摘 要: 為了適應(yīng)現(xiàn)代化考試管理的需要,降低考務(wù)人員工作量,并使工作效率得以提高,實現(xiàn)智能化操作、減少出錯率的目的,提出了一種基于S3C2440的智能考試管理系統(tǒng),該系統(tǒng)可在脫機狀態(tài)下使用指紋識別技術(shù)進行身份驗證,自動打印出考生考試信息和準(zhǔn)考證號碼的條形碼,從而防止考生信息誤填,方便考務(wù)人員操作。對所設(shè)計的系統(tǒng)進行實際環(huán)境測試,其測試結(jié)果達到了設(shè)計目標(biāo)。
關(guān)鍵詞: 考試管理;指紋識別;條形碼
0 引言
隨著人們生活水平提高,教育問題得到廣泛關(guān)注,不管是學(xué)校還是社會都開設(shè)了不同類型的考試來檢驗一個人的能力和學(xué)習(xí)程度。目前大部分的考試管理還是采用較原始的人工方式,在驗證考生身份時容易出現(xiàn)錯誤,并出現(xiàn)代考等現(xiàn)象,這樣不僅降低考務(wù)人員工作效率,還破壞了考試的公平性[1]。而考試過程中有些考生容易填錯準(zhǔn)考證等考試信息,讓錄入成績變得困難。本文針對以上問題,設(shè)計出一個集智能控制和身份驗證等功能為一體的智能考試管理系統(tǒng),含有上位機和考試管理手持器。
1 總體設(shè)計方案
本系統(tǒng)由多節(jié)點的考試管理手持器和系統(tǒng)服務(wù)器組成,手持器的使用主要針對監(jiān)考老師、考生和巡考人員三個對象。其系統(tǒng)框架圖如圖1所示。
考試管理手持器包括嵌入式主控制器、指紋識別模塊、條形碼打印模塊。嵌入式主控制以S3C2440嵌入式ARM處理器為核心,外接兩片SDRAM和兩片NandFlash,采用DM9000網(wǎng)卡與服務(wù)器進行網(wǎng)絡(luò)通信,可自適應(yīng)10/100 Mb/s網(wǎng)絡(luò),并外接可觸摸電阻屏進行人機界面交互;DSP指紋模塊和微型條碼模塊作為從設(shè)備,由嵌入式主設(shè)備通過串口發(fā)送相關(guān)命令分別對其進行控制。
系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計為并發(fā)通信服務(wù)器,可支持多客戶端網(wǎng)絡(luò)連接,主要提供數(shù)據(jù)服務(wù),管理相應(yīng)的考試信息,實現(xiàn)客戶端下載、上傳、查詢等數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)服務(wù)器和終端手持器的網(wǎng)絡(luò)通信通過Socket編程完成,網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP/IP協(xié)議。
2 考試管理器手持器設(shè)計
考試管理手持器可作為系統(tǒng)的一個節(jié)點,在聯(lián)網(wǎng)情況下可與教務(wù)處服務(wù)器進行網(wǎng)絡(luò)通信,下載和上傳所在考場信息。在脫機狀態(tài)下可對考生進行指紋驗證、統(tǒng)計簽到人數(shù)。
設(shè)計上,以ARM平臺為硬件基礎(chǔ),在其之上采用Linux操作系統(tǒng),內(nèi)核版本為Linux 2.6.32.2,在Qt集成開發(fā)環(huán)境中進行GUI界面設(shè)計和程序編寫,所用類庫為Qt-4.6.3。其中,考生信息、配置信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲和查詢需要用到數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫采用SQLite3,該數(shù)據(jù)庫是一種用于嵌入式的低資源消耗、高運行速度的輕型數(shù)據(jù)庫。
2.1 指紋識別模塊
由于指紋具有唯一、終身不變的特點,因此本系統(tǒng)中使用指紋識別技術(shù)驗證身份,從而防止代考現(xiàn)象的發(fā)生[2-3]。系統(tǒng)選擇了TFS-E12指紋模塊,它不僅體積小,而且識別率高。TFS-E12指紋模塊由主控板和光學(xué)采集頭組成,主控板以DSP處理器為核心,處理來自光學(xué)采集頭的指紋圖像信息,其串口通信命令格式如表1所示。
其中,CMD為命令類型,用于區(qū)別指紋的采集、識別等操作,P1、P2、P3為命令參數(shù),Q1、Q2、Q3為應(yīng)答參數(shù),CHK為校驗位,0xF5為起始和終止結(jié)束位。在軟件設(shè)計上,通過打開Linux操作系統(tǒng)的串口設(shè)備文件發(fā)送8 B命令,可完成對指紋的采集和識別等功能,通過對應(yīng)答命令中應(yīng)答參數(shù)的解析判斷操作結(jié)果,并通過GUI界面反饋。
在指紋錄入階段,通過指紋采集頭采集的指紋圖像進行處理后指紋特征值的提取,并將其轉(zhuǎn)變成二進制數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器中[4]。指紋簽到的實現(xiàn),需要考試管理手持器先通過網(wǎng)絡(luò)下載對應(yīng)考場的所有考生信息;或者通過Socket編程來實現(xiàn),之后下載所有待比對考生的指紋特征值到指紋模塊,進而進行指紋比對。根據(jù)對指紋模塊應(yīng)答參數(shù)的解析,在考試管理手持器上的數(shù)據(jù)庫文件里完成對簽到信息的統(tǒng)計和記錄,并通過Socket編程將簽到結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器。其軟件設(shè)計流程圖如圖2所示。
2.2 條形碼打印模塊
與一般的考試管理系統(tǒng)相比,本文加入了條形碼打印技術(shù),在考試過程中使用,能夠防止考生信息誤填。在考生成績錄入時,可直接掃描條形碼提高考務(wù)人員工作效率。本文選擇了微型熱敏打印模塊,其具有體積小、打印速度快、噪音小等特點。該微型熱敏打印模塊以STM32F103為控制芯片,控制打印頭完成各種打印功能,對外UART接口所提供的指令集為ESC/POS指令。考生信息打印的軟件設(shè)計,主要是在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上調(diào)用open函數(shù)打開串口設(shè)備文件,通過write函數(shù)寫入ESC/POC操作指令設(shè)置字體大小、行距等相關(guān)信息并選擇是否進行條形碼打印,之后寫入要打印的字符數(shù)據(jù),打印出帶有考生信息的條形碼。
該微型熱敏打印模塊支持的漢字編碼為GBK,而考試管理手持器上運行的Linux操作系統(tǒng)其采用的漢字編碼為UTF-8,在打印之前需要編碼轉(zhuǎn)換。UTF-8是一種變長的編碼方式,是Unicode編碼值的一種表現(xiàn)形式,它可以使用1~4 B表示一個符號,根據(jù)不同的符號而變化字節(jié)長度。因此在編碼轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計中,對于每個漢字,先根據(jù)UTF-8編碼方式計算出Unicode編碼值,再采用查表法,最終完成UTF-8編碼到GBK編碼的轉(zhuǎn)換,編碼轉(zhuǎn)換流程圖如圖3所示。
3 服務(wù)器設(shè)計
本文所設(shè)計的系統(tǒng)服務(wù)器為高并發(fā)通信服務(wù)器,運行在Fedora 9操作系統(tǒng)上,模擬教務(wù)處數(shù)據(jù)服務(wù)器,負(fù)責(zé)對考生考試信息、用戶認(rèn)證信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲和查詢。軟件設(shè)計上,采用多線程技術(shù),完成對多客戶端的并發(fā)連接和數(shù)據(jù)查詢,其設(shè)計框圖如圖4所示。
每個客戶端線程通過對應(yīng)連接一個網(wǎng)絡(luò)終端考試管理手持器,將接收到的客戶端數(shù)據(jù)解包后放入共享內(nèi)存A。工作線程池由一定數(shù)目的工作線程構(gòu)成,從共享內(nèi)存A獲取待處理數(shù)據(jù)并解析,根據(jù)解析結(jié)果完成對數(shù)據(jù)庫的操作,實現(xiàn)對考生信息的查詢、下載以及用戶身份的信息驗證等,最后將數(shù)據(jù)打包后放入共享內(nèi)存B,由數(shù)據(jù)發(fā)送線程統(tǒng)一發(fā)送。
4 結(jié)論
本文設(shè)計一種針對三種用戶類別的智能考試管理系統(tǒng)。不同的情況中對應(yīng)的用戶都能夠通過使用考試管理手持器實現(xiàn)對應(yīng)考試中的功能。為了檢驗系統(tǒng)的可靠性,共模擬10個考場進行測試,其測試結(jié)果如表2所示。
分析表2可以得出,該系統(tǒng)在模擬不同的考場情況下都能運行良好,同時指紋誤識率(FAR)以及指紋拒真率(FRR)都較低,系統(tǒng)效率高,與其他考試管理系統(tǒng)對比有明顯的優(yōu)勢[1,5-6]。
對所設(shè)計的系統(tǒng)進行實際環(huán)境的測試,結(jié)果顯示各項指標(biāo)均能達到預(yù)期效果,能滿足考試管理高效率、安全性、智能化等需求。本文所設(shè)計的考試管理系統(tǒng)可適用于英語四六級考試、計算機等級考試等。
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