多媒體教室IC卡控制管理系統的設計與實現

文章出處：http://www.xianjuhong.com 作者：左渠   人氣： 發(fā)表時間：2011年11月06日

    前言
 
    以非接觸射頻卡為信息載體來構建適用于校園管理和消費的校園“一卡通”系統，在學校得到了普遍應用。用校園“一卡通”(校園IC卡)取代學校目前使用的學生證、借書證、票卡、醫(yī)療證件、計算機房機時卡等，消除了師生攜帶各種證件的煩惱。與銀行聯網的校園IC卡可以在校內銀行網點指定圈存、消費，真正做到在校園內一卡通用。
 
    北京理工大學從2006年起，在研究生教學樓和新校區(qū)的多媒體教學環(huán)境建設中，充分利用校園網為教學服務，將校園IC卡應用到多媒體教室的使用與管理，方便了教師的使用，同時為加強學校教學過程的管理，提供了有效的技術支持和管理手段。本文就多媒體教學集控環(huán)境下，多媒體教室刷卡控制系統的設計與實現進行介紹。
 
    一、多媒體教室刷卡控制系統的研究
 
    1 刷卡控制系統架構
 
    非接觸射頻卡將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，將具有微處理器及存儲器的集成電路IC芯片和感應天線封裝于標準PVC卡之中，射頻卡具多個分區(qū)、每個扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨立的，軟件可以模塊化設計，適合一卡多用的特性，在各種一卡通系統中得到廣泛應用。IC卡的物理卡號具有唯一性，在讀寫時處于非接觸操作狀態(tài)。讀卡器工作時，與IC卡片內的LC串聯諧振電路產生共振，從而為IC卡提供了工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或接收讀卡器發(fā)出的數據并保存。
 
    校園“一卡通”具有身份認證功能即門禁系統，門禁系統是一個依托網絡的信息傳輸功能，就特定人員在限定的環(huán)境和時間段完成相關工作并自動記錄運行信息的管理系統。開發(fā)多媒體教室刷卡控制系統是通過教學課表信息與教師身份認證識別，實現教師持校園IC卡方便地使用多媒體教室。網絡多媒體教室刷卡控制系統的結構圖如圖1所示。系統是以太網TCP~P校園網總線方式，每個教室多媒體控制臺都安裝一個讀卡器，讀卡器內有時鐘及讀卡記錄存儲器。通過對讀卡器的網絡連接和設置，服務器下發(fā)排課信息和有效卡號，IC卡的身份信息經系統數據庫的對比識別，實現對多媒體控制臺的開鎖控制。
 

圖1 刷卡系統結構圖

    系統按應用可分為實時聯網和脫機聯網兩類。實時聯網需要系統服務器在讀卡時與數據庫對比識別，并發(fā)出控制命令。脫機聯網是當讀卡器存儲排課信息后，可以脫離網絡獨立工作，進行信息識別、發(fā)出開鎖控制指令并讀卡記錄。
 
    圖l中多媒體教室控制臺1讀卡器采用的是TCP／IP技術接口類型?？刂婆_2和3是通過多媒體教室中央控制器完成服務器與讀卡器的通訊，讀卡器可采用RS232等技術接口?？刂婆_2的讀卡器開鎖指令是通過中央控制器的繼電器端口連接電控鎖完成；控制臺3讀卡器自身具有繼電器控制模塊，具有12V電源，可以直接驅動電控鎖。
 
    2 功能設計
 
    多媒體教室刷卡控制系統采用校園IC卡，實現教室與課表對應的使用管理。
 
    (1) 教師利用校園IC卡自主使用多媒體教室
    任課教師只需在教室控制臺讀卡器前刷卡，經讀卡器內身份信息和教務排課數據識別，通過認證后則允許自動打開控制臺的電控鎖，并完成多媒體教學設備的啟動。
 
    (2) 開發(fā)教務排課系統和“一卡通”管理系統接口
    為了學校教務管理系統和“一 通”管理系統的安全，設定訪問權限，開發(fā)教務排課數據和“一卡通”教師信息接口，獲取課表信息和IC卡教師身份信息。
 
    (3) 按學期集中授權、教室端身份驗證
    刷卡控制系統按照每學期的排課數據通過網絡集中對教室端讀卡器授權，教室端IC卡讀卡器能存放一學期的排課數據和刷卡記錄，教室端進行本地身份認證。
 
    (4) 讀卡器的脫機聯網運行方式
    讀卡器可脫機或聯網使用，當遇到網絡故障時，IC卡的使用權限認證可以脫離服務器數據庫和網絡運行環(huán)境，讀卡器處于獨立工作狀態(tài)。
 
    (5) 權限信息更新
    當排課數據或一卡通信息發(fā)生變化時，刷卡控制系統即時對系統數據庫進行數據的更新管理，同時對相應教室端讀卡器的數據自動刷新。
 
    (6) 使用權限設定
    教室的使用可以按課表、按教室、按同時段同教室多教師、按管理通卡多種權限設定。
 
    (7) 教室使用報表
    教務部門隨時可以查詢教室使用情況(如正常、遲到、未用、應急調課處理)。可以生成教室使用報表。
 
    3 接口設計
 
    刷卡控制系統管理服務器的數據要求來源于兩個方面，一個為課程表數據庫，另一個為學校一卡通數據庫。課程表數據庫則為教務課表信息，學校一卡通數據庫保存有每個教師的工號和持有的IC卡序列號，兩者之間需要有準確的對應關系。在上述兩個數據庫的基礎上，形成刷卡控制數據庫。根據系統的管理要求，刷卡控制數據庫的結構設計應包含所有必要信息以方便檢索。由學校教務系統和一卡通系統提供接口，以數據庫(SQLServer、MySQL或Oracle)表或者視圖方式，進行刷卡控制系統軟件的開發(fā)設計， 自動進行數據同步，所需的接口數據見表1、表2所示。
    表1排課數據視圖(View lessons plant)

    表2一卡通數據變更接口(View Cards Change)

    管理服務器刷卡控制數據庫是通過教師工號(具有唯一性)的對應，確定了任課教師所持的校園IC卡(序列號)與課表的認證。
 
    4 系統數據處理流程
 
    圖2展示了數據處理流程，系統管理服務程序根據設定好的邏輯規(guī)則把教師上課信息更新到網管數據以便教師卡下發(fā)。分布在各個教室的讀卡器存儲該教室的使用認證信息，形成統一的數據信息應用網絡。

圖2數據處理流程圖

    5 教室端控制處理方式
 
    多媒體教室網絡中央控制器基于TCP／IP協議，支持對標準串行設備的控制，支持IC卡讀卡器接口和控制信息轉發(fā)。網絡暢通時讀卡器數據上傳至中心數據庫，網絡故障時，教師讀卡器脫離服務器獨立工作，完成認證和操作記錄，實現讀卡器脫機聯網方式。圖2中使用的讀卡器具有繼電器接口可以直接驅動電控鎖， 目的是保證數據的安全，運行管理可靠。 

    二、多媒體教室刷卡控制系統應用

    基于高校按學期排課的特點，新學期前對教室讀卡器集中授權，課表信息變化時數據進行刷新。系統的IC卡管理、排課數據維護見圖3、圖4。

    如果采用每天定時導入教務系統一周的排課數據，程序自動給讀卡器下發(fā)當天能開鎖的教師卡號和時間的方法，這樣將會增加工作難度和影響數據的可靠性。IC卡管理對于卡號權限的設定，任課教師以普通卡類型對應上課教室，管理員可以按照管理范圍納入白名單信息管理并給與權限。對于未分配權限的卡號，根據實際需要可以添加使用權限。讀卡器更新設置以當前系統時間更新到讀卡器，下發(fā)電控鎖的吸合時間。


    持有校園IC卡的教師，按照課表在上課前20分鐘隨時可以刷卡，直接打開控制臺上課。對于臨時調課和IC卡丟失未更新的情況，總控室可以遠程開鎖，或通過工作人員配置的通卡給與服務。對于學校各類廣播教學活動，總控軟件對教室預設分組，根據課表信息自動開啟多媒體教室設備，實現無人值守管理。 

圖3 IC卡管理

    北京理工大學教師持校園“一卡通”IC卡使用多媒體教室的管理模式已運行了三年，效果得到了學校和教師的認可。

 
圖4排課數據維護

    結束語
 
    多媒體教室刷卡控制系統是基于校園IC卡，結合多媒體教學系統的功能和特點的設計開發(fā)，不僅可以方便教師使用,提升多媒體教學系統的技術管理水平，也有利于學校教學過程的科學化管理和信息化的建設。