摘要: 目前，市面上的门禁管理系统大多功能较为单一，仅适用于邮电、通信、金融及公安等企事业部门。由于高等院校实验室特殊、复杂的教学、管理模式，出现了系统适用性不强、扩展性差、运行性能不佳等问题。广东石油化工学院现代通信重点实验室在日常教学、管理过程中，分析了目前高校实验室门禁管理系统的缺陷及漏洞，并自主开发了适用于高校实验室运作方式的门禁管理系统，解决了直接运用市面上门禁管理系统和传统机械门锁存在的弊端。
随着计算机、嵌入式技术的飞速发展，及高等院校信息化建设进程的加快，门禁管理信息在国内各大高校及一些科研院所的应用已经非常普及，如云南大学的“一卡通”机房门禁管理系统［1］，四川大学的远程门禁控制及视频监查系统等。显然，门禁信息系统为更新、提高实验装备，有效组织科研协作等起到了积极的作用，也为广大教师、科研人员、学生提供了进行科研实验的有利条件和可靠的保障［2 － 3］。
通过在管理中不断地探索、研究及分析，特别是长期对自主门禁系统的研究开发，结合广东石油化工学院计算机与电子信息学院实验教学模式及管理的特点，以先进的感应式IC 卡技术，配合刷卡信息系统，将IC 卡的应用、嵌入式技术［4］与计算机信息管理系统结合起来，自主设计并实现了高校实验室门禁管理系统。
1 高校实验室门禁管理的问题分析
门禁系统的应用虽然使高校实验室各管理部门工作更加简单明了，效率更高，但在日常管理应用中，仍然暴露出很多问题和漏洞。从管理模式上分析，问题具体如下:
1) 市面上门禁系统高成本是制约高校实验室信息化普及和发展的瓶颈。现阶段，虽然门禁管理系统在市场上已有较为成熟的产品，但价格往往较高，这与高校实验室限于经济基础的规划模式不相符。在高校范围内，各领域、各学科都拥有各自不同的专业实验室，少则数十个，多则几十个。例如，每个实验室均购买一套门禁系统，则需动辄数十或者几十万元的成本，还需承担后期的维护、调试、安装等费用。
2) 市面上门禁系统的工作流程与高校实验教学模式不相符。高等院校的实验课程，为保证实验教学的效果与秩序，实验时是不允许非该时间段实验的班级学生进入实验室的。但在实际的管理过程中，这种情况非常难控制。以广东石油化工学院电子信息工程系现代通信重点实验室为例，目前，该实验室一次仅能容纳一个班级的专业实验。但系里2 个专业，4 个年级16 个班级的学生如果均持有进入实验室的IC 卡，为保障实验的正常进行，只能加大管理力度，派人时刻提醒非该时间段实验的学生不能进入实验室。这样无形中就增加了人力和劳动强度，没有从根本上实现现代化管理模式。
3) 市面上门禁系统的智能信息化程度不能满足高校实验室高强度、高节奏的人员流动性。如目前的门禁系统对考勤功能的设置仅限于某个具体对象，这与高校实验室必须具备考勤任务设置、考勤人数统计的功能要求相差较远。以广东石油化工学院计算机系软件工程实验室为例，每年承担的实验课程( 不包含重复课程) 总数达30 多门，开设各种实验项目200 多个，年实验任务高达12 万人机学时以上，说明周1 ～ 5，每日1 ～ 8 节课基本都有上机安排。实验室高强度、高节奏的运作往往使得上节实验课的学生还没刷卡离开实验室，下节课的学生已经刷卡进入实验室开始实验了。而门禁系统只能从读取器中导出数据，再从刷卡进入、离开的时间列表中统计分析各个班级学生人数，这显然为教师的考勤工作造成了非常大的困扰。
4) 市面上门禁系统简单的呼应设置不适应高校开放性实验室的日常管理模式。多年来，随着实验室开放力度的加大，学生对实践能力重要性的认识的不断提升，学生申请使用实验室的次数也大幅度增加，实验室管理人员经常要中断手中的工作为前来申请使用实验室或请教问题的学生开门，并告之其他专业教师的具体办公位置。另外，实验室针对学生课外创新活动需要，面向各专业学生开放了相关实验，同时根据专业教师的研究方向，学生已经允许根据自己的学习兴趣选择实验分室和相关实验，这些都给实验室的管理增加了难度，实验室管理人员经常要花大量的时间来处理协调。
此外，从技术手段上分析，现阶段高校实验室门禁系统的漏洞如下:
( 1) 可扩展性差。目前市面上的门禁系统不能根据高校后续的教学模式、实验需求增加相应的功能，或者修改相当的困难，同时也会增加一定的扩展费用。
( 2) 非实时性。传统的基于单片机控制系统的不足和基于PC 的控制系统非实时性的缺点，与上下机刷卡的高速度不匹配，使得数据读取缓冲不够，数据传输不到位。
鉴于以上情况，开发一种成本较低、可自行扩展维护，并符合各自高校教学、管理模式的实验室门禁管理系统是高校实验室信息化建设的必然要求，也是实现实验室有效开放的必要手段和方法。
2 实验室门禁管理系统的设计
2. 1 系统的总体设计
从功能角度出发，系统主要由信息管理和门禁考勤监控子系统2 部分构成，系统总体功能模块设计如图1 所示。信息管理功能主要包括系统信息操作，可以通过设置管理员权限，修改系统登录相关信息; IC 卡操作管理，主要是针对IC 卡开卡、销卡及卡信息的处理; 考勤任务的设置，结合学生实验安排，采用日程表和周选择的方式制定考勤计划，同时分析考勤数据; 实验室的管理，主要是对使用门禁系统的实验室进行新增、查询、删除等基本操作。门禁－ 考勤实时监控功能则包括开启监控，通过信息管理模块执行考勤计划，监控所有学生的考勤状况，查询学生进、出门刷卡时间，同时限制计划中未包含班级的学生在规定时间内进入实验室; 显示实验学生班级、学号、姓名等相关信息，针对具体事情的发生时间进行查询，落实责任。
从物理部署角度分析，系统由上位机、下位机2 部分组成，上位机运行运行在服务器及客户端上，是一个在Microsoft visual C + + 环境开发，基于MFC 的应用程序。程序实现了门禁信息的管理、实验教学模式设置、实验安排、考勤计划设计及监控过程中网络呼叫命令的接收、发送等功能。下位机的硬件平台为Arm 9( S3C2440) ［4］，软件平台为Linux 2. 6. 30，主要实现与刷卡机、呼叫器等设备与上下位机的交互。
2. 2 上位机的设计
上位机设计平台为Windows，使用VC + + 6. 0下的MFC 设计，采用C /S 结构( Client /Server 结构) 。以下以呼叫子系统为例，说明上位机软件系统设计过程。
呼叫子系统业务流程如图2所示。当用户通过下位机进行网络呼叫时，下位机会通过局域网发送呼叫命令数据包，客户端软件接收到数据包后对数据包进行解析，如果数据包所指定的信息与当前客户端标识吻合，当前客户端将弹出提示框，以此来提示有人呼叫，否则不处理。实验室管理人员或教师接收到提示后可以选择开门，当通过软件选择开门时，软件会向服务器发送请求开门命令，进而实现开门。
根据业务流程图，呼叫子系统实现过程包括:界面初始化、CSocket 初始化、创建子线程Listenthread、创建监听套接字CSocket、读取教师数据到下拉控件、最小化到托盘及等待用户交互等，主要采用MFC 下的套接字类Csocket 实现局域网的UDP 通信，如套接字通信，主要使用的MFC 类库中的CSocket 类实现; 用户界面的集成，采用visualC + + 提供的控件来实现; 网络数据的接收，使用多线程来实现。
2. 3 下位机的设计
下位机设计软件平台为Linux2. 6. 30，硬件评委为Arm9 ( S3C2440) ，采用层次化系统构架。以下以呼叫子系统为例，说明下位机软、硬件系统设计过程。呼叫子系统下位机系统结构如图3所示。
Arm9 微处理器是连接实验室控制中心、电磁锁的核心部件。根据需要该处理器接有LCD 液晶显示屏幕，提供友好的人机对话界面; 接有触摸屏，用于信息输入; 配有DM900 芯片，实现与控制中心PC 机通信的网络驱动。
( 1) LCD 控制器的设计。S3C2410 的LCD 控制器内部逻辑结构参见文献［5］，其功能是产生显示驱动信号，驱动LCD 显示器，只需要通过读写一系列的寄存器，完成配制和显示控制。REGBANK是LCD 控制器的寄存器组，用来对LCD 控制器的各项参数进行设置; LCDCDMA 则是LCD 控制器专用的DMA 信道，负责将视频资料从系统总线上取来，通过VIDPRCS 从VD［23: 0］发送给LCD 屏。同时TIMEGEN 和LPC3600 负责产生LCD 屏所需要的控制时序( 如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN) ，然后从VIDEO MUX 送给LCD 屏。此外，结合Linux 操作平台，依照液晶屏时序还需设置linux 系统的相关驱动文件参数如下: 设置头文件#include ＜ asm/arch /fb. h ＞ ; 添加初始化s3c2410 的LCD 控制器时所需的参数( 修改文件: linux /drivers/video /s3c2410fb. c) 。
( 2) 触摸屏控制器的设计。S3C2410 提供了nYMON、YMON、nXPON 和XMON 直接作为触摸屏的控制信号，它通过连接FDC6321 场效应管触摸屏驱动器控制触摸屏。输入信号在经过阻容式低通滤器滤除坐标信号噪声后被接入S3C2410 内集成的ADC( 模数转换器) 的模拟信号输入通道AIN5、AIN7。结合Linux 系统提供的input 子系统，在模块加载函数中首先告知input 子系统屏幕的触发件，然后设备驱动通过set_ bit( ) 告诉input 子系统它支持的具体事件，最后在触摸屏被触摸/抬起/移动、鼠标被移动/单击/抬起时通过input_ report_ xxx( ) 报告发生的事件及对应的键值/坐标等状态。
( 3) DM900 网络驱动的设计。数据包发送功能的实现主要是依靠DM9000 中的发送数据缓存区，驱动函数首先将要发送的数据包存入发送数据缓存区内，然后设置发送标志来进行数据发送。设置完传送标志之后，DM9000 会将存入发送数据缓冲区的数据发送出去。DM9000 对数据的发送是要求驱动程序将写入DM9000 芯片中的数据发送到数据缓冲区内，DM9000 在接收到处理器芯片发来的数据发送标志之后，就会将写入缓冲区的数据包处理成Ethernet 数据包的形式进行发送，在发送过程中还可以继续接收数据包的写入，所以在芯片中就分了两个逻辑上的发送数据包，分别有两组状态寄存器和控制寄存器来实现发送的控制及状态检查工作。
3 结束语
高校实验室信息化管理是实验室现代化管理的必然趋势，借助现代化的信息、嵌入式及网络技术，设计并实现符合高等院校教学、实验、管理的门禁管理系统，与市面上门禁管理系统和传统的机械门锁相比，该系统具有易实现、易扩展及管理简单等特点，能节约管理成本，提高管理效率。同时，还可以搭建以门禁系统的分析、设计及实现为基础的实验教学、实习平台，寓教学和管理为一体，实现真正意义上的教学管理信息化。
参考文献
［1］ 朱瑾，何鸣皋，唐猛. 高校“一卡通”与机房门禁管理问题分析与系统设计［J］. 云南大学学报: 自然科学版，
2009，31( S2) : 402 － 405.
［2］ 冯燕，冯广. 浅谈高校实验室资源管理系统建设［J］.中国现代教育装备. 2008，67( 9) : 102 － 103.
［3］ 刘春柱. 高校实验室安全现状与管理对策［J］. 实验室科学，2006( 4) : 95 － 96.
［4］ 胡伟. ARM 嵌入式系统基础与实践［M］. 北京: 北京航空航天大学出版社，2007. 1 － 2.
［5］ Siemens TC35i 规格说名书［Z］，英文版［EB］. 2003:
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