王文明，蔣溢君

（浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，江蘇 杭州 310024）

基于校園網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控與考勤功能集成化技術(shù)的研究與實(shí)踐*

王文明1，蔣溢君2

（浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，江蘇 杭州 310024）

提出了一種將監(jiān)控系統(tǒng)與考勤系統(tǒng)集成在一個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)下的方案，一方面節(jié)約建設(shè)成本；另一方面實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，節(jié)約管理成本。同時(shí)實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)：如發(fā)現(xiàn)考勤數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)，可立即調(diào)用監(jiān)控系統(tǒng)核實(shí)問題的存在原因；如發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面出現(xiàn)可疑跡象時(shí)，可立即調(diào)用考勤系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)予以佐證。

校園局域網(wǎng);監(jiān)控系統(tǒng)；考勤系統(tǒng)；校園數(shù)字化技術(shù)

一、引言

由于學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室往往分布在不同的建筑物或不同的區(qū)域,采用傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控存在許多問題,如線路的布置,大量資金的投入等。[1]目前，基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控成為最為主流的選擇。

另外，傳統(tǒng)的機(jī)械式門鎖存在諸多不便和安全隱患，因此實(shí)驗(yàn)室門鎖授權(quán)范圍被縮小，一般僅限于管理人員和教師，而作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動主體的學(xué)生被排除在外。顯然，實(shí)驗(yàn)室開放需要有相應(yīng)的可操作的門禁考勤管理為技術(shù)保障。[2]當(dāng)然，節(jié)約頻繁的點(diǎn)名時(shí)間、有效地統(tǒng)計(jì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際工作量都是需要考勤系統(tǒng)才能得到實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室管理員是實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分，但很多實(shí)驗(yàn)室沒有專門的實(shí)驗(yàn)管理員，由實(shí)驗(yàn)教師同時(shí)兼任，從而形成了“教師什么時(shí)候安排實(shí)驗(yàn)，學(xué)生什么時(shí)候才去實(shí)驗(yàn)”的局面，致使實(shí)驗(yàn)室使用效率低下，與現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室是不相符合的。[3]

現(xiàn)階段，實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)和門禁考勤系統(tǒng)作為兩個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，如將兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集成，可以預(yù)見將會取得如下優(yōu)勢：

（1）因兩個(gè)系統(tǒng)一般均可通過網(wǎng)絡(luò)得以實(shí)現(xiàn)，集成以后必將節(jié)約建設(shè)成本。

（2）兩個(gè)系統(tǒng)可以進(jìn)行統(tǒng)一管理，節(jié)約管理成本。

（3）系統(tǒng)功能互補(bǔ)：如發(fā)現(xiàn)考勤數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)，可立即調(diào)用監(jiān)控系統(tǒng)核實(shí)問題的存在原因；如發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面出現(xiàn)可疑跡象時(shí)，可立即調(diào)用考勤系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)予以佐證。

二、系統(tǒng)組成

實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與考勤集成的基礎(chǔ)條件為攝像機(jī)和射頻讀卡器，最為便捷的方式是采用USB接口的攝像機(jī)和USB接口的讀卡器，將它們連接到實(shí)驗(yàn)室的一臺計(jì)算機(jī)上面，將各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的這臺計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接到中心服務(wù)器，通過軟件方式實(shí)現(xiàn)管理。問題是每個(gè)實(shí)驗(yàn)室必須有一臺計(jì)算機(jī)需要24小時(shí)工作，這必然帶來管理上的不便和支出的增加。其如圖1所示。

最為理想的方式是采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)讀卡器通過接口電路連接到交換機(jī)和服務(wù)器，這樣就無需每個(gè)實(shí)驗(yàn)室配備一臺專用的計(jì)算機(jī)用于監(jiān)控信號和考勤信號的傳輸，也能避免考勤監(jiān)控系統(tǒng)過多的占用交換機(jī)的問題。其如圖2所示。

三、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)讀卡器

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般采用CMOS傳感器（Sensor）作為圖像的采集設(shè)備，并使用ISP的SCO芯片，由于其制造具有明顯的成本優(yōu)勢，因而得到了廣泛的應(yīng)用。其成像效果主要取決于芯片廠商集成的ISP效果，如3A、寬動態(tài)等。各個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)生產(chǎn)廠商會根據(jù)自己的技術(shù)特點(diǎn)，采用特定的壓縮方式，如微軟公司的Windows Media流媒體技術(shù)、Real Network公司的流媒體技術(shù)和Apple公司的Quick Time流媒體技術(shù)等。最后生成符合TCP/IP協(xié)議規(guī)范的圖像信號傳送到服務(wù)器。

一般的射頻讀卡器是通過USB或RS232接口接入服務(wù)器實(shí)現(xiàn)讀卡服務(wù)，北京長遠(yuǎn)海度科技有限公司于2010年開發(fā)了一種基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)讀卡器，該讀卡器是感應(yīng)式讀卡，每次讀卡后，向網(wǎng)絡(luò)的特定IP地址發(fā)送本機(jī)的設(shè)備號、IP地址號和卡號，該信號可由PC機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收并處理 （如記錄刷卡事件、考勤管理、巡更管理使用），也可以將控制指令發(fā)送到其他的設(shè)備（如門禁控制器），來啟動特定功能的運(yùn)行（如開門）。此提供了局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)讀卡器。通過系統(tǒng)的設(shè)置，可輸出網(wǎng)絡(luò)讀卡器上傳的設(shè)備ID號、IP號、卡號、刷卡時(shí)間。

四、接口電路的設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需要一條網(wǎng)絡(luò)線路連接到交換機(jī)，考勤系統(tǒng)也需要一條網(wǎng)線連接到交換機(jī)，同時(shí)考慮到一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)需要安裝多個(gè)攝像機(jī)等情況，考慮設(shè)計(jì)一個(gè)接口電路，將兩路信號通過經(jīng)一條網(wǎng)絡(luò)線路通過交換機(jī)連接到服務(wù)器，并為攝像機(jī)等外圍設(shè)備提供電力驅(qū)動，以降低布線成本，如圖3所示。

圖3是基于TC3097-8的接口電路設(shè)計(jì)，TC3097系列芯片的集成度較高，采用硬件方式實(shí)現(xiàn)編譯碼功能，能夠?yàn)?路外設(shè)提供TCP/IP協(xié)議通道，外圍電路也非常簡單。接口電路同時(shí)考慮外設(shè)的供電問題，將直流電源連接到為外設(shè)供電的輸出接口，關(guān)于直流電源的功率問題筆者就不在這里贅述了。

五、管理平臺的研究

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)經(jīng)過注冊到校園網(wǎng)內(nèi)的管理服務(wù)器，用戶注冊一個(gè)主賬號后，可以管理所有帳號下的攝像機(jī)，做到只需要記住一組用戶名密碼，即可對所有攝像機(jī)進(jìn)行觀看、管理等操作，無須記住DNS、每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的IP地址等信息。管理平臺可設(shè)置攝像機(jī)分組信息，可以建立子賬號，同時(shí)可限制子賬號的觀看時(shí)間、觀看攝像機(jī)、觀看時(shí)長、能否觀看錄像等屬性，子賬號的攝像機(jī)可以被任意分配。

服務(wù)器端需要根據(jù)攝像機(jī)的數(shù)目建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，例如最多同時(shí)觀看20臺攝像機(jī)，每臺攝像機(jī)設(shè)置的圖像品質(zhì)為CIF/ 10FPS/200Kbps，那么服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)需要4M（20×200Kbps）下載帶寬，這在校園網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)并無困難。在服務(wù)器端需要設(shè)置錄像服務(wù)器進(jìn)行集中錄像，起到備份的作用，以免發(fā)生攝像機(jī)被盜或者人為刪除錄像造成的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)丟失。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的優(yōu)勢在于凡是有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以看到視頻，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)可以輕松地在互聯(lián)網(wǎng)上觀看視頻，回放錄像等。對于不方便安裝客戶端的電腦，可以直接登錄網(wǎng)站進(jìn)行觀看，同時(shí)也支持使用手機(jī)觀看視頻。

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)讀卡器能夠支持局域網(wǎng)和Internet廣域網(wǎng)通訊和管理，將每臺讀卡器的讀卡信息及時(shí)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器可以顯示對每一位進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生的具體時(shí)間，也可以統(tǒng)計(jì)某一個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)出的學(xué)生的數(shù)量和具體時(shí)間，并可以打印或者輸出到Excel報(bào)表中。同時(shí)，管理員可以一目了然看到哪些實(shí)驗(yàn)室是有人的，哪些實(shí)驗(yàn)室是無人的。教師進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，可以通過網(wǎng)絡(luò)查詢服務(wù)器，迅速統(tǒng)計(jì)到課的學(xué)生數(shù)量，或作為期末考評依據(jù)予以保存。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和TCP/IP讀卡器的生產(chǎn)商均會提供相應(yīng)的管理軟件，我們在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮管理軟件的兼容問題，比如有些網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)要求在Windows NT環(huán)境下使用，有的要求在Windows XP環(huán)境下運(yùn)行，這就要求我們在選擇網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和TCP/IP讀卡器的型號時(shí)，就要求兩種設(shè)備能夠在同一環(huán)境下工作。管理平臺也可以自行研發(fā)，由于.NET技術(shù)不僅為開發(fā)Web的B/S模式的分布式多層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序提供了高效的平臺.NET Framework，而且還為用戶提供了高效的開發(fā)工具VS. NET2008和UML建模工具Visio2005，SQL Server數(shù)據(jù)庫及操作系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)的支持下運(yùn)行應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信快，兼容性好，運(yùn)行效率高，并且縮短了開發(fā)周期[4]。系統(tǒng)也可以采用B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和極限編程 (XP)的軟件開發(fā)方法,采用安全性較好的Apache作為Web服務(wù)器,采用跨平臺性好的PHP作為程序開發(fā)語言,采用完全網(wǎng)絡(luò)化跨平臺關(guān)系型數(shù)據(jù)庫My SQL作為真正的多用戶、多線程SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，采用HT ML、JavaScript、DOM、CSS、DreamWeaver和Fireworks進(jìn)行頁面設(shè)計(jì)與控制。[5]

六、擴(kuò)展端口的研究

擴(kuò)展端口包括硬件和軟件兩部分，硬件端口提供不同類型的硬件接入，按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸；軟件部分是在管理平臺中增加相應(yīng)的管理端口。實(shí)驗(yàn)室根據(jù)學(xué)科的不同表現(xiàn)出危險(xiǎn)情況的多樣性，如化學(xué)實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)異常氣味是其發(fā)生危險(xiǎn)的固有特征；電子電工類實(shí)驗(yàn)室發(fā)生漏電現(xiàn)象是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的指標(biāo)；計(jì)算機(jī)機(jī)房的溫度突變將會造成大型的設(shè)備故障等等。為整個(gè)系統(tǒng)增加擴(kuò)展端口，將使本項(xiàng)目的通用性得到大幅的提高。

CAN是目前比較流行的一種現(xiàn)場總線，支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。[6]我們在接口電路里提供了基于TCP/IP協(xié)議的通訊端口和12V直流供電端口，開發(fā)關(guān)于電壓、室溫、氣敏、漏電等相關(guān)硬件和軟件后，就能通過本系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的管理和應(yīng)用。對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控管理是通過串口采集設(shè)備數(shù)據(jù)，由CAN網(wǎng)關(guān)進(jìn)行管理和控制；上機(jī)管理及收費(fèi)、電器控制等，是利用CAN開關(guān)量輸入輸出模塊進(jìn)行采集和控制；安全監(jiān)控涉及到門禁系統(tǒng)，由串行網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)；環(huán)境監(jiān)控需要CAN模擬量輸入模塊，采集實(shí)驗(yàn)室溫濕度參數(shù)?，F(xiàn)場信號有數(shù)據(jù)采集卡信號、各報(bào)警傳感器和執(zhí)行器的狀態(tài)等，將這些信號與CAN控制器相連，加上一個(gè)收發(fā)器即可構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn)。[7]

七、結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)室是學(xué)校辦學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件，是高等院校資產(chǎn)的重要組成部分，它在一定程度上反映了學(xué)校的教學(xué)能力、教學(xué)質(zhì)量、科研水平和科研開發(fā)能力的高低，并直接影響著高校的教學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)效益。[8]實(shí)現(xiàn)全方位的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控和管理系統(tǒng)，是實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)。☉

[1]林鵬.基于流媒體實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2007,26(2):21-23.

[2]李郁峰,高小明.基于網(wǎng)絡(luò)的低成本實(shí)驗(yàn)室門禁管理系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(6):169-171.

[3]劉玲,何瑾等.院級實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)建立的必要性探究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2010,5:136-138.

[4]甘小紅.高校開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國教育信息化，2010(5):47-49.

[5]王妍,孫德兵.高校智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010(6):106-108.

[6]劉忠,楊世興.基于CAN總線的智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003（4）：451-453.

[7]張令通,趙繼強(qiáng)等.基于CAN總線的高校實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[J].大理學(xué)院學(xué)報(bào),2009(8):19-21.

[8]劉世清.教學(xué)三維目標(biāo)的落實(shí)[J].教育研究,2007(10): 57-59.

（編輯：楊馥紅）

TP302

B

1673-8454(2012)11-0082-03

浙江省2011年度高校實(shí)驗(yàn)室工作研究項(xiàng)目(Z201118)。