摘  要： 給出了一種基于ARM嵌入式設(shè)備的智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。應(yīng)用ARM終端與服務(wù)器連接并接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的智能門禁、消防報(bào)警、自動(dòng)考勤、視頻監(jiān)控和語音對(duì)講功能，且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能網(wǎng)上預(yù)約與審批、實(shí)時(shí)信息公告的功能，為實(shí)驗(yàn)室人員管理、身份識(shí)別、預(yù)約管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、后臺(tái)信息管理提供了良好的解決方案。介紹了系統(tǒng)終端和服務(wù)器功能，重點(diǎn)闡述了該終端系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方案和關(guān)鍵技術(shù)，在S3C2440芯片設(shè)備上實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用到實(shí)際工程中，證明了該方案的正確性和可靠性。
關(guān)鍵詞： 智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)；ARM；網(wǎng)上預(yù)約

　隨著高校信息化的快速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)進(jìn)行智能化的管理成為趨勢(shì)，智能化管理可幫助解決實(shí)驗(yàn)室管理中需要專人值班、門禁無權(quán)限控制、不能自動(dòng)考勤、信息公告實(shí)時(shí)性差等問題，可以幫助一個(gè)管理員同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的管理和監(jiān)控，有效提升實(shí)驗(yàn)室的使用效率。而目前實(shí)驗(yàn)室的管理主要依賴管理員日常管理中對(duì)普通門禁系統(tǒng)的權(quán)限更新，不能分時(shí)段控制實(shí)驗(yàn)室門禁，實(shí)驗(yàn)室使用過程中依賴學(xué)生簽名等方式考勤和安排座位，不利于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的管理，而且對(duì)于自動(dòng)報(bào)警、視頻監(jiān)控等功能完全獨(dú)立，不能統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，這些因素都影響實(shí)驗(yàn)室的安全和使用效率[1-2]。
　本文介紹了一種基于ARM嵌入式設(shè)備的智能實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠幫助管理員實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的智能管理，完成實(shí)驗(yàn)室的智能門禁、自動(dòng)報(bào)警、考勤記錄、視頻監(jiān)控與語音對(duì)講等功能。另外系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)合，具有智能網(wǎng)上預(yù)約與審批、實(shí)時(shí)信息公告的功能。
1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)
　智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)室終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和視頻監(jiān)控系統(tǒng)三個(gè)部分，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)室終端完成門禁控制、外設(shè)管理、自動(dòng)考勤、消防報(bào)警功能，主要由ARM嵌入式系統(tǒng)組成，包括與其連接的RF卡模塊、指紋識(shí)別模塊、消防傳感器模塊。

　實(shí)驗(yàn)室終端是本系統(tǒng)的核心，采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，通過ARM單板的GPIO端口和串口與外設(shè)連接，完成界面顯示、識(shí)別用戶身份、控制門禁、保存考勤記錄、獲取消防報(bào)警信息、與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)交互和語音對(duì)講等功能。通過串口分別與指紋模塊和RF卡模塊通信獲取用戶刷卡或按下指紋的信息。通過GPIO端口獲取溫度、紅外和煙感傳感器的報(bào)警信息并通過GPRS模塊向管理員手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信信息。通過按鍵和觸摸屏接收用戶的輸入操作。通過顯示屏顯示終端信息，通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器交互查詢和獲取信息。通過Linphone應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)語音對(duì)講。實(shí)驗(yàn)室終端框圖如圖2所示。

2 終端的實(shí)現(xiàn)
　實(shí)驗(yàn)室終端軟件系統(tǒng)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，基于QT-Embed軟件平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)。實(shí)驗(yàn)室終端軟件實(shí)現(xiàn)方案如圖4所示。其中：存儲(chǔ)考勤信息的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，把軟件系統(tǒng)劃分為界面顯示模塊、配置管理模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、外設(shè)數(shù)據(jù)管理模塊、語音通話模塊和主控制模塊；界面顯示模塊使用QT-Embed提供的接口平時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)室公告和系統(tǒng)時(shí)間，當(dāng)有刷卡或者指紋時(shí)顯示刷卡學(xué)生的基本信息，消防報(bào)警時(shí)顯示報(bào)警界面，用戶設(shè)置終端時(shí)通過界面設(shè)置本機(jī)IP地址和服務(wù)器信息；配置管理模塊負(fù)責(zé)本機(jī)配置信息的設(shè)置和查詢接口，配置信息保存在配置文件中可以查詢和修改；網(wǎng)絡(luò)通信模塊主要負(fù)責(zé)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器后臺(tái)進(jìn)程的通信，完成終端向服務(wù)器請(qǐng)求的查詢刷卡與指紋信息、獲取終端公告信息、發(fā)送消防報(bào)警信息、通過GPRS發(fā)送報(bào)警短信信息的功能，并解析來自網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的報(bào)文信息[4-5]；外設(shè)數(shù)據(jù)管理模塊主要是查詢和獲取學(xué)生刷卡信息、指紋信息，查詢可能發(fā)生的溫度、紅外和煙感傳感器的報(bào)警信息，如果外設(shè)數(shù)據(jù)發(fā)生變化，界面顯示模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊立即獲取信息并進(jìn)行處理；語音通話模塊使用Linphone應(yīng)用程序完成，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室終端設(shè)置為自動(dòng)應(yīng)答方式，服務(wù)器安裝的Linphone可以選擇需要對(duì)講的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行語音撥號(hào)，終端自動(dòng)應(yīng)答完成實(shí)驗(yàn)室管理員與實(shí)驗(yàn)室人員的語音對(duì)講，實(shí)驗(yàn)室終端也可以通過按鍵呼叫實(shí)驗(yàn)室管理員，實(shí)驗(yàn)室管理員選擇應(yīng)答接聽[6]；主控制模塊主要負(fù)責(zé)終端內(nèi)多個(gè)任務(wù)的資源分配和業(yè)務(wù)控制，如終端處于報(bào)警狀態(tài)時(shí)不再處理學(xué)生刷卡而只處理管理員的刷卡，同一學(xué)生在5 s內(nèi)只能刷卡一次等。

　軟件系統(tǒng)包括4種業(yè)務(wù)：（1）終端啟動(dòng)后顯示基本信息或?qū)嶒?yàn)室公告信息，其流程如圖5所示，為實(shí)驗(yàn)室終端常態(tài)顯示場(chǎng)景，從服務(wù)器獲取系統(tǒng)時(shí)間并顯示實(shí)驗(yàn)室公告信息；（2）學(xué)生上課時(shí)間刷卡或刷指紋是進(jìn)行上課考勤，此時(shí)把學(xué)生考勤信息實(shí)時(shí)發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行記錄，并存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，其處理流程如圖6所示，終端會(huì)定期把本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的考勤信息全部更新到服務(wù)器的考勤數(shù)據(jù)庫(kù)中；（3）學(xué)生可以預(yù)約課余時(shí)間使用實(shí)驗(yàn)室資源，其處理流程如圖7所示。在互聯(lián)網(wǎng)上通過網(wǎng)站預(yù)約并審批通過后，會(huì)更新服務(wù)器中學(xué)生預(yù)約申請(qǐng)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，當(dāng)學(xué)生在指定時(shí)間段內(nèi)刷卡或指紋信息時(shí)，終端向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，判別學(xué)生使用該實(shí)驗(yàn)室的請(qǐng)求是否為已經(jīng)預(yù)約并審批，如果學(xué)生已經(jīng)預(yù)約并審批通過，則打開門禁；（4）當(dāng)接收到消防報(bào)警傳感器信號(hào)時(shí)的處理流程如圖8所示，立即停止其他業(yè)務(wù)，并在本地顯示屏上顯示報(bào)警信息并啟動(dòng)蜂鳴器，通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊發(fā)送報(bào)警信息到服務(wù)器，并通過GPRS發(fā)送報(bào)警短信到設(shè)置的管理員手機(jī)上。語音處理場(chǎng)景由應(yīng)用程序Linphone自動(dòng)完成應(yīng)答，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室人員與管理員的語音對(duì)講[6-8]。

　該方案已驗(yàn)證了它的正確性和可靠性，并已經(jīng)在實(shí)際工程中應(yīng)用，對(duì)提升實(shí)驗(yàn)室管理員的效率和方便性有很大幫助。
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