排课与选课，17.创新实验室，18.虚拟实验室，19.仪器管理，20.控制器，21.读卡器，22.门锁，23.实验台，24.显示装置。

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具体实施方式

[0052] 下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。[0053] 图1中，它包括：[00] 门禁控制系统1，有两种授权名单查询方式：名单下发和实时查询方式；名单下发模式：服务器4将授权信息通过服务程序下发到控制器的存储单元，控制器将刷卡信息与存储单元中的授权信息进行核对，符合授权时，开通门禁；实时查询模式：控制器连接服务器4，将刷卡信息与服务器4数据库中的授权信息进行核对，符合授权时，则打开实验室门；否则实验室门无法打开；[0055] 实验台控制装置2，在门禁打开的同时，服务器4向该校园卡持有人应使用的实验台发送打开信息，实验台控制装置2接到服务器4开启命令后，通电处于待工作状态；[0056] 视频监控装置3，它设置在实验台处，将实验者的实时操作画面送入服务器4存储；

[0057] 服务器4分为数据接口层、数据存储层6、用户系统层7和业务实现层；其中，服务器4经由数据接口层通过加密卡从校园卡信息中心数据库取得规定范围内的校园卡信息；数据存储层6对以下数据进行存储管理：管理员、教师、学生三种身份的用户信息、教学实验课程安排以及选课信息、实验室信息、实验平台信息、师生互动记录、实验作业记录、教学课件以及教学视频资源、办公信息、监控信息；[0058] 用户系统层7分为管理员系统8、教师系统9和学生系统11，完成实验教学与排课、开放实验室，办公平台、信息发布；

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业务实现层是系统的核心，连接于用户系统层7，由.NET框架、PHP和基于windows的控制台应用程序来支持，实现新闻中心11、教学资源12、师生互动13、实验教学14、办公平台15功能；实验教学14则分别完成教学实验排课与选课16、创新实验室17、虚拟实验室18和仪器管理19功能。[0060] 图2中，所述门禁系统1设有控制器20，控制器20与读卡器21和门锁22以及实验台23、显示装置24连接；同时控制器20还通过485网络与服务器4连接。[0061] 图5中，控制器20从读卡器21取得刷卡信息，首先通过实时查询方式将卡号发送到服务器，判断此卡号信息是否在授权名单中、授权时间段是否正确，若正确，进一步判断实验台号是否已分配，对于未分配实验台号(教学实验选课授权)的，将实验台号按照编号顺序依次分配，显示装置24显示欢迎界面，显示刷卡用户学号、选择实验类型、课程名称、实验台号，然后控制器20打开门锁22，打开实验台电源，同时安全性检测设备启动。最后，刷卡信息回传到服务器4。

[0062] 图3为本实用新型的教学实验排课选课版块设计流程图。[0063] 教学实验排课与选课模块建立在管理员，学生，教师三个用户系统上，排课的规则和思路是：1)新学期开始，管理员清空过往的课程安排，然后根据实验室情况初始化空闲时间表；2)教师浏览时间表，并提交排课申请(课程名、周几、是否单双周、上课几周、何时开始课程、何时结束课程)；3)管理员查看提交的排课申请，审核通过(刷新空闲时间表，排课申请初步完成)或者不通过(需要教师重新申请)，并将结果发送给教师；4)排课阶段结束，生成课程安排表，进入选课阶段。[00] 选课阶段的规则和思路是：1)学生完善自己的班级信息，查看课程安排表，进行选课申请；2)管理员根据教学大纲，人工干预选课申请，批准符合要求的选课申请，取消不符合要求的选课申请，发送通知；3)选课结束，数据库保存学生选课信息，门禁控制的名单下发服务程序检测到授权信息的变动，将名单下发到控制器的存储单元。[0065] 选课的后续：学生在上课之前刷卡进入实验室时，控制器会根据实验室当前情况自动分配实验桌号，开启实验台电源和安全性检测设备。然后，将学生签到信息传回到服务器。

[0066] 实验考核：学生上传实验报告；教师随时记录学生课堂表现，在线批阅实验报告，设置成绩各部分权值，自动生成成绩。

[0067] 图4为创新实验室设计思路流程图。[0068] 创新实验室同样建立在在管理员，学生，教师三个用户系统上，其中学生作为主体。创新实验室归类为两种，一种是专用做创新拓展实验的实验室，另一种是利用教学实验的间隙将实验室开辟作创新拓展用的实验室。第一种实验室坚持全天候开放的原则，第二种实验室选择性开放。

[0069] 因此创新实验室的规则和思路是：1)管理员制定实验室开放的类型，创新内容的宏观范围、实验台信息，并对实验台进行编号；2)教师提交开放实验指导申请(申请默认为通过)；3)学生登录系统，浏览开放实验室列表，选择实验室进行预约申请，预约内容包括实验室、时间、实验台号，这里的实验台分配采用按照编号顺序分配的方式；4)管理员处理预约申请，默认为批准(预约过程初步完成)，处理结果以系统邮件方式反馈到学生处；5)实验开始前，学生可以取消预约；6)预约完成，门禁学生校园卡信息、学号、预约时间段、实

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验台号、预约的实验室信息保存到数据库。刷卡时，控制器采用实时查询方式，向服务器发送命令实时查询授权信息，核对完成取得命令判断是否开门。

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说 明 书 附 图

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图3

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说 明 书 附 图

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图5

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