基于RFID的實驗簽到系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張晨亮　凌云峰　王文　畢濤

摘 要： 介紹了在校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于RFID射頻卡的B/S模式實驗簽到系統(tǒng)的設(shè)計，著重闡述了系統(tǒng)開發(fā)的思路和關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)。為開放性實驗管理提供了一種嚴格高效、安全方便的管理方式，使教學資源得到了充分利用。實現(xiàn)了對實驗教學過程的精細化管理，實驗排課效率大大提高，學生自主性得到充分發(fā)揮，創(chuàng)新能力不斷增強，實驗教學得到了全面的提高。

關(guān)鍵詞： 實驗簽到； RFID卡； B/S模式實驗； 數(shù)據(jù)庫

中圖分類號： TN915.06?34； G64； TP39 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）01?0106?03

Abstract： Design of B/S mode experiment signature system based on RFID card is introduced， which is applied to the campus network. The thought and key technologies for system development are elaborated emphatically， which provide a safe and efficient management method for open experiment management and make full use of teaching resource. The fine management in the process of experiment teaching was implemented. It made the experiment course scheduling efficiency improved greatly， students' initiative aroused fully， innovation ability strengthened constantly， and experimental teaching improved comprehensively.

Keywords： experiment signature； RFID card； B/S mode experiment； database＼

0 引 言

近幾年來，我院為了著重提高學生的實踐動手能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，不斷深化實踐教學改革，組建了多個實驗教學中心，同時提出了“以學生為主體，以教師為主導”的教學模式并提供了具有較大開放性的實驗教學環(huán)境[1]。在原有實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過將原有的個別關(guān)聯(lián)性較大的驗證性實驗整合為一個綜合性實驗，或?qū)⒁恍┬枰炞C的內(nèi)容融入到設(shè)計性實驗中去進行驗證的方法，以此來減少驗證性實驗的數(shù)量，提高了綜合性和設(shè)計性實驗在整個課程中所占的比例。為提高學生實驗的自主性，在課程時間的安排上，學生不拘泥于課表的約束，可根據(jù)各自的學習計劃靈活選擇實驗項目、安排實驗時間，在網(wǎng)上自主選擇并預約實驗即可[2]。但這種模式會造成實驗時間、實驗地點和實驗形式具有一定的不確定性，給實驗管理工作帶來了較大的難度，也對管理者提出了更高的要求。為了較好地解決這個問題，依托校園網(wǎng)開發(fā)了相應的管理軟件并結(jié)合射頻卡對開放性實驗進行管理，學生只要將射頻卡出示在讀卡器的可識讀范圍內(nèi)，實驗教學管理軟件便可根據(jù)刷卡情況記錄學生的實驗過程，上實驗課前來到實驗室和做完實驗離開實驗室時，分別進行兩次刷卡，即可完成實驗登記和考勤。這樣做不僅便于對實驗課程的安排和實驗教學的管理，還能夠密切跟蹤教師和學生的實驗進度。

1 實驗簽到系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 軟件模式

考勤軟件通常采用兩種處理模式，一種是C/S模式，C指客戶機，S指服務(wù)器；另一種是B/S模式，B指瀏覽器，S指服務(wù)器[3]。

在C/S模式下，要求用戶使用定制的客戶機軟件訪問服務(wù)器來開展日常業(yè)務(wù)的處理。這種模式的一個缺點是當處理復雜業(yè)務(wù)或訪問數(shù)據(jù)量較大時，客戶端往往會成為該模式的瓶頸。因為C/S模式的特點是需將應用處理留在客戶端，這樣會導致在處理復雜應用時客戶端應用程序會過于“臃腫”，造成業(yè)務(wù)處理邏輯變化的適應能力和擴展能力都受到了很大局限；C/S模式的另一個不足是系統(tǒng)的維護和升級，由于用戶的分布性，當系統(tǒng)需要維護和升級時，要對每一個客戶端進行系統(tǒng)維護和升級，工作量大，而且在系統(tǒng)升級時難免會出現(xiàn)用戶版本不一致的現(xiàn)象，從而導致部分用戶無法使用新版本，無法正常的開展工作。

B/S模式避免了C/S模式的缺點，提供了一種良好解決方案。用戶全部使用瀏覽器進行相關(guān)操作，用戶接口功能由瀏覽器完成；客戶的應用功能由Web服務(wù)器完成；應用服務(wù)器（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）會分別響應各個客戶請求后，再獨立地處理各類數(shù)據(jù)[4]。

用戶使用瀏覽器向Web服務(wù)器提出應用服務(wù)請求，這個過程要利用應用系統(tǒng)的Web頁面中的超鏈接。Web服務(wù)器接收用戶的請求，并向應用服務(wù)器申請?zhí)幚恚瑧梅?wù)器處理完后，將結(jié)果返回Web服務(wù)器；再用HTTP協(xié)議經(jīng)由Web服務(wù)器把結(jié)果傳給用戶端，在用戶的瀏覽器中顯示處理結(jié)果。

B/S處理模式的客戶端比C/S模式進行了大幅度的簡化，用戶只須使用統(tǒng)一的瀏覽器即可，操作十分方便；而系統(tǒng)的開發(fā)、維護等所有工作和所有的應用邏輯都可集中于服務(wù)器端，因此相關(guān)應用程序在進行維護和升級時就不需要更換客戶端軟件，只要在服務(wù)器端進行即可，這樣就大大降低了系統(tǒng)維護和系統(tǒng)升級時的成本和工作量，同時提高了工作效率。

不足之處是B/S模式工作效率比C/S模式有所下降，但可以采用高性能的服務(wù)器加以彌補。

1.2 RFID卡技術(shù)

考勤系統(tǒng)中，學生需要刷卡考勤，考勤卡是基于RFID技術(shù)的射頻卡。RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術(shù)是一種無線射頻識別技術(shù)，俗稱電子標簽。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是接收讀取器（Reader）、天線（Antenna）以及電子標簽（Tag），具體分布如圖1所示。電子標簽主要由芯片和耦合元件組成，數(shù)據(jù)信息存在芯片內(nèi)部[5]。接收讀取器是讀取電子標簽信息的設(shè)備。天線主要用于與信息讀取設(shè)備間通信，它可以在接收讀取器和電子標簽之間傳遞射頻信號。其工作原理是當電子標簽進入接收讀取器的有效區(qū)域后，會感應到接收讀取器發(fā)出的射頻信號，電子標簽通過電磁感應獲取能量并工作，同時，通過調(diào)制器將存儲芯片中數(shù)據(jù)信息調(diào)制到反射回去的射頻信號中。接收讀取器讀取返回的射頻信息并解碼后，通過數(shù)據(jù)接口進行輸出[6]。

無線射頻身份識別技術(shù)的特點是不需要物體之間互相接觸便可以自動識別相關(guān)信息，識別的過程不需要人為的干涉，即可自動辨別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，但是要在一定的空間范圍內(nèi)（幾厘米到幾百米）進行，這個識別過程主要是通過射頻信號來進行。該技術(shù)有很多優(yōu)點，首先，可識別高速運動物體，無需直接接觸和光學可視，因此使用也較為方便。其次，可工作于各種惡劣環(huán)境，可以防水、防油和防化學藥品等物質(zhì)腐蝕，無機械磨損，壽命長，因為存有數(shù)據(jù)的芯片是被密封在射頻卡中的[7]。只讀型的RFID卡還具有價格便宜、便于普及的優(yōu)勢。RFID電子標簽還可以根據(jù)用戶需要制作成各種尺寸和形狀，用戶也可根據(jù)自己的喜好對RFID卡的外觀進行DIY，可以在標簽上簽上持卡者的姓名或印制照片，都不會影響該卡及整個系統(tǒng)的使用，因為其內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取并不會受到外部因素如尺寸大小與形狀等的限制。每個標簽的代碼可以做成世界上惟一的，存儲的數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容通過密碼進行保護，不容易被偽造或假冒。

2 系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計方案

本系統(tǒng)主要由考勤管理系統(tǒng)、讀卡器、射頻卡三個部分組成，如圖2所示。其中，考勤管理系統(tǒng)負責相關(guān)信息的錄入與管理，主要包括課程信息、專業(yè)信息、實驗場地信息、學生信息、射頻卡信息、考勤信息等，其主要功能是刷卡考勤，進行考勤信息管理。讀卡器和射頻卡是本系統(tǒng)的硬件部分，讀卡器的作用是用來讀取射頻卡內(nèi)的信息，通過USB接口送給計算機，形成考勤系統(tǒng)可以識別的數(shù)據(jù)。射頻卡的作用是用來識別學生身份，此卡可以設(shè)計成印有學生照片的實驗卡，由學生持有，需要考勤時刷卡即可[8]。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，考勤管理系統(tǒng)主要包括30多個信息表，其中主要有：

（1） 基礎(chǔ)信息部分，包括學期、院系、實驗中心、實驗室、實驗臺、專業(yè)、實驗課程、實驗項目等信息表。

（2） 學生信息表，用于記錄學生的基本信息并把RFID卡的卡號與學生綁定，主要包括學生帳戶、密碼、學號、專業(yè)、RFID卡號等信息。

（3） 實驗預約信息表，用于存儲教師提前發(fā)布的上課信息，學生可以根據(jù)該信息和自己的時間自主預約合適的上課時間進行實驗。

（4） 考勤信息表，用于存儲學生已經(jīng)預約的實驗，考勤的目的是產(chǎn)生上課時間和下課時間，這兩個時間作為考勤信息組成部分存儲在考勤信息表中。

（5） 管理員信息表，用于區(qū)分管理員的管理權(quán)限，管理權(quán)限分為超級管理員、普通管理員和教師。

（6） 系統(tǒng)配置信息表等。

2.3 軟件設(shè)計

程序的模塊化設(shè)計的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)清晰，管理簡單，功能擴充也十分方便。根據(jù)設(shè)計要求把系統(tǒng)分為4個模塊，分別為：實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子模塊、用戶管理子模塊、實驗預約子模塊、實驗簽到子模塊。各子模塊具有不同功能但又相互聯(lián)系，具體功能如下：

（1） 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子模塊

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子模塊包括學期管理、實驗場地管理、專業(yè)管理、課程管理，主要作用是為考勤信息的形成提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

（2） 用戶管理子模塊

用戶管理子模塊包括管理員管理和學生管理。管理員共分為三個等級，分別為超級管理員、普通管理員和教師。超級管理員具有全部權(quán)限，普通管理員具有指定的部分權(quán)限，教師具有與授課相關(guān)的管理權(quán)限。

（3） 實驗預約子模塊

實驗預約子模塊包括教師發(fā)布可預約的信息和學生根據(jù)教師已發(fā)布的信息進行預約兩個功能。教師根據(jù)開課計劃，把要開課的時間利用系統(tǒng)進行發(fā)布，學生登錄后，找到需要預約的實驗課程，點擊進入后，系統(tǒng)會列出所有能夠供學生預約的實驗時間，學生可自主選擇合適的時間來完成實驗課程的預約。已預約的信息還可以在預約結(jié)束前取消，選擇其他時間預約。

（4） 實驗簽到子模塊

考勤模塊分為考勤管理和實驗刷卡兩個功能。考勤管理包括信息檢索、修改、刪除等功能，主要負責所有考勤信息的管理。實驗刷卡界面如圖3所示，學生把實驗卡放在刷卡器上，實驗卡中的編號自動讀取到考勤軟件中，考勤軟件把這個卡號與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，如果信息存在則進行刷卡數(shù)據(jù)的顯示并把刷卡時間寫入數(shù)據(jù)庫。刷卡時間包括學生的上課時間和下課時間，分別在上課前和下課后產(chǎn)生。另外，刷卡界面中用不同顏色的文字表示當前學生的刷卡狀態(tài)，非常直觀。

3 結(jié) 語

經(jīng)過幾年不斷地建設(shè)，實驗簽到系統(tǒng)已經(jīng)趨向成熟。基于考勤系統(tǒng)，學生和教師能實時查詢實驗進展情況及實驗項目完成情況，實現(xiàn)了對實驗教學過程的精細化管理，保障了實驗教學正規(guī)化，避免了學生逃課和遺漏實驗項目。利用實驗預約功能，實驗排課效率大大提高，解決了多年困擾教師的排課難題，同時實現(xiàn)了實驗室面向?qū)W生的全天開放，學生預約實驗項目積極，學生自主性得到充分發(fā)揮，創(chuàng)新能力不斷增強，實驗教學得到了全面的提高。

參考文獻

[1] 常春，胡仁杰，蔣瑋，等.網(wǎng)絡(luò)化綜合實驗教學管理系統(tǒng)的研究和實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2007，24（6）：94?97.

[2] 鄧文淵，陳惠貞，陳俊榮.ASP與網(wǎng)頁數(shù)據(jù)庫設(shè)計[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[3] 徐小明，張湘?zhèn)ィ瑓歉８?綜合型、開放型實驗教學體系的構(gòu)建與運作機制的探索[J].實驗技術(shù)與管理，2007，24（7）：20?23.

[4] 張敏，蔡樹才，耿艷霞，等.基于ASP.NET的預約型開放實驗室管理系統(tǒng)[J].實驗技術(shù)與管理，2007，24（7）：73?76.

[5] 吳能表，田紅，黃麟，等.加強本科實驗教學的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2005，24（11）：74?76.

[6] 吳文全，徐建霖.電子技術(shù)實驗教學改革中的問題及對策[J].實驗室研究與探索，2005，24（4）：68?70.

[7] 魏志軒，范麗杰，高秀麗.電子技術(shù)實驗教學體系的構(gòu)建與實踐[J].實驗室研究與探索，2005，24（11）：78?80.

[8] 石景龍，四小建，衛(wèi)克，等.電子設(shè)計實驗課教學體系的探索[J].實驗室研究與探索，2005，24（9）：87?89.

[9] 糜玉林，朱愛紅.以評促建，積極推進基礎(chǔ)實驗教學改革[J].實驗技術(shù)與管理，2008，25（7）：18?19.