基于單片機的開放實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】本文設(shè)計的開放實驗室管理系統(tǒng)，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(shù)據(jù)信息進行存儲和管理，能實現(xiàn)實驗室人員出入門禁管理和實驗室預(yù)約開放的功能。

【關(guān)鍵詞】單片機開放實驗室門禁上位機

一、引言

傳統(tǒng)的實驗室管理方式側(cè)重于實驗室器材、設(shè)備等資產(chǎn)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(shè)計了一個“實驗室門禁系統(tǒng)”來協(xié)助實驗室管理，具有實驗室人員出入門禁管理和實驗室預(yù)約開放兩大功能，實現(xiàn)了無人值守管理以及業(yè)余時間實驗活動預(yù)約。

二、系統(tǒng)方案與結(jié)構(gòu)

開放實驗室門禁系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)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(qū)動、帶觸摸功能的LCD作為人機交互的接口，結(jié)合人體熱釋傳感器構(gòu)建的服務(wù)區(qū)監(jiān)測模塊，控制驅(qū)動電路用來控制門鎖。

上位PC機作為數(shù)據(jù)中心和管理中心，放置在實驗室內(nèi)，主要用來實現(xiàn)學生數(shù)據(jù)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(shè)計

3.1硬件部分設(shè)計

從系統(tǒng)總體設(shè)計方案中可知，本系統(tǒng)硬件電路設(shè)計的中心架構(gòu)為：MCU最小系統(tǒng)、觸摸屏LCD人機交互接口電路、RS-232接口電路和服務(wù)區(qū)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(tǒng)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(shè)計時，采用深圳市卓立恩科技有限公司的ZLG240128F液晶，結(jié)合單片機控制電路實現(xiàn)。RA8806內(nèi)建一組10位ADC和相應(yīng)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(tǒng)將分壓所得電壓值進行A/D轉(zhuǎn)換，將返回一組X、Y的坐標值。

四、上位機程序設(shè)計

4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本文采用Access數(shù)據(jù)庫作為實驗室門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，因為實驗室門禁系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫模塊中包括用戶基本信息數(shù)據(jù)庫、用戶預(yù)約信息數(shù)據(jù)庫、以及出入記錄數(shù)據(jù)庫三個子模塊。根據(jù)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(xiàn)實驗室的預(yù)約功能，我們單獨建立一張預(yù)約記錄表。根據(jù)功能需要，表中應(yīng)包含學號、姓名、專業(yè)、預(yù)約日期、是否獲得批準等預(yù)約信息。

4.2上位機軟件界面設(shè)計

本系統(tǒng)的上位機應(yīng)用程序采用Microsoft公司的開發(fā)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(yù)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(qū)別是管理權(quán)限不一樣，管理員具有最高權(quán)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(yù)約信息管理和串口通信設(shè)置。（3）預(yù)約界面如圖6所示，該窗體主要完成預(yù)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(yīng)答的方式，即首先由單片機發(fā)送帶有標識符的字符串給上位機，如圖7所示。上位機根據(jù)標識符判斷發(fā)送數(shù)據(jù)的有效性，對于無效的數(shù)據(jù)直接丟棄不作處理，有效數(shù)據(jù)則根據(jù)標識符采取不同的應(yīng)答措施，這樣可以節(jié)省大量用于建立連接的握手過程，在滿足系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上簡化通信程序。

上下位機之間通過串口通信協(xié)同工作，設(shè)計完成后，整個系統(tǒng)工作流程如圖8所示。

五、結(jié)語

本文設(shè)計的開放實驗室管理系統(tǒng)，可以協(xié)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(yù)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

[1]丁躍軍，來清民，劉建華等.單片機基礎(chǔ)教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2]趙建領(lǐng)，薛園園等.零基礎(chǔ)學單片機C語言程序設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[3]李朝青，劉艷玲等.單片機與PC機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[4]蔣家伏，張林峰. Visual Basic程序設(shè)計教程（第四版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[5]李長林. Visual Basic串口通信技術(shù)與典型實例[M].北京：清華大學出版社，2006.