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的實現方案。應用ARM終端與服務器連接并接入互聯網，實現了實驗室的智能門禁、消防報警、自動考勤、視頻監控和語音對講功能，且可以實現實驗室智能網上預約與審批、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、實時監控、后臺信息管理提供了良好的解決方案。介紹了系統終端和服務器功能，重點闡述了該終端系統的軟件實現方案和關鍵技術，在S3C2440芯片設備上實現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；ARM；網上預約
隨著高校信息化的快速發展，實驗室應用互聯網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多個實驗室的管理和監控，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、視頻監控等功能完全獨立，不能統一協調管理，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，該系統能夠幫助管理員實現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、視頻監控與語音對講等功能。另外系統與互聯網系統結合，具有智能網上預約與審批、實時信息公告的功能。
1 系統框架設計
智能實驗室管理系統包括實驗室終端、網絡服務器和視頻監控系統三個部分，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的核心，采用嵌入式Linux操作系統，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，通過網絡與服務器交互查詢和獲取信息。通過Linphone應用程序實現語音對講。實驗室終端框圖如圖2所示。
2 終端的實現
實驗室終端軟件系統采用嵌入式Linux操作系統，基于QT-Embed軟件平臺進行開發。實驗室終端軟件實現方案如圖4所示。其中：存儲考勤信息的嵌入式數據庫使用SQLite數據庫，把軟件系統劃分為界面顯示模塊、配置管理模塊、網絡通信模塊、外設數據管理模塊、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；網絡通信模塊主要負責與網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、發送消防報警信息、通過GPRS發送報警短信信息的功能，并解析來自網絡服務器的報文信息[4-5]；外設數據管理模塊主要是查詢和獲取學生刷卡信息、指紋信息，查詢可能發生的溫度、紅外和煙感傳感器的報警信息，如果外設數據發生變化，界面顯示模塊和網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多個任務的資源分配和業務控制，如終端處于報警狀態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內只能刷卡一次等。
軟件系統包括4種業務：（1）終端啟動后顯示基本信息或實驗室公告信息，其流程如圖5所示，為實驗室終端常態顯示場景，從服務器獲取系統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送到服務器進行記錄，并存入本地數據庫內，其處理流程如圖6所示，終端會定期把本地數據庫內的考勤信息全部更新到服務器的考勤數據庫中；（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。在互聯網上通過網站預約并審批通過后，會更新服務器中學生預約申請數據庫信息，當學生在指定時間段內刷卡或指紋信息時，終端向服務器發送請求，判別學生使用該實驗室的請求是否為已經預約并審批，如果學生已經預約并審批通過，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，立即停止其他業務，并在本地顯示屏上顯示報警信息并啟動蜂鳴器，通過網絡通信模塊發送報警信息到服務器，并通過GPRS發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
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