摘  要： 給出了一種基于ARM嵌入式設備的智能實驗室管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方案,。應用ARM終端與服務器連接并接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了實驗室的智能門禁,、消防報警,、自動考勤、視頻監(jiān)控和語音對講功能,，且可以實現(xiàn)實驗室智能網(wǎng)上預約與審批,、實時信息公告的功能，為實驗室人員管理,、身份識別,、預約管理、實時監(jiān)控,、后臺信息管理提供了良好的解決方案,。介紹了系統(tǒng)終端和服務器功能，重點闡述了該終端系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方案和關鍵技術,，在S3C2440芯片設備上實現(xiàn)并應用到實際工程中,，證明了該方案的正確性和可靠性。
關鍵詞： 智能實驗室管理系統(tǒng),；ARM,；網(wǎng)上預約

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

　實驗室終端是本系統(tǒng)的核心,，采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，通過ARM單板的GPIO端口和串口與外設連接,，完成界面顯示,、識別用戶身份、控制門禁,、保存考勤記錄、獲取消防報警信息,、與服務器網(wǎng)絡交互和語音對講等功能,。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警信息并通過GPRS模塊向管理員手機發(fā)送報警短信信息,。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)絡與服務器交互查詢和獲取信息,。通過Linphone應用程序?qū)崿F(xiàn)語音對講,。實驗室終端框圖如圖2所示。

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

　軟件系統(tǒng)包括4種業(yè)務：（1）終端啟動后顯示基本信息或?qū)嶒炇夜嫘畔ⅲ淞鞒倘鐖D5所示,，為實驗室終端常態(tài)顯示場景,，從服務器獲取系統(tǒng)時間并顯示實驗室公告信息；（2）學生上課時間刷卡或刷指紋是進行上課考勤,，此時把學生考勤信息實時發(fā)送到服務器進行記錄,，并存入本地數(shù)據(jù)庫內(nèi)，其處理流程如圖6所示,，終端會定期把本地數(shù)據(jù)庫內(nèi)的考勤信息全部更新到服務器的考勤數(shù)據(jù)庫中,；（3）學生可以預約課余時間使用實驗室資源，其處理流程如圖7所示,。在互聯(lián)網(wǎng)上通過網(wǎng)站預約并審批通過后,，會更新服務器中學生預約申請數(shù)據(jù)庫信息，當學生在指定時間段內(nèi)刷卡或指紋信息時,，終端向服務器發(fā)送請求,，判別學生使用該實驗室的請求是否為已經(jīng)預約并審批，如果學生已經(jīng)預約并審批通過,，則打開門禁,；（4）當接收到消防報警傳感器信號時的處理流程如圖8所示，立即停止其他業(yè)務,，并在本地顯示屏上顯示報警信息并啟動蜂鳴器,，通過網(wǎng)絡通信模塊發(fā)送報警信息到服務器，并通過GPRS發(fā)送報警短信到設置的管理員手機上,。語音處理場景由應用程序Linphone自動完成應答,，可以實現(xiàn)實驗室人員與管理員的語音對講[6-8]。

　該方案已驗證了它的正確性和可靠性,，并已經(jīng)在實際工程中應用,，對提升實驗室管理員的效率和方便性有很大幫助。
參考文獻
[1] 劉曉強.校園網(wǎng)環(huán)境下計算機實驗室群自動管理系統(tǒng)的實現(xiàn)與應用[J].中山大學學報,，2004（3）.
[2] 趙志成.高校實驗室安全現(xiàn)狀分析與管理對策探討[J].科技信息,，2010（1）.
[3] 黃少輝.高校實驗室管理存在的問題及對策[J].廣東技術師范學院學報，2008（6）.
[4] 吳文華.智能實驗室管理系統(tǒng)下的實驗室開放管理[J].實驗技術與管理,，2011（2）.
[5] 李文,，羅恩韜，林華.智能網(wǎng)絡化開放式實驗教學模式探討與實踐[J].計算機與信息技術,，2009（5）.
[6] 朱振.校園信息管理系統(tǒng)緩存模塊的設計與實現(xiàn)[D].北京：北京交通大學,，2010.
[7] 董濟洲.基于WEB服務的高校教育網(wǎng)絡平臺構(gòu)建研究[D].長春：吉林大學,，2010.
[8] 蘇莉萍.基于嵌入式指紋識別的實驗室管理系統(tǒng)的設計[J].教育教學論壇,，2010（6）.