◆潘可賢

（廈門工學(xué)院 電子與電氣工程學(xué)院 福建 361024）

1 引言

近年來(lái)，隨著高校的辦學(xué)理念的不斷發(fā)展和改變，教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力提出了更高的要求，課外開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)課時(shí)、課程設(shè)計(jì)，以及學(xué)生的課外科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的增加，使得實(shí)驗(yàn)室的使用頻率大幅度提高。而實(shí)驗(yàn)室管理人員有限，實(shí)驗(yàn)室的人工預(yù)約使用常常出現(xiàn)使用時(shí)間沖突，使用設(shè)備資源沖突等問(wèn)題，且在學(xué)生在課外使用實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程中，設(shè)備使用安全問(wèn)題缺少合理監(jiān)管。針對(duì)此類問(wèn)題，建設(shè)信息化的實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理系統(tǒng)，可使學(xué)生或教師利用手機(jī)便捷的預(yù)定在某個(gè)時(shí)間使用某個(gè)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)管理人員根據(jù)申請(qǐng)準(zhǔn)備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并在其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可隨時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室情況。

由于近年來(lái)手機(jī)微信應(yīng)用的快速發(fā)展，微信小程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供了方便簡(jiǎn)單、高效的應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架和豐富的組件及API，其所提供的云數(shù)據(jù)庫(kù)為文檔型數(shù)據(jù)庫(kù)，穩(wěn)定可靠，支持在小程序端和云函數(shù)中調(diào)用。預(yù)約系統(tǒng)主要采用微信小程序的形式實(shí)現(xiàn)，一方面學(xué)生和普通老師無(wú)須安裝APP，直接微信關(guān)注即可，同時(shí)也解決開(kāi)發(fā)平臺(tái)問(wèn)題，無(wú)論蘋果手機(jī)或者安卓平臺(tái)手機(jī)皆可使用，提高開(kāi)發(fā)效率，節(jié)約成本。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理系統(tǒng)目的是為了無(wú)紙化校園辦公，節(jié)省人力物力和時(shí)間。系統(tǒng)使用者為高校學(xué)生，教師，實(shí)驗(yàn)室管人員。主要功能如下：實(shí)驗(yàn)室管理人員需將當(dāng)前學(xué)期的實(shí)驗(yàn)室上課使用情況上傳至實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理系統(tǒng)，記錄在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)可據(jù)此計(jì)算出實(shí)驗(yàn)室空余時(shí)段。學(xué)生或普通教師通過(guò)該系統(tǒng)可根據(jù)需要靈活選擇時(shí)間段使用某個(gè)實(shí)驗(yàn)室，并提出某個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器的使用。申請(qǐng)?zhí)峤缓?，?shí)驗(yàn)室管理教師可通過(guò)系統(tǒng)上接收到相應(yīng)申請(qǐng)，并對(duì)此進(jìn)行批準(zhǔn)或駁回，審批信息直接返回到申請(qǐng)者手機(jī)上，隨時(shí)可查看，并發(fā)回密碼和二維碼信息，用于實(shí)驗(yàn)室的門禁登錄。若申請(qǐng)獲批后，臨近申請(qǐng)的時(shí)間，系統(tǒng)提前發(fā)出通知，申請(qǐng)人按時(shí)到達(dá)實(shí)驗(yàn)室。申請(qǐng)人按時(shí)間到達(dá)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室后，通過(guò)輸入密碼或二維碼掃描等方式打開(kāi)實(shí)驗(yàn)室門禁，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)管理老師可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭監(jiān)控實(shí)驗(yàn)情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)人員再次掃碼登記離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室管理教師檢查實(shí)驗(yàn)儀器后，可終止該次申請(qǐng)，同時(shí)也可對(duì)該次申請(qǐng)人員進(jìn)行評(píng)價(jià)，作為下次申請(qǐng)的參考依據(jù)。為了保證實(shí)驗(yàn)室資源的有效使用，若申請(qǐng)人出現(xiàn)多次爽約的情況，則將此申請(qǐng)人列入黑名單，限制預(yù)約次數(shù)。

對(duì)于學(xué)生或普通老師而言，只需了解各實(shí)驗(yàn)室的空余時(shí)段，提交申請(qǐng)，以及獲得申請(qǐng)的結(jié)果即可，因此主要采用微信小程序?qū)崿F(xiàn)，其中功能包括用戶信息管理模塊以及預(yù)約功能模塊，用戶只需掃一掃或者搜索即可打開(kāi)應(yīng)用，無(wú)須安裝卸載，隨時(shí)可用。 而對(duì)于管理員而言，需要增加網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模塊以及每學(xué)期實(shí)驗(yàn)室課程數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，教師以及新生信息的導(dǎo)入，畢業(yè)生數(shù)據(jù)的刪除，以及預(yù)約數(shù)據(jù)的導(dǎo)出等操作。另外考慮到微信小程序目前對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像頭的支持較少，因此提供了Android 版本供管理員使用，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能，以及隨時(shí)預(yù)約審批。此外由于在手機(jī)上對(duì)文件操作的不便捷性，系統(tǒng)同時(shí)提供網(wǎng)頁(yè)版本，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出。數(shù)據(jù)庫(kù)采用微信小程序提供的云數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建

微信小程序開(kāi)發(fā)采用微信開(kāi)發(fā)者工具平臺(tái)，該平臺(tái)提供了豐富的API 和足夠多的框架和組件，同時(shí)還提供了詳細(xì)的開(kāi)發(fā)文檔和詳盡的設(shè)計(jì)規(guī)范。程序開(kāi)發(fā)時(shí)，使用WXML+WXSS+JavaScript，完成程序界面構(gòu)建，界面文字圖案樣式設(shè)計(jì)以及程序邏輯功能設(shè)計(jì)。

在新建項(xiàng)目時(shí)務(wù)必要勾選“開(kāi)啟云服務(wù)”，并設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境，根據(jù)使用量選用資源配額，然后在項(xiàng)目中獲得用戶的openid，即可利用云功能，此時(shí)無(wú)須搭建服務(wù)器，可直接在微信小程序前端操作數(shù)據(jù)庫(kù)，也能在云函數(shù)中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。

對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的管理，可在微信這一開(kāi)發(fā)工具的云開(kāi)發(fā)控制臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，在此可直接建立各數(shù)據(jù)庫(kù)集合，并直接導(dǎo)入初始信息，如學(xué)生信息，實(shí)驗(yàn)室信息等。在云開(kāi)發(fā)控制臺(tái)中也可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引信息和數(shù)據(jù)權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，以及對(duì)云函數(shù)的管理。

數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境搭建好后，可直接通過(guò)微信小程序中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪查改，也可通過(guò)HTTP API 協(xié)議在小程序外訪問(wèn)云開(kāi)發(fā)資源。

3.2 用戶界面

微信小程序主要向申請(qǐng)者提供申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室通道，主要是實(shí)現(xiàn)用戶登錄和注冊(cè)界面（學(xué)生和普通老師注冊(cè)和登錄為申請(qǐng)者，實(shí)驗(yàn)室管理人員作為管理者登錄）。申請(qǐng)者首次登錄需核對(duì)是否本校學(xué)生或老師，核對(duì)成功后進(jìn)入預(yù)約界面，選擇申請(qǐng)日期和實(shí)驗(yàn)室后，系統(tǒng)自動(dòng)列出可使用的時(shí)間段，申請(qǐng)者可根據(jù)需要選擇，同時(shí)備注實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容以及需準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)儀器等。用戶成功提交后可查看申請(qǐng)結(jié)果。如申請(qǐng)滿的實(shí)驗(yàn)室不得再接受申請(qǐng)，如有實(shí)驗(yàn)人員結(jié)束實(shí)驗(yàn)，完成該次申請(qǐng)后，該實(shí)驗(yàn)室可重新進(jìn)入備選狀態(tài)等。此外申請(qǐng)者可對(duì)自身信息進(jìn)行修改，如電話號(hào)碼等內(nèi)容進(jìn)行修改。

管理員接收到申請(qǐng)后，可查看申請(qǐng)，并對(duì)申請(qǐng)進(jìn)行批準(zhǔn)或拒絕，界面圖3所示。此外管理員具有信息的導(dǎo)入和導(dǎo)出功能，可完成學(xué)生基礎(chǔ)信息的導(dǎo)入和課程信息的導(dǎo)入，學(xué)生基礎(chǔ)信息主要用于識(shí)別注冊(cè)和申請(qǐng)人員是否為本校學(xué)生，如果不是本校學(xué)生則不允許申請(qǐng)使用實(shí)驗(yàn)室。課程信息則是用于記錄每學(xué)期實(shí)驗(yàn)室的課程安排情況，系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)入的課程信息計(jì)算空余時(shí)間段，申請(qǐng)人只允許預(yù)約課程外的空余時(shí)間段。信息導(dǎo)出功能則能夠完成對(duì)某時(shí)間段實(shí)驗(yàn)室使用情況的信息導(dǎo)出。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)，由于目前系統(tǒng)只在電子與電氣工程學(xué)院內(nèi)部使用，單個(gè)院部的師生人數(shù)大約為2000 人左右，實(shí)驗(yàn)室約為20 間左右，需要記錄的信息大約為實(shí)驗(yàn)室信息，學(xué)生學(xué)號(hào)，班級(jí)，手機(jī)號(hào)，預(yù)約信息等，存儲(chǔ)容量較少，每月的信息訪問(wèn)量也較少，因此直接使用系統(tǒng)均衡性的基礎(chǔ)版本配額即可。

系統(tǒng)涉及的主要的數(shù)據(jù)庫(kù)集合有用戶信息表，字段有姓名，學(xué)號(hào)，班級(jí)，手機(jī)號(hào)，微信號(hào)，密碼等；實(shí)驗(yàn)室信息表，字段有實(shí)驗(yàn)室名，ID 等；實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)表，字段有周數(shù)，星期，時(shí)間段，實(shí)驗(yàn)室ID，狀態(tài)等；預(yù)約信息表，字段有學(xué)號(hào)，實(shí)驗(yàn)室ID，周數(shù)，星期，時(shí)間段，批準(zhǔn)狀態(tài)，備注等。

3.4 監(jiān)控

由于實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng)是為了方便課余時(shí)間師生能夠充分使用實(shí)驗(yàn)室資源，因此，單獨(dú)申請(qǐng)?jiān)囉脤?shí)驗(yàn)室的時(shí)間多為課外空余時(shí)間，此時(shí)，老師是沒(méi)有時(shí)間實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行的，大部分的時(shí)間應(yīng)該是學(xué)生或老師獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該功能的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)室的門禁系統(tǒng)同一控制攝像頭實(shí)現(xiàn)，完成圖像的實(shí)時(shí)傳輸。

監(jiān)控系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)手機(jī)Android 應(yīng)用程序完成攝像頭的控制。實(shí)驗(yàn)室管理員在手機(jī)上安裝應(yīng)用程序后可隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。

3.5 門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如預(yù)約申請(qǐng)成功后，系統(tǒng)會(huì)返回申請(qǐng)成功的提示，并向申請(qǐng)者手機(jī)發(fā)回二維碼和密碼，申請(qǐng)者到達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，需二維碼掃描通過(guò)或者輸入密碼開(kāi)啟門禁。

當(dāng)申請(qǐng)者按時(shí)到達(dá)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，可通過(guò)二維碼掃碼或密碼輸入開(kāi)門信息。門禁系統(tǒng)安裝在實(shí)驗(yàn)室門口處，能夠無(wú)線連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，如從中查找到與申請(qǐng)者匹配的預(yù)約記錄，則實(shí)驗(yàn)室門禁打開(kāi)，同時(shí)通知實(shí)驗(yàn)室管理人員申請(qǐng)者已經(jīng)入相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員完成實(shí)驗(yàn)后，退出實(shí)驗(yàn)室也需掃碼登記，此時(shí)實(shí)驗(yàn)管理人員收到信息后檢查實(shí)驗(yàn)儀器情況，關(guān)閉該條申請(qǐng)信息，完成整個(gè)申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。門禁系統(tǒng)的系統(tǒng)使用密碼輸入和二維碼掃碼打開(kāi)門禁的方式。

實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)采用stm32 單片機(jī)作為主控系統(tǒng)，連接二維碼識(shí)別模塊、無(wú)線模塊、鍵盤模塊，LCD 顯示模塊，電磁鎖門禁控制模塊等。 單片機(jī)控制二維碼識(shí)別模塊得到開(kāi)門密碼，通過(guò)無(wú)線模塊連接到云數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢到申請(qǐng)者信息后，再將數(shù)據(jù)回傳到門禁系統(tǒng)顯示在LCD 上，同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄進(jìn)入時(shí)間，同時(shí)通過(guò)云函數(shù)向管理員賬號(hào)發(fā)出通知。

門禁系統(tǒng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)使用HTTP API 協(xié)議，在小程序外訪問(wèn)云開(kāi)發(fā)資源，實(shí)現(xiàn)與云開(kāi)發(fā)的互通。

數(shù)據(jù)庫(kù)查詢記錄的請(qǐng)求地址為：

新增記錄的請(qǐng)求地址為：

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)完成了根據(jù)用戶登錄身份的不同，展示不同的頁(yè)面，學(xué)生、普通老師用戶可以進(jìn)行預(yù)約申請(qǐng)，查看預(yù)約，取消預(yù)約和賬戶密碼的修改。管理員用戶可以對(duì)預(yù)約進(jìn)行審批，對(duì)所有預(yù)約數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，也可以導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，課程數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室允許預(yù)約數(shù)據(jù)等。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，能夠?qū)?shí)驗(yàn)室管理人員從煩瑣的實(shí)時(shí)實(shí)地預(yù)約工作中解放出來(lái)，更好地配合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的使用。系統(tǒng)還需要在與學(xué)生、實(shí)驗(yàn)室人員的相互配合使用中進(jìn)一步完善和改進(jìn)功能