非接觸式IC卡開放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

文章出處：http://www.sgrivertours.com 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2012年03月20日

    摘要：利用非接觸式IC卡作為實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的載體，建立了開放性智能化實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。探討了基于非接觸式IC卡的開放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計，并成功將其應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室信息化管理中，提高了實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)代化管理水平。
    關(guān)鍵詞：非接觸式IC卡；單片機(jī)；開放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)；上位機(jī)系統(tǒng)

    隨著高校教學(xué)實(shí)行改革以及學(xué)生選課系統(tǒng)的運(yùn)行，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理方式已不能滿足教學(xué)改革的要求。為適應(yīng)新人才培養(yǎng)方案的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的全面改革，有計劃地進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)是行之有效的教學(xué)手段，也是改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作能力和創(chuàng)造性思維的必由之路。為提高實(shí)驗(yàn)室管理水平，規(guī)范有序地做好實(shí)驗(yàn)室開放工作且節(jié)約人力、物力，就迫切需要一套與上述現(xiàn)代教學(xué)管理相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)開放性實(shí)驗(yàn)室管理。開發(fā)非接觸式IC卡開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的動態(tài)、開放式管理，因此，對實(shí)驗(yàn)室管理具有重要作用。

    1 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理的不足

    1．1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式存在不足的表現(xiàn)

    傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式都是基于原始的人工管理方式，按正常的教學(xué)課時進(jìn)行安排，在有限的時間內(nèi)，學(xué)生必須做完相關(guān)實(shí)驗(yàn)，有些實(shí)驗(yàn)線路較復(fù)雜，在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)過程中，一旦出現(xiàn)問題，需查找原因和維修，耽誤學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時間，造成實(shí)驗(yàn)時間不足，有的儀器設(shè)備套數(shù)較少，多位學(xué)生同一組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果不佳。要讓實(shí)驗(yàn)課有較好的實(shí)驗(yàn)效果，讓每位學(xué)生都能在實(shí)驗(yàn)中得到較好的訓(xùn)練，勢必增加大量的實(shí)驗(yàn)時間，如今學(xué)校規(guī)模不斷擴(kuò)大，學(xué)生數(shù)量不斷增加，僅僅靠有限的教學(xué)課時來給學(xué)生實(shí)驗(yàn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。

    1．2 開放式實(shí)驗(yàn)室管理是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求

    為適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)模式，迫切需要一套具有全天候開放式管理的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)來代替繁重的人工管理方式，能讓學(xué)生通過一定的管理方式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在正常教學(xué)課時外，仍能繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)。基于現(xiàn)代的設(shè)備和技術(shù)條件，采用開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)管理實(shí)驗(yàn)室是必需而且可能的。通過管理系統(tǒng)，教師可以查看到學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況，統(tǒng)籌分類安排實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)報告等材料還可以添加實(shí)驗(yàn)成績。開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)把教師從繁重的實(shí)驗(yàn)管理工作中解脫出來，投入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和內(nèi)容的研究上，從而提高實(shí)驗(yàn)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(tǒng)IC卡的不足及非接觸式IC卡的優(yōu)點(diǎn)

    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(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：①可靠性高：非接觸式IC卡與讀寫器之間無機(jī)械接觸避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)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(dǎo)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(dān)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(nèi)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(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)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(yīng)用的并行性，無形中提高系統(tǒng)工作速度。④可以適合于多種應(yīng)用，加密性能好。非接觸式IC卡可應(yīng)用于不同的系統(tǒng)、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(jù)不同的應(yīng)用設(shè)定不同的密碼和訪問條件，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理一卡多用的需要。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統(tǒng)，無論是硬件結(jié)構(gòu)，還是操作過程都得到了很大的簡化，同時借助于先進(jìn)的管理軟件，可脫機(jī)的操作方式，使數(shù)據(jù)讀寫過程更為簡單。針對非接觸IC卡以上的優(yōu)點(diǎn)，文中選用非接觸式IC卡作為系統(tǒng)的載體，建立了智能化實(shí)驗(yàn)室管理的信息系統(tǒng)。

    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(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，結(jié)束了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)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(yīng)用面廣、加密性能好等優(yōu)點(diǎn)。工作時由讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)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(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去。

    2 非接觸式IC卡開放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)組成

    非接觸式IC卡開放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)由非接觸式IC卡、非接觸式IC卡讀卡器、人體紅外感應(yīng)模塊、單片機(jī)和開放性實(shí)驗(yàn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 非接觸式IC 卡開放性實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

    開放性實(shí)驗(yàn)室管理軟件：這是一個上位機(jī)系統(tǒng)軟件，它把從下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)，借助通信模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)的處理及統(tǒng)計分析。

    3 上位機(jī)軟件框架和流程圖

    非接觸式IC卡開放性實(shí)驗(yàn)室管理上位機(jī)系統(tǒng)主要的流程圖如圖2 所示，從流程圖上可以看到該系統(tǒng)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(xué)生數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(jī)發(fā)報警命令報警。

圖2 上位機(jī)程序流程圖

    4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

    4．1 數(shù)據(jù)庫的選擇及數(shù)據(jù)庫管理模塊的設(shè)計[4]

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

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

    4．2 Access 數(shù)據(jù)庫及其優(yōu)點(diǎn)

    Access 是微軟公司推出的基于Windows 的桌面關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS），是Office 系列應(yīng)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(yōu)點(diǎn)，并且它是基于面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方式，使得開發(fā)應(yīng)用程序更為簡便。Access 還支持ODBC，可以將程序應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)，并與網(wǎng)絡(luò)上的動態(tài)數(shù)據(jù)相聯(lián)接，可輕松構(gòu)建Internet/Intranet 的應(yīng)用。因而，在系統(tǒng)中采用Access 數(shù)據(jù)庫作為后臺管理系統(tǒng)。

    系統(tǒng)構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫包含如下主要信息：

    （1）刷卡人信息表：刷卡人的詳細(xì)信息，包括：學(xué)號、姓名、班級、性別、卡號等。
    （2）時間表：進(jìn)出時間、累計時間等。

    5 軟件設(shè)計

    5．1 開發(fā)語言VC++和環(huán)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(qiáng)大而受到廣大程序設(shè)計人員的青睞。其特點(diǎn)是代碼效率高、執(zhí)行速度快，可以開發(fā)出風(fēng)格多樣的操作界面。在綜合多種編程語言的基礎(chǔ)上選擇采用VC++語言編程實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)上位機(jī)程序。