非接触式IC卡开放性实验室管理系统上位机系统设计及应用

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者： 人气： 发表时间：2012年03月20日

    摘要：利用非接触式IC卡作为实验室管理系统的载体，建立了开放性智能化实验室管理系统。探讨了基于非接触式IC卡的开放性实验室管理系统上位机系统设计，并成功将其应用于实验室信息化管理中，提高了实验室的现代化管理水平。
    关键词：非接触式IC卡；单片机；开放性实验室管理系统；上位机系统

    随着高校教学实行改革以及学生选课系统的运行，传统的实验室管理方式已不能满足教学改革的要求。为适应新人才培养方案的实施，实现实验课程的全面改革，有计划地进行开放性实验是行之有效的教学手段，也是改变传统教学模式，提高实验教学质量，培养学生独立操作能力和创造性思维的必由之路。为提高实验室管理水平，规范有序地做好实验室开放工作且节约人力、物力，就迫切需要一套与上述现代教学管理相适应的实验室管理系统，以实现开放性实验室管理。开发非接触式IC卡开放实验室管理系统，可以实现实验课程教学的动态、开放式管理，因此，对实验室管理具有重要作用。

    1 传统的实验室管理的不足

    1．1 传统实验室管理模式存在不足的表现

    传统实验室管理模式都是基于原始的人工管理方式，按正常的教学课时进行安排，在有限的时间内，学生必须做完相关实验，有些实验线路较复杂，在学生做实验过程中，一旦出现问题，需查找原因和维修，耽误学生的实验时间，造成实验时间不足，有的仪器设备套数较少，多位学生同一组实验，实验效果不佳。要让实验课有较好的实验效果，让每位学生都能在实验中得到较好的训练，势必增加大量的实验时间，如今学校规模不断扩大，学生数量不断增加，仅仅靠有限的教学课时来给学生实验是远远不足的。

    1．2 开放式实验室管理是现代实验教学的要求

    为适应现代教学模式，迫切需要一套具有全天候开放式管理的实验室管理系统来代替繁重的人工管理方式，能让学生通过一定的管理方式进入实验室，在正常教学课时外，仍能继续完成实验。基于现代的设备和技术条件，采用开放式实验室管理系统管理实验室是必需而且可能的。通过管理系统，教师可以查看到学生进行实验的情况，统筹分类安排实验来进行实验准备，并在实验结束后根据学生完成的实验报告等材料还可以添加实验成绩。开放式实验室管理系统把教师从繁重的实验管理工作中解脱出来，投入到实验教学方法和内容的研究上，从而提高实验室管理的水平。

    1．3 非接触IC卡简介及工作原理[1-2]

    1．3．1 传统IC卡的不足及非接触式IC卡的优点

    与接触式IC卡及早期的磁卡相比，非接触式IC卡具有非常突出的优点，主要表现在：①可靠性高：非接触式IC卡与读写器之间无机械接触避免了由于接触读写而产生的各种故障。例如：由于粗暴插卡、非卡外物插入、灰尘或油污等导致接触不良造成的故障。此外非接触式卡表面无裸露芯片无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题，既便于卡片印刷又提高了卡片的使用可靠性。②操作方便：由于非接触通讯读写器在5-10CM 范围内就可以对卡片操作，所以不必插拔卡非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以在任意方向掠过读写器表面即可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。③防冲突：非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此读写器可以“同时”处理多张非接触式IC卡。这样提高了应用的并行性，无形中提高系统工作速度。④可以适合于多种应用，加密性能好。非接触式IC卡可应用于不同的系统、不同的场合。每张卡片出厂时有唯一的序列号，用户可以根据不同的应用设定不同的密码和访问条件，可实现企业管理一卡多用的需要。由非接触式IC卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式，使数据读写过程更为简单。针对非接触IC卡以上的优点，文中选用非接触式IC卡作为系统的载体，建立了智能化实验室管理的信息系统。

    1．3．2 非接触式IC卡工作原理[2-3]

    非接触式IC卡又称射频卡，是最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一次突破，非接触式IC卡和接触式IC卡相比具有可靠性高、操作方便、防冲突、应用面广、加密性能好等优点。工作时由读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC 串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC 谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去。

    2 非接触式IC卡开放性实验室管理系统组成

    非接触式IC卡开放性实验室管理系统由非接触式IC卡、非接触式IC卡读卡器、人体红外感应模块、单片机和开放性实验室管理软件组成，此外还包括液晶显示屏及一些外围电路。系统结构框图如图1 所示。

图1 非接触式IC 卡开放性实验室管理系统结构框图

    开放性实验室管理软件：这是一个上位机系统软件，它把从下位机采集的数据，借助通信模块，将数据发送到上位机，完成数据的处理及统计分析。

    3 上位机软件框架和流程图

    非接触式IC卡开放性实验室管理上位机系统主要的流程图如图2 所示，从流程图上可以看到该系统首先判断是否有人刷卡。有人刷卡，首先读取卡信息，通过已建立的学生数据库进行比较判定所刷卡是否有效，如果有效，读取卡号和记录刷卡时间，否则向下位机发报警命令报警。

图2 上位机程序流程图

    4 数据库设计

    4．1 数据库的选择及数据库管理模块的设计[4]

    数据库是一种采用某种模型的通用的综合性数据集合，具有最小的冗余度和较高的数据独立性，用于提供确定范围内的各种用户共享。数据库管理系统是对数据进行增删、修改、检索等操作，管理系统是管理和维护数据库的软件。数据库管理模块是数据库与用户之间的交换接口，因此，设计的好坏直接关系到用户对数据库的使用状况。在VC++6.0 下，利用MFC 类，通过ODBC(开放数据库连接)接口对数据库文件进行了编程与访问，主要实现了如下功能:

    (1)数据维护功能。用户能够在数据库中进行数据的增加、删除、修改等操作，从而不断地完善数据库。
    (2)数据查询功能。用户向系统提出查询要求后，数据库管理系统就会在数据库中进行匹配，找出满足查询条件的记录。在查询过程中，数据库数据以只读的方式打开，以确保数据库中的数据不被更改。

    4．2 Access 数据库及其优点

    Access 是微软公司推出的基于Windows 的桌面关系数据库管理系统（RDBMS），是Office 系列应用软件之一。它具有存储方式单一便于用户操作和管理、界面友好等优点，并且它是基于面向对象的开发方式，使得开发应用程序更为简便。Access 还支持ODBC，可以将程序应用于网络，并与网络上的动态数据相联接，可轻松构建Internet/Intranet 的应用。因而，在系统中采用Access 数据库作为后台管理系统。

    系统构建的数据库包含如下主要信息：

    （1）刷卡人信息表：刷卡人的详细信息，包括：学号、姓名、班级、性别、卡号等。
    （2）时间表：进出时间、累计时间等。

    5 软件设计

    5．1 开发语言VC++和环境的选择

    Microsoft Visual C ++ 是一种基于MFC 的WIN32 程序的可视化编程语言,因功能强大而受到广大程序设计人员的青睐。其特点是代码效率高、执行速度快，可以开发出风格多样的操作界面。在综合多种编程语言的基础上选择采用VC++语言编程实现本系统上位机程序。