基于單片機的開放實驗室管理系統設計

【摘要】本文設計的開放實驗室管理系統，以STC89C54單片機為主控芯片，ZLG240128F觸摸液晶屏為人機交互接口，通過上位機軟件對學生數據信息進行存儲和管理，能實現實驗室人員出入門禁管理和實驗室預約開放的功能。

【關鍵詞】單片機開放實驗室門禁上位機

一、引言

傳統的實驗室管理方式側重于實驗室器材、設備等資產管理，采用人工值守，實驗項目安排不夠靈活，管理模式封閉，造成教學資源浪費。針對這一問題，本文設計了一個“實驗室門禁系統”來協助實驗室管理，具有實驗室人員出入門禁管理和實驗室預約開放兩大功能，實現了無人值守管理以及業余時間實驗活動預約。

二、系統方案與結構

開放實驗室門禁系統的總體結構圖如圖1所示，分為下位單片機部分、RS232接口電路部分、上位PC機部分。

下位機是一個以STC89C54單片機為核心控制芯片，采用基于RA8806控制器驅動、帶觸摸功能的LCD作為人機交互的接口，結合人體熱釋傳感器構建的服務區監測模塊，控制驅動電路用來控制門鎖。

上位PC機作為數據中心和管理中心，放置在實驗室內，主要用來實現學生數據信息存儲，對接收來自下位機的用戶信息進行核對，若用戶ID和密碼等信息正確就通知下位機放行，并對進出入時間等信息進行記錄。

三、單片機部分設計

3.1硬件部分設計

從系統總體設計方案中可知，本系統硬件電路設計的中心架構為：MCU最小系統、觸摸屏LCD人機交互接口電路、RS-232接口電路和服務區檢測電路。其核心部分為單片機和LCD人機交互接口部分，如圖2所示。人機交互接口電路，主要完成門禁系統與普通來訪者的交互對話，提供給用戶良好的使用界面，獲取用戶輸入的賬戶信息，并將管理端反饋的驗證信息反饋給用戶。設計時，采用深圳市卓立恩科技有限公司的ZLG240128F液晶，結合單片機控制電路實現。RA8806內建一組10位ADC和相應的控制電路，連接四線式電阻式的觸控屏幕，針對觸碰位置，系統將分壓所得電壓值進行A/D轉換，將返回一組X、Y的坐標值。

四、上位機程序設計

4.1數據庫設計

本文采用Access數據庫作為實驗室門禁系統的數據庫，因為實驗室門禁系統所管理的信息量不是很大，可以滿足要求，并且與編寫管理主程序采用的Visual Basic 6.0兼容性較好，使用簡單，管理方便。

數據庫模塊中包括用戶基本信息數據庫、用戶預約信息數據庫、以及出入記錄數據庫三個子模塊。根據出入記錄模塊的功能要求，我們可以得到想要獲得信息的每一條紀錄，包含學生的學號、姓名、班級、登陸日期、登錄時間等基本信息。為了實現實驗室的預約功能，我們單獨建立一張預約記錄表。根據功能需要，表中應包含學號、姓名、專業、預約日期、是否獲得批準等預約信息。

4.2上位機軟件界面設計

本系統的上位機應用程序采用Microsoft公司的開發軟件Visual Basic6.0進行編寫，主要包括以下三個部分：登陸界面、程序主界面、預約界面。（1）登陸界面可以以管理員身份或普通用戶身份登陸，區別是管理權限不一樣，管理員具有最高權限。（2）程序主界面如圖5所示，它是上位機軟件的核心模塊，該窗體包括五個功能模塊，即管理員賬戶管理、學生基本信息管理、學生出入記錄管理、預約信息管理和串口通信設置。（3）預約界面如圖6所示，該窗體主要完成預約信息的顯示和管理。

4.3上位機和下位機之間的通信

上下位機之間的通信采用請求-應答的方式，即首先由單片機發送帶有標識符的字符串給上位機，如圖7所示。上位機根據標識符判斷發送數據的有效性，對于無效的數據直接丟棄不作處理，有效數據則根據標識符采取不同的應答措施，這樣可以節省大量用于建立連接的握手過程，在滿足系統需求的基礎上簡化通信程序。

上下位機之間通過串口通信協同工作，設計完成后，整個系統工作流程如圖8所示。

五、結語

本文設計的開放實驗室管理系統，可以協助實驗室的開放管理，具有實驗室人員出入門禁管理和實驗室預約開放的功能，基本上能滿足實驗室開放管理的要求。

參考文獻

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