CN109544761A - 一种开放实验室管理预约系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开放实验室管理预约系统及其工作方法，包括后台管理模块、门禁控制模块、台位动态二维码模块，门禁控制模块通过RS485转USB与服务器连接，通过485通信线获得服务器下发的相应实验室的门禁授权指令，控制电磁锁的开关；台位动态二维码模块用于生成存储有相应实验室仪器使用说明和注意事项信息的二维码。本发明通过服务器连接互联网，用户可通过电脑在线填写实验室使用申请表或通过微信号中实验室预约功能跳转到相应链接完成实验室预约，申请实验室使用授权。管理员通过管理员端审批授权下发学生相应实验室使用时间段授权，查看并导出实验室使用记录，真正实现无固定场所随时随地预约，无纸化办公，提高实验室资源使用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种开放实验室管理预约系统及其工作方法，属于计算机网络技术领域。
背景技术
随着国家对教育事业重视的程度越来越高，国家投入越来越多的科研经费用，以培养学生的科研、创新能力。而高校实验室作为教学实践和科学研究的重要场所，在培养学生动手实践、自主创新方面有着举足轻重的作用。现如今，传统高校实验室仍存在诸多问题：1)实验室利用率低。当今大多实验室管理依旧采用人工方式，除了日常实验课程以外，学生无法自主利用实验室资源进行实验，导致实验室利用率低，没有充分发挥实验室的作用；2)缺少实验室仪器使用说明。当今，各高校投入大量资金购买先进、价值昂贵的实验室器材，以帮助学生完成实验。但学生对实验器材不熟悉，往往只会使用基本功能，导致先进的仪器无法充分发挥作用，造成严重的资源浪费。3)实验室管理手段落后。当今，大多实验室仍采取手动填写实验室使用记录表的方式来管理实验室使用者，但纸质化操作存在不易管理、保存的问题，且随着年份增长，纸质数量的增多，会造成大量的表格丢失，不利于实验室的管理。基于上述原因，采用信息化手段管理和开放实验室，使实验室资源物尽其用，充分发挥实验室本身的价值，就显得格外重要。
中国专利文献CN205281302U公开了一种开放式实验室管理装置，其中包括与实验室对应设置的智能中控装置和与智能中控装置网络数据交互的远程管控中心；智能中控装置包括至少包括身份识别单元的数据采集模块、控制模块和执行模块。通过采用实验室对应设置的智能中控装置和与智能中控装置网络数据交互的远程管控中心实现对实验室以及实验者进入实验室的整个实验过程进行管控，并可利用实验课程外的其它时间通过预约进行实验，从源头上开放实验室使用权限，从而使高校实验室资源得到有效的共享和充分的利用。但是，该专利存在以下缺陷或不足：该专利只关注了如何控制管理、开放实验室，忽略了学生在使用前应通过便利的方式实现实验室实时预约；忽略了学生(尤其是初次进行自主实验的学生)在没有专业教师指导下对于实验室器材使用不熟悉的问题，无法高效利用实验仪器，且在无人监督下首次使用实验仪器存在严重的安全隐患，无法从根本上保证实验室资源高效、充分的使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种开放实验室管理预约系统及其工作方法，从而实现高校实验室信息化科学管理，真正的开放实验室，提高实验室资源的利用率，为老师和学生科研提供便利。
本发明采用S2SH框架以及Html5的相关技术，结合如今流行的微信预约和动态二维码相关技术，实现无人看管，开放实验室自主预约使用的方案。
本发明的技术方案为：
一种开放实验室管理预约系统，包括后台管理模块、门禁控制模块、台位动态二维码模块，所述后台管理模块分别连接所述门禁控制模块、所述台位动态二维码模块；
所述后台管理模块用于存储管理用户信息、管理员信息、门禁控制模块信息；还用于存储管理用户申请信息、管理员审批情况，下发到门禁控制模块的授权信息，门禁刷卡记录；
所述门禁控制模块通过RS485转USB与服务器连接，通过485通信线获得服务器下发的相应实验室的门禁授权指令，控制电磁锁的开关；
所述台位动态二维码模块用于生成存储有实验室仪器使用说明和注意事项信息的二维码。粘贴于相应仪器旁边，方便使用者自主阅读。
根据本发明优选的，所述门禁控制模块包括主控板、电磁锁、电源板、读卡器、RS485通信线；所述主控板与所述电源板交互连接，所述主控板与所述读卡器交互连接，所述主控板、所述电源板均连接所述电磁锁，所述电源板还连接所述读卡器；
当已授权用户在所述读卡器上刷校园卡时，所述读卡器将校园卡的物理卡号发送给主控板，与主控板中已经接收到的上位机下发的授权卡号进行对照，若一致，则主控板向电磁锁发送开门指令；否则，则该校园卡没有相应权限，电磁锁仍旧保持闭合状态。
进一步优选的，所述主控板是型号为AT89C5160S2的单片机。主控板采用高性能、低功耗的AT89C5160S2单片机，该单片机是一种带4K字节闪烁的可编程可擦除只读存储器，具有可靠性高、速度快、实时性好的特点，可以和8051指令、管脚完全兼容，性价比极高。
根据本发明优选的，所述后台管理模块运行于服务器之上，所述后台管理模块包括基础模块和门禁管理模块，所述基础模块包括角色模块、人员管理模块，所述门禁管理模块包括实验室管理模块、申请表管理模块、授权管理模块以及刷卡记录模块，每一个模块对应数据库中一张数据表，通过与数据表交互存入和读取数据；角色模块、人员管理模块、实验室管理模块、申请表管理模块、授权管理模块以及刷卡记录模块分别对应角色表、人员信息表、实验室信息表、申请表管理表、门禁授权表及门禁刷卡记录表；
所述角色表用以存储系统管理员信息，包括登陆账号、密码；
所述人员信息表用于存储使用系统的用户信息，包括物理卡号(唯一识别)、学号、姓名；
所述实验室信息表用于存储主控板编号及读卡器编号与实验室门号的对应关系；
所述申请表管理表用于存储用户申请信息，包括姓名、学号、开始结束时间、审核状态；
所述门禁授权表用于存储将要下发到门禁控制模块的授权信息，包括姓名、学号、授权开始结束时间、物理卡号、实验室门号；
所述门禁刷卡记录表用于存储由门禁控制模块上传的门禁刷卡记录，包括物理卡号、姓名、学号、实验室门号、刷卡时间、是否刷卡成功信息。
数据表设计严格遵守数据库五大范式，用以规范数据库操作，可有效地减少数据库中数据冗余，增加数据的一致性。在平台使用前，先将各个硬件门禁控制模块主控板的编号、读卡器编号与实验室门号对应关系存储到服务器数据库的实验室信息表中。即可通过此对应关系将相应人员权限与实验室门号对应，再通过数据表中实验室门号与主控板编号对应关系下发到相应门的硬件主控板中。使用者可通过终端访问服务器，完成实验室预约申请、查看申请情况；管理员端可通过终端访问服务器完成用户管理(新增、删除、查看用户)、审批申请表、下发授权、查找导出实验室刷卡记录。管理员下发授权后，当用户刷取校园卡时，读卡器把读取到的信息发给主控板进行确认，若符合授权条件，则主控板发送命令允许电磁锁开门；否则电磁锁保持关闭状态，并读卡器发出警报。与此同时，主控板接受服务器发送的上传刷卡记录请求命令，把刷卡记录发送给服务器。
根据本发明优选的，所述台位动态二维码模块为动态二维码生成器；
动态二维码生成器连接数据库，数据库中存储有要展现给使用者的仪器使用说明和注意事项信息，动态二维码生成器生成二维码后，粘贴在相应位置，通过更改对应数据库中仪器使用说明和注意事项信息更改显示内容，不需要重新生成二维码，使用者通过各类移动终端扫描二维码，即获得相应实验室仪器使用说明和注意事项信息。
上述开放实验室管理预约系统的工作方法，包括步骤如下：
(1)管理员初始化实验室信息
使用前根据门禁控制模块主控板编号，将主控板编号、读卡器编号与实验室门号的对应关系存储到实验室信息表中；将物理卡号与学号、姓名的对应关系存储到人员信息表中；
若为新用户，通过管理员端新增用户，将新用户信息添加到人员信息表中，否则，通过学号登陆开放实验室管理预约系统，进入步骤(2)；
(2)用户预约申请
用户通过PC或微信公众号访问开放实验室管理预约系统进行预约，填写要使用实验室的时间段，包括开始时间和结束时间，查看该时间段内允许使用的实验室,预约可用实验室，提交申请表到数据库，等待审批；
(3)管理员审核
管理员通过PC或微信公众号访问开放实验室管理预约系统，查看用户预约申请，进行审批，若管理员同意该用户申请时间内使用所申请实验室，则审批通过进入步骤(4)，否则，结束；
(4)下发授权到门禁硬件
授权写入门禁授权表，服务器持续遍历门禁授权表，当发现有新增或者更新授权信息时，通过USB转485下发门禁授权表中授权信息到相应实验室主控板，授权信息包括姓名、物理卡号、授权开始结束时间、学号，完成授权下发；
(5)硬件控制门禁开启
用户在读卡器上刷校园卡时，读卡器先将校园卡的物理卡号发送给主控板，与主控板中已经接收到的上位机下发的授权卡号进行对照，若一致，再对照授权开始结束时间，若刷卡时间在授权开始结束时间段内，则主控板向电磁锁发送开门指令；若主控板中不包含读卡器读出来的物理卡号或包含该物理卡号但刷卡时间不在授权开始结束时间段内，则该校园卡没有相应权限，电磁锁仍旧保持闭合状态无法通过；门控器记录每次刷卡结果，通过485转USB上传到服务器中门禁刷卡记录表中。方便管理者查看门禁刷卡情况并导出到本地。
进一步优选的，用户通过手机、ipad等移动终端扫秒二维码，获取实验仪器使用说明和注意事项。帮助更好的使用仪器完成实验。
本发明的有益效果为：
1.本发明中，通过服务器连接互联网，用户可通过电脑在线填写实验室使用申请表或通过微信号中实验室预约功能跳转到相应链接完成实验室预约，申请实验室使用授权。管理员可通过管理员端审批授权下发学生相应实验室使用时间段授权，查看并导出实验室使用记录，真正实现无固定场所随时随地预约，无纸化办公，提高实验室资源使用率。
2.本发明中，结合当今流行的微信公众号，用户通过关注微信公众号，随时随地进行实验室预约；管理员通过微信公众号推送实验室相关的信息和动态。
3.本发明中，结合动态二维码技术，在开放实验室每个仪器边贴放动态二维码。学生可以通过各类电子设备扫一扫查看仪器使用说明和注意事项；管理员可根据需要替换二维码中内容。不仅节省空间避免大量纸质浪费，还方便学生更快的熟悉仪器，更好的自主使用仪器完成科研任务。
附图说明
图1为门禁管理模块结构示意图。
图2为后台管理模块结构示意图。
图3为本发明开放实验室管理预约系统的工作方法的流程示意图。
图4为二维码使用流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种开放实验室管理预约系统，包括后台管理模块、门禁控制模块、台位动态二维码模块，所述后台管理模块分别连接所述门禁控制模块、所述台位动态二维码模块；
后台管理模块用于存储管理用户信息、管理员信息、门禁控制模块信息；还用于存储管理用户申请信息、管理员审批情况，下发到门禁控制模块的授权信息，门禁刷卡记录；
门禁控制模块通过RS485转USB与服务器连接，通过485通信线获得服务器下发的相应实验室的门禁授权指令，控制电磁锁的开关；
台位动态二维码模块用于生成存储有实验室仪器使用说明和注意事项信息的二维码。粘贴于相应仪器旁边，方便使用者自主阅读。
实施例2
根据实施例1所述的一种开放实验室管理预约系统，其区别在于，
如图1所示，门禁控制模块包括主控板、电磁锁、电源板、读卡器、RS485通信线；主控板与电源板交互连接，主控板与读卡器交互连接，主控板、电源板均连接电磁锁，电源板还连接读卡器；
当已授权用户在读卡器上刷校园卡时，读卡器将校园卡的物理卡号发送给主控板，与主控板中已经接收到的上位机下发的授权卡号进行对照，若一致，则主控板向电磁锁发送开门指令；否则，则该校园卡没有相应权限，电磁锁仍旧保持闭合状态。
主控板是型号为AT89C5160S2的单片机。主控板采用高性能、低功耗的AT89C5160S2单片机，该单片机是一种带4K字节闪烁的可编程可擦除只读存储器，具有可靠性高、速度快、实时性好的特点，可以和8051指令、管脚完全兼容，性价比极高。
如图2所示，后台管理模块运行于服务器之上，后台管理模块包括基础模块和门禁管理模块，基础模块包括角色模块、人员管理模块，门禁管理模块包括实验室管理模块、申请表管理模块、授权管理模块以及刷卡记录模块，每一个模块对应数据库中一张数据表，通过与数据表交互存入和读取数据；角色模块、人员管理模块、实验室管理模块、申请表管理模块、授权管理模块以及刷卡记录模块分别对应角色表、人员信息表、实验室信息表、申请表管理表、门禁授权表及门禁刷卡记录表；
角色表用以存储系统管理员信息，包括登陆账号、密码；人员信息表用于存储使用系统的用户信息，包括物理卡号(唯一识别)、学号、姓名；实验室信息表用于存储主控板编号及读卡器编号与实验室门号的对应关系；申请表管理表用于存储用户申请信息，包括姓名、学号、开始结束时间、审核状态；门禁授权表用于存储将要下发到门禁控制模块的授权信息，包括姓名、学号、授权开始结束时间、物理卡号、实验室门号；门禁刷卡记录表用于存储由门禁控制模块上传的门禁刷卡记录，包括物理卡号、姓名、学号、实验室门号、刷卡时间、是否刷卡成功信息。
数据表设计严格遵守数据库五大范式，用以规范数据库操作，可有效地减少数据库中数据冗余，增加数据的一致性。在平台使用前，先将各个硬件门禁控制模块主控板的编号、读卡器编号与实验室门号对应关系存储到服务器数据库的实验室信息表中。即可通过此对应关系将相应人员权限与实验室门号对应，再通过数据表中实验室门号与主控板编号对应关系下发到相应门的硬件主控板中。使用者可通过终端访问服务器，完成实验室预约申请、查看申请情况；管理员端可通过终端访问服务器完成用户管理(新增、删除、查看用户)、审批申请表、下发授权、查找导出实验室刷卡记录。管理员下发授权后，当用户刷取校园卡时，读卡器把读取到的信息发给主控板进行确认，若符合授权条件，则主控板发送命令允许电磁锁开门；否则电磁锁保持关闭状态，并读卡器发出警报。与此同时，主控板接受服务器发送的上传刷卡记录请求命令，把刷卡记录发送给服务器。
台位动态二维码模块为动态二维码生成器；动态二维码生成器连接数据库，数据库中存储有要展现给使用者的仪器使用说明和注意事项信息，动态二维码生成器生成二维码后，粘贴在相应位置，通过更改对应数据库中仪器使用说明和注意事项信息更改显示内容，不需要重新生成二维码，使用者通过各类移动终端扫描二维码，即获得相应实验室仪器使用说明和注意事项信息。
本发明采用S2SH框架以及Html5的相关技术，结合如今流行的微信预约和动态二维码相关技术，实现无人看管，开放实验室自主预约使用的方案。
本发明采用Java2Platform Enterprise Edition(J2EE)相关技术，结合当前比较流行的Web应用开发框架Struts2、Spring和Hibernate(S2SH)，配合性能优良的MySQL数据库及Html5相关技术进行开发，发布环境为Tomcat7。硬件部分主要是与server端进行通信的门禁控制模块，包括电源控制、主控板、读卡器、电磁锁、RS485等。与此同时，为方便学生使用，本发明还结合了当前流行的微信公众号以及动态二维码相关技术，实现随时随地动态预约的功能。
实施例3
实施例2所述开放实验室管理预约系统的工作方法，如图3所示，包括步骤如下：
(1)管理员初始化实验室信息
使用前根据门禁控制模块主控板编号，将主控板编号、读卡器编号与实验室门号的对应关系存储到实验室信息表中；将物理卡号与学号、姓名的对应关系存储到人员信息表中；
若为新用户，通过管理员端新增用户，将新用户信息添加到人员信息表中，否则，通过学号登陆开放实验室管理预约系统，进入步骤(2)；
(2)用户预约申请
用户通过PC或微信公众号访问开放实验室管理预约系统进行预约，填写要使用实验室的时间段，包括开始时间和结束时间，查看该时间段内允许使用的实验室,预约可用实验室，提交申请表到数据库，等待审批；
(3)管理员审核
管理员通过PC或微信公众号访问开放实验室管理预约系统，查看用户预约申请，进行审批，若管理员同意该用户申请时间内使用所申请实验室，则审批通过进入步骤(4)，否则，结束；
(4)下发授权到门禁硬件
授权写入门禁授权表，服务器持续遍历门禁授权表，当发现有新增或者更新授权信息时，通过USB转485下发门禁授权表中授权信息到相应实验室主控板，授权信息包括姓名、物理卡号、授权开始结束时间、学号，完成授权下发；
(5)硬件控制门禁开启
用户在读卡器上刷校园卡时，读卡器先将校园卡的物理卡号发送给主控板，与主控板中已经接收到的上位机下发的授权卡号进行对照，若一致，再对照授权开始结束时间，若刷卡时间在授权开始结束时间段内，则主控板向电磁锁发送开门指令；若主控板中不包含读卡器读出来的物理卡号或包含该物理卡号但刷卡时间不在授权开始结束时间段内，则该校园卡没有相应权限，电磁锁仍旧保持闭合状态无法通过；门控器记录每次刷卡结果，通过485转USB上传到服务器中门禁刷卡记录表中。方便管理者查看门禁刷卡情况并导出到本地。
如图4所示，用户通过手机、ipad等移动终端扫秒二维码，获取实验仪器使用说明和注意事项。帮助更好的使用仪器完成实验。
微信公众号与网站链接，用户通过关注微信公众号也可登录网站完成上述功能，实现随时随地进行实验室预约；管理员也可通过微信公众号推送实验室相关的信息。
Claims (7)
1.一种开放实验室管理预约系统，其特征在于，包括后台管理模块、门禁控制模块、台位动态二维码模块，所述后台管理模块分别连接所述门禁控制模块、所述台位动态二维码模块；
所述后台管理模块用于存储管理用户信息、管理员信息、门禁控制模块信息；还用于存储管理用户申请信息、管理员审批情况，下发到门禁控制模块的授权信息，门禁刷卡记录；
所述门禁控制模块通过RS485转USB与服务器连接，通过485通信线获得服务器下发的相应实验室的门禁授权指令，控制电磁锁的开关；
所述台位动态二维码模块用于生成存储有实验室仪器使用说明和注意事项信息的二维码。
2.根据权利要求1所述的一种开放实验室管理预约系统，其特征在于，所述门禁控制模块包括主控板、电磁锁、电源板、读卡器、RS485通信线；所述主控板与所述电源板交互连接，所述主控板与所述读卡器交互连接，所述主控板、所述电源板均连接所述电磁锁，所述电源板还连接所述读卡器；
当已授权用户在所述读卡器上刷校园卡时，所述读卡器将校园卡的物理卡号发送给主控板，与主控板中已经接收到的上位机下发的授权卡号进行对照，若一致，则主控板向电磁锁发送开门指令；否则，则该校园卡没有相应权限，电磁锁仍旧保持闭合状态。
3.根据权利要求2所述的一种开放实验室管理预约系统，其特征在于，所述主控板是型号为AT89C5160S2的单片机。
4.根据权利要求2所述的一种开放实验室管理预约系统，其特征在于，所述后台管理模块包括基础模块和门禁管理模块，所述基础模块包括角色模块、人员管理模块，所述门禁管理模块包括实验室管理模块、申请表管理模块、授权管理模块以及刷卡记录模块，每一个模块对应数据库中一张数据表，通过与数据表交互存入和读取数据；角色模块、人员管理模块、实验室管理模块、申请表管理模块、授权管理模块以及刷卡记录模块分别对应角色表、人员信息表、实验室信息表、申请表管理表、门禁授权表及门禁刷卡记录表；
所述角色表用以存储系统管理员信息，包括登陆账号、密码；
所述人员信息表用于存储使用系统的用户信息，包括物理卡号、学号、姓名；
所述实验室信息表用于存储主控板编号及读卡器编号与实验室门号的对应关系；
所述申请表管理表用于存储用户申请信息，包括姓名、学号、开始结束时间、审核状态；
所述门禁授权表用于存储将要下发到门禁控制模块的授权信息，包括姓名、学号、授权开始结束时间、物理卡号、实验室门号；
所述门禁刷卡记录表用于存储由门禁控制模块上传的门禁刷卡记录，包括物理卡号、姓名、学号、实验室门号、刷卡时间、是否刷卡成功信息。
5.根据权利要求1所述的一种开放实验室管理预约系统，其特征在于，所述台位动态二维码模块为动态二维码生成器；
动态二维码生成器连接数据库，数据库中存储有要展现给使用者的仪器使用说明和注意事项信息，动态二维码生成器生成二维码后，粘贴在相应位置，通过更改对应数据库中仪器使用说明和注意事项信息更改显示内容，使用者通过各类移动终端扫描二维码，即获得相应实验室仪器使用说明和注意事项信息。
6.权利要求4所述开放实验室管理预约系统的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)管理员初始化实验室信息
将主控板编号、读卡器编号与实验室门号的对应关系存储到实验室信息表中；将物理卡号与学号、姓名的对应关系存储到人员信息表中；
若为新用户，通过管理员端新增用户，将新用户信息添加到人员信息表中，否则，通过学号登陆开放实验室管理预约系统，进入步骤(2)；
(2)用户预约申请
用户访问开放实验室管理预约系统进行预约，填写要使用实验室的时间段，包括开始时间和结束时间，查看该时间段内允许使用的实验室,预约可用实验室，提交申请表到数据库，等待审批；
(3)管理员审核
管理员访问开放实验室管理预约系统，查看用户预约申请，进行审批，若管理员同意该用户申请时间内使用所申请实验室，则审批通过进入步骤(4)，否则，结束；
(4)下发授权到门禁硬件
授权写入门禁授权表，服务器持续遍历门禁授权表，当发现有新增或者更新授权信息时，通过USB转485下发门禁授权表中授权信息到相应实验室主控板，授权信息包括姓名、物理卡号、授权开始结束时间、学号，完成授权下发；
(5)硬件控制门禁开启
用户在读卡器上刷校园卡时，读卡器先将校园卡的物理卡号发送给主控板，与主控板中已经接收到的上位机下发的授权卡号进行对照，若一致，再对照授权开始结束时间，若刷卡时间在授权开始结束时间段内，则主控板向电磁锁发送开门指令；若主控板中不包含读卡器读出来的物理卡号或包含该物理卡号但刷卡时间不在授权开始结束时间段内，则该校园卡没有相应权限，电磁锁仍旧保持闭合状态无法通过；门控器记录每次刷卡结果，通过485转USB上传到服务器中门禁刷卡记录表中。
7.根据权利要求6所述的开放实验室管理预约系统的工作方法，其特征在于，用户通过移动终端扫秒二维码，获取实验仪器使用说明和注意事项信息。
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