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(shí)現(xiàn)智能化操作,、減少出錯(cuò)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(jī)狀態(tài)下使用指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份驗(yàn)證,，自動(dòng)打印出考生考試信息和準(zhǔn)考證號(hào)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(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際環(huán)境測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo),。

　　關(guān)鍵詞： 考試管理,；指紋識(shí)別；條形碼

0 引言

　　隨著人們生活水平提高,，教育問(wèn)題得到廣泛關(guān)注,，不管是學(xué)校還是社會(huì)都開(kāi)設(shè)了不同類(lèi)型的考試來(lái)檢驗(yàn)一個(gè)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(yàn)證考生身份時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)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(guò)程中有些考生容易填錯(cuò)準(zhǔn)考證等考試信息,，讓錄入成績(jī)變得困難,。本文針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一個(gè)集智能控制和身份驗(yàn)證等功能為一體的智能考試管理系統(tǒng),，含有上位機(jī)和考試管理手持器,。

1 總體設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)由多節(jié)點(diǎn)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(duì)監(jiān)考老師,、考生和巡考人員三個(gè)對(duì)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(shí)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(jìn)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(jìn)行人機(jī)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(guò)串口發(fā)送相關(guān)命令分別對(duì)其進(jìn)行控制。

　　系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計(jì)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(shí)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(guò)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(jì)

　　考試管理手持器可作為系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn),，在聯(lián)網(wǎng)情況下可與教務(wù)處服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信,，下載和上傳所在考場(chǎng)信息。在脫機(jī)狀態(tài)下可對(duì)考生進(jìn)行指紋驗(yàn)證,、統(tǒng)計(jì)簽到人數(shù),。

　　設(shè)計(jì)上，以ARM平臺(tái)為硬件基礎(chǔ),，在其之上采用Linux操作系統(tǒng),，內(nèi)核版本為L(zhǎng)inux 2.6.32.2，在Qt集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行GUI界面設(shè)計(jì)和程序編寫(xiě),，所用類(lèi)庫(kù)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(chǔ)和查詢需要用到數(shù)據(jù)庫(kù),，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLite3，該數(shù)據(jù)庫(kù)是一種用于嵌入式的低資源消耗,、高運(yùn)行速度的輕型數(shù)據(jù)庫(kù),。

　　2.1 指紋識(shí)別模塊

　　由于指紋具有唯一、終身不變的特點(diǎn),，因此本系統(tǒng)中使用指紋識(shí)別技術(shù)驗(yàn)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(shí)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(lái)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(lèi)型,，用于區(qū)別指紋的采集、識(shí)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(yàn)位,，0xF5為起始和終止結(jié)束位。在軟件設(shè)計(jì)上,，通過(guò)打開(kāi)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(duì)指紋的采集和識(shí)別等功能，通過(guò)對(duì)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(guò)GUI界面反饋,。

　　在指紋錄入階段，通過(guò)指紋采集頭采集的指紋圖像進(jìn)行處理后指紋特征值的提取,，并將其轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器中[4],。指紋簽到的實(shí)現(xiàn)，需要考試管理手持器先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載對(duì)應(yīng)考場(chǎng)的所有考生信息,；或者通過(guò)Socket編程來(lái)實(shí)現(xiàn),，之后下載所有待比對(duì)考生的指紋特征值到指紋模塊，進(jìn)而進(jìn)行指紋比對(duì),。根據(jù)對(duì)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(kù)文件里完成對(duì)簽到信息的統(tǒng)計(jì)和記錄,，并通過(guò)Socket編程將簽到結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器,。其軟件設(shè)計(jì)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(guò)程中使用，能夠防止考生信息誤填,。在考生成績(jī)錄入時(shí),，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(diǎn),。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(duì)外UART接口所提供的指令集為ESC/POS指令?？忌畔⒋蛴〉能浖O(shè)計(jì),，主要是在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上調(diào)用open函數(shù)打開(kāi)串口設(shè)備文件，通過(guò)write函數(shù)寫(xiě)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(jìn)行條形碼打印,，之后寫(xiě)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(yùn)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(zhǎng)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(gè)符號(hào),，根據(jù)不同的符號(hào)而變化字節(jié)長(zhǎng)度,。因此在編碼轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)于每個(gè)漢字,，先根據(jù)UTF-8編碼方式計(jì)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(jì)

　　本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)服務(wù)器為高并發(fā)通信服務(wù)器，運(yùn)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(duì)考生考試信息、用戶認(rèn)證信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢,。軟件設(shè)計(jì)上,，采用多線程技術(shù)，完成對(duì)多客戶端的并發(fā)連接和數(shù)據(jù)查詢,，其設(shè)計(jì)框圖如圖4所示,。

　　每個(gè)客戶端線程通過(guò)對(duì)應(yīng)連接一個(gè)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作,，實(shí)現(xiàn)對(duì)考生信息的查詢,、下載以及用戶身份的信息驗(yàn)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(jì)一種針對(duì)三種用戶類(lèi)別的智能考試管理系統(tǒng),。不同的情況中對(duì)應(yīng)的用戶都能夠通過(guò)使用考試管理手持器實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)考試中的功能。為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性,，共模擬10個(gè)考場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試,，其測(cè)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(chǎng)情況下都能運(yùn)行良好,，同時(shí)指紋誤識(shí)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(duì)比有明顯的優(yōu)勢(shì)[1,，5-6]。

　　對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際環(huán)境的測(cè)試,，結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)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(jì)的考試管理系統(tǒng)可適用于英語(yǔ)四六級(jí)考試、計(jì)算機(jī)等級(jí)考試等,。

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