郭奇志，陳 光，任卓君，羅金龍

(東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 201620)

0 引言

可隨身攜帶的智能手機(jī)與電腦比起來(lái)，顯然更勝一籌。電腦可以做的，在智能手機(jī)上基本都可以實(shí)現(xiàn)。2015 年2 月國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布了2014 年智能手機(jī)市場(chǎng)占有率分析，采用Android 和iOS 操作系統(tǒng)占全部智能手機(jī)的96.3%。其中Android 市場(chǎng)占有率高達(dá)81.5%，Android 智能手機(jī)在高校學(xué)生和老師中的占有率也相當(dāng)高［1］。

隨著高等教育對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的要求不斷提升，實(shí)驗(yàn)教學(xué)越來(lái)越受到重視，高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)一直對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提高獨(dú)立分析能力起到至關(guān)重要的作用，但是目前高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)大多是PC 上基于B/S 模式的管理系統(tǒng)，甚至是以教師和同學(xué)見(jiàn)面、紙質(zhì)登記的方式進(jìn)行，不能滿足便攜性的需求［2］。同一實(shí)驗(yàn)室或許承擔(dān)了幾門課程、幾個(gè)年級(jí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，如何合理地分配實(shí)驗(yàn)時(shí)間和設(shè)備，方便老師和學(xué)生的交流就顯得十分重要［3］，為了更好地利用實(shí)驗(yàn)室資源，提高管理效率，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)驗(yàn)預(yù)約、通知板、實(shí)驗(yàn)室實(shí)景、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書功能的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的組成

2 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

2.1 Android 客戶端功能

通過(guò)客戶端的登錄模塊可以注冊(cè)用戶、登入系統(tǒng)，保障系統(tǒng)安全［6］。教師和學(xué)生分別使用工號(hào)、學(xué)號(hào)注冊(cè)后進(jìn)行登錄，系統(tǒng)會(huì)對(duì)賬號(hào)密碼進(jìn)行驗(yàn)證，成功后進(jìn)入相應(yīng)的導(dǎo)航界面。本系統(tǒng)對(duì)教師和學(xué)生用戶的功能模塊進(jìn)行了人性化設(shè)計(jì)，除了實(shí)驗(yàn)預(yù)約和通知板2 個(gè)交互功能模塊，教師具有實(shí)驗(yàn)室實(shí)景模塊，學(xué)生具有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書模塊。其功能設(shè)計(jì)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能圖

2.1.1 教師用戶功能設(shè)計(jì)

教師通過(guò)通知發(fā)布功能發(fā)布教學(xué)安排或者課程臨時(shí)變動(dòng)，學(xué)生通過(guò)通知板進(jìn)行查看。實(shí)驗(yàn)室實(shí)景功能使教師在需要實(shí)驗(yàn)室助理管理員輔助同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)，或者當(dāng)實(shí)驗(yàn)室需要打掃衛(wèi)生、設(shè)備升級(jí)維護(hù)時(shí)，隨時(shí)通過(guò)手機(jī)客戶端鏈接實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控查看實(shí)驗(yàn)室的情況，并且可以截圖保存監(jiān)控畫面。

2.1.2 學(xué)生用戶功能設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書采用大綱式設(shè)計(jì)，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)標(biāo)題后會(huì)顯示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求、實(shí)驗(yàn)器材和步驟，方便學(xué)生預(yù)習(xí)以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)查看。實(shí)驗(yàn)預(yù)約功能是本系統(tǒng)最重要的功能模塊，點(diǎn)擊進(jìn)入后選項(xiàng)有:實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、日期、課節(jié)數(shù)、人數(shù)，都選擇后預(yù)約信息即可提交至服務(wù)器，同時(shí)顯示在屏幕下方。教師通過(guò)預(yù)約審核功能將審核信息存入MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，由服務(wù)器發(fā)送至客戶端，顯示在預(yù)約信息下方，預(yù)約功能流程如圖2 所示。

圖2 預(yù)約功能流程圖

2.2 服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.2.1 通信方式和Web 服務(wù)器

企業(yè)實(shí)施人力資源管理信息系統(tǒng)，對(duì)人力資源管理從業(yè)人員計(jì)算機(jī)應(yīng)用、軟件編程等方面技能水平提出了更高的要求，企業(yè)人力資源管理者不僅要具有人力資源方面的專業(yè)知識(shí)和技能，同時(shí)要具有一定的信息技術(shù)應(yīng)用能力。這樣才能在應(yīng)用人力資源管理信息系統(tǒng)的過(guò)程中，根據(jù)管理要求隨時(shí)更新相關(guān)內(nèi)容，使整個(gè)系統(tǒng)始終可以滿足公司管理的需要。

Android 提供了HttpURLconnection 和HttpClient這2 個(gè)接口訪問(wèn)網(wǎng)站程序，本系統(tǒng)采用HttpClient 接口開(kāi)發(fā)，通過(guò)GET 和POST 這2 種方式與服務(wù)器進(jìn)行交互，GET 操作用于向服務(wù)器讀取信息，POST 操作用來(lái)修改和查詢服務(wù)器內(nèi)容。客戶端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)發(fā)出HTTP 通信請(qǐng)求到指定的URL 服務(wù)器［7-8］。系統(tǒng)服務(wù)器采用Tomcat 6.0 版本，由Servlet 技術(shù)進(jìn)行響應(yīng)，Servlet 是Java 語(yǔ)言的一個(gè)類，Web 服務(wù)器通過(guò)Servlet來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用程序。其中包含字符信息收發(fā)邏輯、信息判斷邏輯、SQL 語(yǔ)句執(zhí)行邏輯。Tomcat 服務(wù)器通過(guò)JDBC 技術(shù)訪問(wèn)MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)。其系統(tǒng)框架圖如圖3所示。

圖3 服務(wù)器和通信方式

2.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本地小型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite 負(fù)責(zé)存儲(chǔ)賬戶信息表、預(yù)約信息、更新前的通知板信息，運(yùn)行效率高，通過(guò)SQLiteDatabase、SQLiteOpenHelper 這2 個(gè)類，完成創(chuàng)建、刪除、添加、修改、查詢的功能［9］。MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)用戶登錄驗(yàn)證、預(yù)約模塊和教師更新的通知板的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)，需要存儲(chǔ)4 張數(shù)據(jù)表:教師信息表、學(xué)生信息表、預(yù)約信息表、通知板信息表，主鍵分別為工號(hào)、學(xué)號(hào)，后2 個(gè)表為自增主鍵。

Web 服務(wù)器通過(guò)JDBC 與MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)交互，先使用Class.forName 方法加載驅(qū)動(dòng)程序，再創(chuàng)建Connection 和Statement 對(duì)象，利用對(duì)象的executeUpdate 方法或executeQuery 方法執(zhí)行SQL 語(yǔ)句，最后由ResultSet 對(duì)象獲取從數(shù)據(jù)庫(kù)返回的消息。圖4 為JDBC 技術(shù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)流程圖。

圖4 JDBC 技術(shù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)流程

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 Android 客戶端的實(shí)現(xiàn)

Android 客戶端用戶界面是用戶和軟件功能交互的橋梁。編程前需要在操作系統(tǒng)中安裝Java Development Kit (JDK)和Java 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Eclipse、Software Development Kit 和Android Development Tools(ADT)插件。通過(guò)AVD 管理在電腦上創(chuàng)建Android Virtual Device (AVD)即虛擬手機(jī)，進(jìn)行客戶端的編寫和調(diào)試。

客戶端界面包括:登錄界面、導(dǎo)航界面、各功能界面。系統(tǒng)使用Android 界面設(shè)計(jì)中的線性布局LinearLayout 和相對(duì)布局RelativeLayout 以及TextView、EditText、Button、ImageView 等基礎(chǔ)控件，Spinner、List-View 高級(jí)控件，使用Java 語(yǔ)言編寫代碼。界面之間使用Android 的Intent(意圖)機(jī)制進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。

3.2 各功能模塊的實(shí)現(xiàn)

3.2.1 登錄模塊

首先，采用RelativeLayout 相對(duì)布局，添加2 個(gè)用戶名、密碼輸入控件TextView，并設(shè)置大小和位置，添加登錄和注冊(cè)2 個(gè)Button 按鈕。接著在Java 文件中通過(guò)onClick()方法設(shè)置按鈕的監(jiān)聽(tīng)事件，將輸入的用戶名和密碼與后臺(tái)MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中的進(jìn)行匹配，若匹配成功則通過(guò)Intent(意圖)機(jī)制跳轉(zhuǎn)到相關(guān)導(dǎo)航界面，否則使用Toast 類的makeText()方法打印錯(cuò)誤信息。

3.2.2 預(yù)約功能模塊與通知板模塊

當(dāng)操作相關(guān)功能時(shí)，從客戶端發(fā)出HTTP 請(qǐng)求到服務(wù)器，服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，返回XML 文件數(shù)據(jù)流，客戶端收到后對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行解析以待顯示?？蛻舳伺c服務(wù)器的交互如下:

1)引用所需的類包，包括Http 協(xié)議類org.apache.http.* ;消息類org.apache.http.message.* ;手機(jī)端類org.apache.http.client.* 等。定義Web 服務(wù)器的URL public class UriAPI{public static final String TTPCustomer=" http://195.167.158.100:8028/GQZDemo/servlet/CustomerServlet";}，服務(wù)器中編寫了Servlet 數(shù)據(jù)處理邏輯，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行處理。

2)創(chuàng)建Android 客戶端界面，覆蓋Activity 類的方法onCreate()，創(chuàng)建事件監(jiān)聽(tīng)器OnClickListener 對(duì)象對(duì)單擊事件進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)。

3)使用HTTP 的GET 和POST 方式完成數(shù)據(jù)交互，此過(guò)程中包括了相關(guān)API 類的引用、數(shù)據(jù)編碼的實(shí)現(xiàn)、服務(wù)器HttpResponse 響應(yīng)數(shù)據(jù)。

從HttpResponse 對(duì)象中取出來(lái)的Web 服務(wù)器響應(yīng)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行解析，本系統(tǒng)選擇DOM 解析的方式［10］，有以下幾步:

1)獲得DOM 解析器，首先使用方法:Document-BuilderFactory newInstance()，得到解析器的工廠實(shí)例，再使用方法DocumentBuilder newDocumentBuilder()得到DOM 解析器。

2)獲得Document 類。使用方法Document parse(InputStream is)將輸入的XML 文件輸入流，解析得到DOM 文件樹(shù)，便于內(nèi)容的獲取。

3)獲得XML 根節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)屬性。使用方法分別為:Element getDocumentElement()、NodeList getChildNodes()、String getAttribute(String name)。

實(shí)驗(yàn)預(yù)約和通知板模塊在Android 模擬器中運(yùn)行結(jié)果如圖5 與圖6 所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)預(yù)約界面

圖6 通知板界面

3.2.3 實(shí)驗(yàn)室大綱模塊

結(jié)合Android 的線性布局、TextView、ListView 等控件采用折疊式目錄設(shè)計(jì)［11］，單擊每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目即可展開(kāi)，再次點(diǎn)擊即可折疊，相關(guān)顯示消失。其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本機(jī)SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.2.4 實(shí)驗(yàn)室實(shí)景模塊

連接監(jiān)控?cái)z像頭的電腦必須具有聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)如下:

1)首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Java interface:Camera-Source 來(lái)定義連接攝像頭的接口，用Http 方式連接遠(yuǎn)端Server 來(lái)獲取圖像數(shù)據(jù)的代碼，接著創(chuàng)建Java class:Camera 實(shí)現(xiàn)接口CameraSource，在其中創(chuàng)建回調(diào)函數(shù)onPreviewCallback()。

2)在服務(wù)器端編寫Socket 監(jiān)聽(tīng)程序，啟動(dòng)線程后隨時(shí)把JSON 數(shù)據(jù)和發(fā)送給客戶端。

3)客戶端將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行NV21 解碼。Android 界面設(shè)計(jì)需創(chuàng)建Activity 來(lái)配置連接攝像頭電腦的IP、端口、監(jiān)控截圖保存位置，進(jìn)行相應(yīng)的XML文件配置和邏輯代碼編寫后即可連接實(shí)驗(yàn)室攝像頭查看實(shí)景［12-13］。連接成功一次后，通過(guò)定義一個(gè)工具類DatabaseHelper 來(lái)封裝SQLite 操作，服務(wù)器信息會(huì)被保存在SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便下次使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)在Android 平臺(tái)上通過(guò)預(yù)約功能和通知板功能滿足實(shí)驗(yàn)管理需求，并且對(duì)教師用戶和學(xué)生用戶的功能模塊進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于各模塊的整合，客戶端和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交互時(shí)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。選取HttpClient 的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信比HttpURLConnection 方式更加適合本系統(tǒng)的操作指令與服務(wù)器的交互，將Tomcat 服務(wù)器和Servlet 技術(shù)結(jié)合滿足了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，用戶界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，通過(guò)功能測(cè)試，運(yùn)行穩(wěn)定，提高了教師管理實(shí)驗(yàn)的時(shí)效性、便攜性，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

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