摘 要： 给出了一种基于ARM嵌入式设备的智能实验室管理系统的实现方案。应用ARM终端与服务器连接并接入互联网，实现了实验室的智能门禁、消防报警、自动考勤、视频监控和语音对讲功能，且可以实现实验室智能网上预约与审批、实时信息公告的功能，为实验室人员管理、身份识别、预约管理、实时监控、后台信息管理提供了良好的解决方案。介绍了系统终端和服务器功能，重点阐述了该终端系统的软件实现方案和关键技术，在S3C2440芯片设备上实现并应用到实际工程中，证明了该方案的正确性和可靠性。
关键词： 智能实验室管理系统；ARM；网上预约
随着高校信息化的快速发展，实验室应用互联网和信息化技术进行智能化的管理成为趋势，智能化管理可帮助解决实验室管理中需要专人值班、门禁无权限控制、不能自动考勤、信息公告实时性差等问题，可以帮助一个管理员同时实现多个实验室的管理和监控，有效提升实验室的使用效率。而目前实验室的管理主要依赖管理员日常管理中对普通门禁系统的权限更新，不能分时段控制实验室门禁，实验室使用过程中依赖学生签名等方式考勤和安排座位，不利于实验室设备的管理，而且对于自动报警、视频监控等功能完全独立，不能统一协调管理，这些因素都影响实验室的安全和使用效率[1-2]。
本文介绍了一种基于ARM嵌入式设备的智能实验室系统，该系统能够帮助管理员实现对实验室的智能管理，完成实验室的智能门禁、自动报警、考勤记录、视频监控与语音对讲等功能。另外系统与互联网系统结合，具有智能网上预约与审批、实时信息公告的功能。
1 系统框架设计
智能实验室管理系统包括实验室终端、网络服务器和视频监控系统三个部分，如图1所示。实验室终端完成门禁控制、外设管理、自动考勤、消防报警功能，主要由ARM嵌入式系统组成，包括与其连接的RF卡模块、指纹识别模块、消防传感器模块。
实验室终端是本系统的核心，采用嵌入式Linux操作系统，通过ARM单板的GPIO端口和串口与外设连接，完成界面显示、识别用户身份、控制门禁、保存考勤记录、获取消防报警信息、与服务器网络交互和语音对讲等功能。通过串口分别与指纹模块和RF卡模块通信获取用户刷卡或按下指纹的信息。通过GPIO端口获取温度、红外和烟感传感器的报警信息并通过GPRS模块向管理员手机发送报警短信信息。通过按键和触摸屏接收用户的输入操作。通过显示屏显示终端信息，通过网络与服务器交互查询和获取信息。通过Linphone应用程序实现语音对讲。实验室终端框图如图2所示。
2 终端的实现
实验室终端软件系统采用嵌入式Linux操作系统，基于QT-Embed软件平台进行开发。实验室终端软件实现方案如图4所示。其中：存储考勤信息的嵌入式数据库使用SQLite数据库，把软件系统划分为界面显示模块、配置管理模块、网络通信模块、外设数据管理模块、语音通话模块和主控制模块；界面显示模块使用QT-Embed提供的接口平时显示实验室公告和系统时间，当有刷卡或者指纹时显示刷卡学生的基本信息，消防报警时显示报警界面，用户设置终端时通过界面设置本机IP地址和服务器信息；配置管理模块负责本机配置信息的设置和查询接口，配置信息保存在配置文件中可以查询和修改；网络通信模块主要负责与网络服务器后台进程的通信，完成终端向服务器请求的查询刷卡与指纹信息、获取终端公告信息、发送消防报警信息、通过GPRS发送报警短信信息的功能，并解析来自网络服务器的报文信息[4-5]；外设数据管理模块主要是查询和获取学生刷卡信息、指纹信息，查询可能发生的温度、红外和烟感传感器的报警信息，如果外设数据发生变化，界面显示模块和网络通信模块立即获取信息并进行处理；语音通话模块使用Linphone应用程序完成，各个实验室终端设置为自动应答方式，服务器安装的Linphone可以选择需要对讲的实验室进行语音拨号，终端自动应答完成实验室管理员与实验室人员的语音对讲，实验室终端也可以通过按键呼叫实验室管理员，实验室管理员选择应答接听[6]；主控制模块主要负责终端内多个任务的资源分配和业务控制，如终端处于报警状态时不再处理学生刷卡而只处理管理员的刷卡，同一学生在5 s内只能刷卡一次等。
软件系统包括4种业务：（1）终端启动后显示基本信息或实验室公告信息，其流程如图5所示，为实验室终端常态显示场景，从服务器获取系统时间并显示实验室公告信息；（2）学生上课时间刷卡或刷指纹是进行上课考勤，此时把学生考勤信息实时发送到服务器进行记录，并存入本地数据库内，其处理流程如图6所示，终端会定期把本地数据库内的考勤信息全部更新到服务器的考勤数据库中；（3）学生可以预约课余时间使用实验室资源，其处理流程如图7所示。在互联网上通过网站预约并审批通过后，会更新服务器中学生预约申请数据库信息，当学生在指定时间段内刷卡或指纹信息时，终端向服务器发送请求，判别学生使用该实验室的请求是否为已经预约并审批，如果学生已经预约并审批通过，则打开门禁；（4）当接收到消防报警传感器信号时的处理流程如图8所示，立即停止其他业务，并在本地显示屏上显示报警信息并启动蜂鸣器，通过网络通信模块发送报警信息到服务器，并通过GPRS发送报警短信到设置的管理员手机上。语音处理场景由应用程序Linphone自动完成应答，可以实现实验室人员与管理员的语音对讲[6-8]。
该方案已验证了它的正确性和可靠性，并已经在实际工程中应用，对提升实验室管理员的效率和方便性有很大帮助。
参考文献
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