一卡通系统应用于教室多媒体设备门禁

　　本文针对教师使用多媒体教室授课时，多媒体控制台门锁需要专门的教室管理人员进行开锁带来的诸多不便，设计和实现了基于校园一卡通的多媒体控制台门锁管理系统。该系统利用ARM9开发板作为读卡节点，结合校园一卡通读写模块的编程接口进行二次开发，通过局域网实现对各个教室多媒体控制台门锁的统一管理，当节点识别到教师的校园一卡通后，向电控锁发出开锁信号，实现自动开锁。不仅方便了教师对多媒体设备的使用，而且方便了对多媒体设备的管理。
　　
　　教师使用多媒体教室授课，不仅能为学生传授大量的知识信息，而且得以从繁琐的板书中解脱出来，从而安排更多的时间组织学生进行学习讨论、辅导答疑等教学活动。另外，丰富多彩的多媒体教案，吸引学生的注意力、激发学生的学习兴趣、提高学生上课的积极性，受到了广大师生的欢迎。为进一步方便教师对多媒体设备的使用和管理，加速我校校园信息化建设。本设计借助广泛使用的校园一卡通，结合网络通信技术和嵌入式开发技术，实现了教师卡片信息的下发、教师打卡信息的上传、教室多媒体设备使用情况查询，以及多媒体控制台自动开锁等功能的多媒体控制台门锁管理系统。该系统方便教师对多媒体设备的使用和管理，促进了校园信息化水平的提高。
　　
　　一、系统框架
　　
　　系统由主机、打卡节点、局域网交换机、电控锁组成。在主机上安装多媒体控制台门锁管理系统软件，实现对整个门禁系统的维护管理；打卡节点在系统中负责读卡、接收、上传打卡数据，数据通信、向电控锁发送控制信号等工作，打卡节点和电控锁之间利用RS232串口线进行连接，实现对电控锁的控制。为方便对各个教室的多媒体控制台的统一管理，各打卡节点通过RJ45线接入局域网交换机，系统框架如图1所示。系统首先通过主机管理软件将一卡通数据下发到各打卡节点，有卡片读入时，打卡节点将读到的卡片信息与所存储的卡片信息进行校验，如果校验合法，则将该卡片的数据信息及读卡时间存储在节点的存储器内，同时向电控锁发出开锁指令，该指令传送到电控锁的电源端，电源启动继电器，切换电源内部供电方向，电锁自动打开，此时打卡节点呈现开门状态并将打卡节点的状态通过局域网呈现在主机管理软件中。软件还可以提取各打卡节点存储的打卡数据，分析教室多媒体设备使用情况。
　　
　　二、打卡节点框架结构
　　
　　打卡节点是整个门禁系统的核心，完成与主机的通信和对电控锁命令的逻辑处理，打卡节点硬件是基于三星公司的ARM9S3C2410微处理器和Embedded-Linux操作系统，运行固化在Flash上的程序。节点内设存储单元，可以存储一定数量的人员信息、打卡信息。其结构如图2所示，各个模块的功能如下。
　　
　　S3C2410微处理器是一款基于ARM920T内核的32位RISC微处理器，具有低成本、低功耗、高性能的特点，它集成了丰富的系统外设和接口，方便用户开发多功能的嵌入式设备，另外，对实时多任务有很强的支持能力，并且具有较短的中断响应时间，可以极大地满足教师刷卡以及通信和对电控锁进行控制的需求。
　　
　　存储模块包括Flash和SDRam两部分，用于存储系统应用程序和卡片数据信息。射频卡读写模块基于MPC89E58AF,用于识别教师的校园一卡通，MPC89E58AF是应用于非接触式通信中高集成读卡系列中的一员。其利用了先进的调制和解调概念，完全继承了各种被动非接触式通信方式和协议，内部发送器不需要增加有源电路，能够直接驱动操作距离为10cm的天线，接收器部分提供解调和解码电路，用于调制应答器信号和奇偶检测，本设计采用中断工作模式，即微处理器利用MPC89E58AF提供中断信息并对其进行控制。
　　
　　通信模块包括以太网控制器和RS232串口通信两部分，以太网控制器使用DM9000AEP，可以提供包括MAC帧的发送和接收功能，对MAC帧进行封装解包以及错误检测，可以实现10Mbps和100Mbps两种传输速率及半双工和全双工两种工作模式，提供符合IEEE802.3标准协议的MID，通过外接以太网实现网络接入，RS232串口用于实现打卡节点和电控锁的通信。
　　
　　三、多媒体控制台门锁管理系统的设计
　　
　　管理员登录该管理软件后，可以查看打卡历史记录的数据信息，新建更新、删除打卡人员的信息，对软件系统参数进行设置和对数据库的相应操作；教室及打卡节点设置，对各个教室位置及打卡节点的IP进行设置，在系统软件里添加、修改、删除相应的教室和打卡节点，并根据各个打卡节点的IP信息，将各个节点和相应的教室进行关联；刷卡有效性设置，根据学校的上课时间，设定各个教师的校园一卡通，只能在软件允许的时间内进行刷卡，方可以打开电控锁，如有特殊情况也可以对时间进行相应的更改。
　　
　　卡片管理模块：将各个教师的校园一卡通数据信息导入到软件的数据库中，该模块提供了批量导入和单个导入两种方式，批量导入主要针对教师数据信息较多的情况下，一次性将这些数据导入软件中，对于数量较少的卡片信息可以采取单个导入的方式，另外，单个数据信息导入中提供了数据修改功能，便于更改换卡、丢卡教师的卡片信息；
　　
　　报表及查询模块：该模块可以实现查看各个多媒体教室的使用状况，并将该情况生成相应的表格，同时软件带有报表导出及打印功能，通过查看各个打卡节点的开启或关闭状态能实时掌握各教室的多媒体设备正在使用的情况，方便为临时需要使用多媒体教室的情况提供空闲教室，通过提取打卡节点存储的打卡记录，还可以掌握各教室多媒体设备的使用情况，并能根据教师的打卡次数分析其对多媒体设备的依赖程度；
　　
　　数据处理模块：数据库备份主要为防止错误的数据库操作，断电或计算机事故等造成的数据库崩溃而引起的数据丢失。[6]过期数据处理，随着系统的长期运行，软件存储的数据量会越来越大，程序处理数据速度会变得越来越缓慢，该功能可以将指定日期前的数据进行删除，进而提高程序的运行效率。数据通信负责主机和打卡节点之间的数据传输，可以将软件设置的打卡时间有效性、教师的一卡通信息下发到各个打卡节点、教师的打卡情况数据等信息提取到系统管理软件中。
　　
　　四、软件数据库的设计
　　
　　鉴于数据的安全性和数据库性能方面的考虑，我们使用SQLServer2005数据库，在SQLServer2005ManageStudio的对象资源管理器中建立“jsdk”数据库，作为管理软件的后台数据库，系统使用的表主要有：教师卡片信息表(js_B)，记录刷卡教师校园一卡通的ID号、姓名、工号、性别和卡号等相关信息；刷卡信息表(shuaka_B),记录刷卡教师教授的课程、卡号、姓名、工号、签到时间、离开时间等相应刷卡数据；打卡节点表(jd_B),记录各个打卡节点的编号、所处教室编号、节点的IP信息；刷卡时间及课程名称表(shyxm_B)，记录各个教室的编号、所上课程的名称、开始打卡时间。
　　
　　五、系统运行效果
　　
　　进入系统管理软件页面，打开电子地图，查看主机和各打卡节点的网络连接状况和各个教室的多媒体电控锁的开关状态，其中显示网络正常的，说明主机和节点之间通信状态良好，网络不通则说明主机和该节点之间存在网络故障，带有人头标志的说明该教室的电控锁已经被打开，设备处在正使用状态。将打卡节点的刷卡记录提取到系统管理软件的后台数据库中，选择所要查询的日期范围，查看每个教室的多媒体设备使用情况。系统的运行效果如图4、图5所示。
　　
　　六、结论
　　
　　本文针对教室多媒体设备使用和管理的一些局限性，设计并实现了在校园一卡通基础上的多媒体控制台门锁管理系统，解决了每次使用多媒体设备必须有专门教室管理人员进行开锁的弊端，利用校园一卡通刷卡便可以直接开锁，同时也方便了教室管理人员对多媒体设备的管理。经过长期的运行测试，系统性能稳定，较好地实现了系统设计中的功能需要及性能要求，方便了对多媒体教室的使用和管理，促进了我校信息化建设的发展。