（计算机应用技术专业论文）开放实验室管理系统设计与实现.pdf

摘要 随着高校招生人数的扩大，出现了。实验课人多器材少，实验时间有限、效 果不好；实验室平时少开放、资源浪费，而学生有疑问和兴趣又没地方实践 的 不合理现象。目前国内一些高校针对计算机实验室使用的开放实验室管理系统， 并未真正合理有效地利用网络资源。本文通过研究系统的总体需求，按照功能将 系统大致分成五个子系统模块。通过分析系统各功能模块的主要功能需求，并结 合使用j 2 e e 技术实现技术和需求的融合，探索出一种以互联网为基础的开放式 实验室管理模式，以提高实验室的资源利用率和管理效率。 根据分析，开放实验室管理系统主要包括五大子系统：门禁子系统、选题排 队子系统、实验台控制子系统、录象监视子系统和预约管理子系统。本文首先简 要介绍了各个子系统模块之间的关系和在本系统中起到的控制作用，接着从设计 开发的角度出发，介绍了系统的需求和功能，其中预约管理子系统功能的设计与 实现作为本次设计开发的重点。文中结合部分软件设计代码，具体说明了某些业 务流程的实现，对预约管理子系统中的逻辑数据结构和业务流程，以图表等形式 进行分析，给出了数据库的设计。通过对该子系统实现技术和实现过程的具体分 析，详细介绍了采用b s 架构、e c l i p 、m y e c l i p s e 、t o m c a t 、d r e a m w e a v e r 和 m y s q l 等设计开发的思路，阐述了基于w e b 的网络应用程序的设计理念和开发 过程。 开放实验室管理系统预约子系统的实现，极大地方便了学生通过互连网查看 实验室的相关信息，并进行个人预约管理；实验员可以批准预约，修改实验室的 相关信息，也可以进行学生及实验员的维护等操作。开放实验室管理系统的设计 与实现，能有效利用和挖掘实验室的现有资源条件，真正实现实验室的网络化管 理。所实现的系统具有很强的实用性。 关键词：开放式实验室管理预约管理系统b se c l i p s et o m c a t a b s t r a c t w i t ht h ee x p a n s i o no ft h en u m b e ro fc o l l e g es t u d e n t s ，s u c hu n r e a s o n a b l e p h e n o m e n o n sh a v ea p p e a r e dt h a t m o r es t u d e n t sa n df e w e rd e v i c e so ne x p e r i m e n t c l a s s ，l i m i t e de x p e r i m e n t a lt i m e ，b a de x p e r i m e n t a le f f e c t , a n dl a b o r a t o r i e sd o n to p e n i nu s u a lw h i c hc a u s e st h ew a s t eo fr e s o u r s e s ，t h es t u d e n t sw h oa r ei n t e r e s t e di na n d d o u b ta b o u tt h ee x p e r i m e n te a r l tp r a c t i c ei nt h er e a l i t y t h eo p e n - l a b o r a t o r y m a n a g e m e n ts y s t e mu s e di nt h ed o m e s t i cu n i v e r s i t i e sc u r r e n t l yi sn o tr a t i o n a li n e f f e c t i v eu s eo fn e t w o r kr e s o u r c e s a c c o r d i n gt ot h eo v e r a l ld e m a n do ft h es y s t e m , t h e s y s t e mi sd i v i d e di n t of i v es u b s y s t e mm o d u l e sb a s e do nt h ef u n c t i o n s b ya n a l y z i n g t h ef u n c t i o n a ld e m a n do fe a c hm o d u l e ，a n dc o m b i n e dw i t hi m p l e m e n t i n gt h e i n t e g r a t i o no ft e c h n o l o g ya n dd e m a n db yu s eo fj 2 e e ，aw e b - b a s e do p e n - l a b o r a t o r y m a n a g e m e n tm o d ei sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e dt oi m p r o v et h eu t i l i z a t i o nr a t eo f r e s o u r c e sa n dl a b o r a t o r ym a n a g e m e n te f f i c i e n c y a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i s ，t h el a b o r a t o r ym a n a g e m e n ts y s t e ms h o u l dm a i n l y c o m p r i s ef i v es u b s y s t e m s ：a c c e s sc o n t r o ls u b s y s t e m , c o u r s eq u e u i n gs u b s y s t e m , e x p e r i m e n t - t a b l ec o n t r o ls u b s y s t e m , v i d e om o n i t o r i n gs u b s y s t e ma n dr e s e r v a t i o n m a n a g e m e n ts u b s y s t e m a tf i r s t ，t h i st h e s i si n t r o d u c e st h er e l a t i o n s h i pa n dt h er o l eo f e a c hs u b s y s t e m , s e c o n d l y , f r o mt h ep o 缸o fd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n ，t h i st h e s i s i n t r o d u c e st h ed e m a n da n df u n c t i o no fe a c hm o d u l e ，w h e r e i nt h ei m p l e m e n t a t i o no f r e s e r v a t i o nm a n a g e m e n t s u b - s y s t e m a st h ef o c u s t h i st h e s i s p r o v i d e s t h e i m p l e m e n t a t i o no fs o m es p e c i f i cb u s i n e s si nc o m b i n ew i t hs o u r c ec o d e ，a n da n a l y z e d l o g i c a ld a t as t r u c t u r ea n db u s i n e s sf l o wi nt h ef o r mo ff i g u r e sa n dt a b l e s ，a n di ta l s o p r o v i d e st h ed e s i g no fd a t a b a s e b a s e do nt h ed e t a i la n a l y s i so ft h et e c h n o l o g yi nt h e p r o c e s so fs u b s y s t e m sd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n , t h i st h e s i sa l s oi n t r o d u c e st h ei d e a o fd e s i g na n dd e v e l o p m e n tb a s e do nb sa r c h i t e c t u r e ，e c l i p s e ，m y e c l i p s e ，t o m c a t , d r e a m w e a v e r , a n di ta l s op r o v i d e sd e s i g ni d e a sa n dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to f w e b - b a s e dn e t w o r ka p p l i c a t i o n s t h er e s e r v a t i o ns u b - s y s t e mo fo p e n - l a b o r a t o r ym a n a g e m e n ts y s t e mm a k e si t e a s yf o rs t u d e n t st oq u e r yl a b o r a t o r yi n f o r m a t i o na n dm a n g ep e r s o n a lr e s e r v a t i o nb y i n t e r a c t ；l a b o r a t o r yt e c h n i c i a n sc a l la p p r o v et h er e s e r v a t i o n , m o d i f yt h el a b o r a t o r y i n f o r m a t i o na n dm a i n t a i nt h ei n f o r m a t i o no fs t u d e n t sa n dl a b o r a t o r yt e c h n i c i a n sb yt h i s s y s t e m t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fo p e n - l a b o r a t o r ym a n a g e m e n ts y s t e m m a k e si te a s yt o 嫩a n dm i l l ec u r r e n tr e s o u r c e so fl a b o r a t o r ye f f e c t i v e l y , a n dt r u l y i m p l e m e n t st h en e t w o r km a n a g e m e m o fl a b o r a t o r y s ot h es y s t e mi sh i g h l yp r a c t i c a l k e y w o r d ：o p e n - l a b o r a t o r ym a n a g e m e n t r e s e r v a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m b s e c l i p s e t o m c a t 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 伴随近年来计算机技术的发展和互联网的迅速兴起，我国迈进信息时代的步 伐大大加快，数字化进程也在飞速发展。在这数字化的时代里，高校实验室的传 统管理模式受到了极大的挑战。为了保证每个学生都能顺利地进行实验选修，学 校必须在现有的硬件设备条件下，合理充分地利用实验室资源。开放式实验室管 理系统在这种情况下应运而生，基于w e b 的实验室管理系统已经成为教学管理的 必然趋势【1 2 4 1 。 1 1 概述 1 1 1 研究背景 通过建设和完善网络控制系统、采用大型数据库结构，管理者和使用者能够 便捷地实现网络预约、管理和信息的发布，从而方便教师和学生利用实验室的管一 理信息系统进行沟通【3 1 。目前许多高校在实验教学改革中，也正在逐步实践实验 室开放式教学管理的这种新型模式。 一 以现代计算机技术、网络技术、大型数据存储体系为基础的网络化管理，主 要是朝着信息化、网络化、现代化的目标迈进。在技术方面，随着软件业对网络 应用的重视，各种新兴的基于w e b 的软件开发技术逐步兴起，其中j 2 e e 技术更 是成为最热门的技术之一 本课题正是基于这种发展背景，通过研究高校实验室综合管理的系统需求， 结合使用j 2 e e 技术实现了技术和需求的融合，探索出一种以互联网为基础的开 放式实验室管理模式。通过这种新的模式，为学校营造出一种新型的网络化管理 模式，使管理突破了时空限制，提高了工作效率和办学的水平m 。 1 1 2 项目意义 随着各大高校的不断扩招，学生人数急剧增加，出现了“实验课人多器材少， 实验时间有限、效果不好；实验室平时少开放、资源浪费，而学生有疑问和兴趣 又没地方实践的不合理现象。 开放式实验室管理指实验室在开展管理、服务、统计及对外通信等的工作全 过程中，运用w e b 实现实验室管理的网络化、信息化和智能化【硼。开放式实验 室管理系统是为适应当今高校的信息化管理要求，有效利用和挖掘实验室现有资 源条件，结合技术等方面的因素开发并完成的一套综合管理系统。从设计上说， 网络化能够提高学生、管理人员和教师进行申请、安排和辅导的有效性。使用信 开放实验室管理系统设计与实现 息技术，可以改善各层面的信息传递与相互了解，提高人员和设备的利用率。开 放式实验室管理系统将在解决实验室管理的同时，提供一个最佳的实践环境，带 动整个网络化、信息化学校管理系统的建设【9 4 1 。这种教学方式有利于激发学生 的学习热情，调动学生的学习积极性、主动性，有利于培养学生实验组织能力、 动手能力和科研意识，使学生具有独立思维，自我开拓获取知识的能力，是一种 体现能力培养、素质教育的有效方式【l 】，同时也是开放式实验室管理系统赢得市 场的最大保障。 1 2 开放实验室管理系统的特点 1 2 1 开放式管理 高校开放实验室管理系统的目的是为了提高实验室的利用率，减轻实验室管 理人员的负担，培养学生的实验兴趣，从而提高教学质量【7 1 。 开放式管理系统是基于校园网的实验室管理系统，即在实验室中建立一套网 络系统，通过对实验室、实验台的全天候管理，实现实验室的开放。实验员可以 通过自动化的管理系统对实验室信息进行管理，学生用户可以在允许的范围内进 行预约实验、成绩查询等操作。这样的管理模式在很大程度上提高了实验室仪器 设备的利用率，使广大学生能够最大程度上增加自主实验的机会，同时也减轻了 实验室实验员的负担，提高了办公效率【2 l - 2 2 1 。 1 2 2 基于w e b 的b s 架构 以往采用c s 结构的实验室管理系统，需要在实验员电脑上安装一定的客户 端来完成和服务器的交互。当前网络通讯飞速发展，基于网络的应用越来越普遍。 b s 架构正是顺应了这种趋势，用户使用浏览器，通过网络即可对站点进行访问 并进行操作【2 0 】。基于w e b 的开放式实验室管理系统【2 ，使实验员可以在任何一 台能够登录互联网或局域网的电脑上，对实验室的管理信息进行操作；学生用户 也可以通过网络访问管理站点，查看实验室的信息，并进行相应的操作，如预约 实验、查询成绩等等。这给管理者和使用者都带来了极大的方便，也减轻了客户 端的负担。 1 3 本文研究内容 本文首先通过研究高校实验室综合管理系统的总体需求，将整个系统的功能 按照“自顶向下一原则设计为五大组成部分，分别是：门禁子系统、选题排队子 系统、实验台控制子系统、录像监视子系统和预约管理子系统。在分析各个子系 统模块功能要求的同时，简要介绍各模块之间的关系和在本系统中起到的控制作 第一章绪论 3 用。 接着从设计开发的角度出发，从功能和需求入手，将设计与实现其中的预约 管理子系统功能作为本次设计开发的重点。文中结合部分软件设计代码，具体说 明了某些业务流程的实现，对预约管理子系统中的逻辑数据结构和业务流程，以 图表等形式进行分析，给出了数据库的设计。通过对该子系统实现技术和实现过 程的具体分析，详细介绍了采用b s 架构，使用f _ , e l i p s e 、m y e c l i p s e 、t o m c a t 和 d r e a m w e a v e r 等作为开发环境，利用m y s q l 这一开源的数据库产品，进行整体 结构和具体模块的设计开发思路，阐述了基于w e b 的网络应用程序的设计理念和 开发过程。 开放实验室预约管理系统的实现，极大方便了学生通过互连网查看实验室的 相关信息，并进行个人预约管理；实验员可以对学生的预约进行批准，修改实验 室的相关信息，也可以进行学生及实验员的维护等操作。 开放实验室综合管理系统将有效利用和挖掘实验室的现有资源条件，真正实 现实验室的网络化管理，具有很强的实用性。 1 4 系统开发技术简介 1 4 1b s 架构 在b s 体系结构的系统中，用户通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发 出请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器。b s 结构简化了客户机的工作，而服务器将担负更多的工作，对数据库的访问是在服 务器上完成的。浏览器发出请求，而其余如数据请求、加工、结果返回以及动态 网页生成等工作全部由w e bs e r v e r 完成。实际上b s 体系结构是把两层c s 结构 的事务处理逻辑模块从客户机的任务中分离出来，由w e b 服务器单独组成一层来 负担该任务，这样客户机的压力随着把负荷分配给w e b 服务器而减轻。b s 结构 不仅把客户机从沉重的负担和不断对其提高的性能要求中解放出来，也把技术维 护入员从繁重的维护升级工作中解脱了出来。由于客户机把事务处理逻辑部分交 给了功能服务器，使客户机的负担减轻了许多，不再负责处理复杂计算和数据访 问等关键事务，只负责显示部分，所以维护人员不再需要为程序的维护工作奔波 于每个客户机之间，而把主要精力放在功能服务器上程序的更新工作中。这种三 层架构在层与层之间相互独立，任何一层的改变都不会影响其它层的功能【1 5 - 1 7 1 。 1 4 2j 2 e e 技术 j 2 e e 是一种利用j a v a2 平台来简化企业解决方案的开发、部署和管理相关的 4 开放实验室管理系统设计与实现 复杂问题的体系结构。j 2 e e 不仅巩固了标准版中的许多优点，例如“编写一次、 随处运行”的特性、方便存取数据库的j d b ca p i 、c o r b a 技术等，同时还提供 了对e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 、j a v as e r v l e t sa p i 、j s p ( j a v as e r v e rp a g e s ) 以 及x m l 技术的全面支持。其最终目的就是成为一个能够使企业开发者大幅缩短 投放市场时间的体系结构【1 8 - 1 9 。 第二章系统分析5 第二章系统分析 基于w e b 的实验室管理顺应信息时代的发展，目的是建设国内一流的现代化 实验室，提高工作效率和办学水平，实现现代化大学的运行机制和高水平的管理， 这已成为创建流学校的重要组成部分。用网络化管理的整体概念来统一规划、 组织和建设实验室的管理自动化，在这一概念下，统一设计和建设网络拓扑架构、 网络安全系统、数据库基础结构、信息共享与管理、信息的发布与管理等团】。 2 1 系统需求分析 通过研究高校开放实验室管理系统的总体需求，将整个系统按照“自顶向下一 原则设计为五大主要功能模块，分别是：门禁子系统、选题排队子系统、实验台 控制子系统、录像监视子系统和预约管理子系统。 系统组成如图2 1 所示。 图2 1 系统结构图 开放实验室管理系统完成门禁、录像监控、选题排队、实验台控制和预约及 综合管理之间的联系，记录实验室活动的全过程，保存为数据库，以备查询。整 个实验室的信息都集合到这里，通过一套完整的管理软件对其进行有效的管理及 查询。同时，综合管理还包括数据的录入过程，例如，新班级的学生名单录入， 实验项目权限的授予，实验设备的数据记录等。管理还包括网络服务器，可以让 教师进行网络监控。 2 1 1 门禁子系统需求分析 ( 1 ) 功能：门禁系统完成实验室门的控制，实验室人员出入实验室的认证和 记录通过非接触i c 卡来完成。如果认证通过，实验室门自动打开，待人员进入后 自动关闭，此时开始对该进入人员计时，待其刷卡退出计时结束。系统对进出全 过程进行记录，记录信息包括进出人员学号、姓名、班级以及进出时间等。 6 开放实验室管理系统设计与实现 ( 2 ) 性能要求：门禁系统开门时间应能满足一个人正常步伐进入，两人以上 时间不足为好。 ( 3 ) 输入项：刷卡信息，来访者的个人信息。 ( 4 ) 输出项：输出放行信息到中心计算机和选题计算机，开门，开始计时。 2 1 2 选题排队子系统需求分析 ( 1 ) 功能：通过门禁系统的同学，必须在选题计算机上进行选题操作，输入 实验项目，选择要做的内容。系统首先验证该实验的有效性，然后根据实验室内 实验台的使用情况和实验设备的保有情况，判断此时哪个实验台可用，并选择相 应的实验台。 选题计算机类似银行的排队机，通过c a n ( 控制器局域网) 总线与各个实验 台控制器连接，用于检测哪个实验台可用和实验计时信息，为排队提供数据。同 时，选题计算机通过网络接口与主控计算机连接，上报录入的信息，并通知主控 计算机为该同学进行特写录像。 ( 2 ) 输入项：学生学号，密码，选择的实验项目。 ( 3 ) 输出项：选择的实验台信息；或者排队信息，提示做该实验需要等待多 少分钟。 2 1 3 实验台控制子系统需求分析 ( 1 ) 功能：实验台控制系统是实验台的核心，控制器对外有c a n 总线接口、 网络接口、u s b 接口、r s 2 3 2 接口和液晶屏接口。能完成实验台电源的控制：通 过r s 2 3 2 对正在进行的实验进行监视；通过c a n 总线将该实验台的占用情况送 选题计算机提供排队信息；通过网络将实验情况送到主控计算机：通过液晶显示 屏为实验提供帮助并提示累计时间等；当学生完成实验后控制器切断电源，通知 录像监视系统对该实验台进行特写录像。 ( 2 ) 输入项：选题系统提供的实验台和实验计时信息。 ( 3 ) 输出项：实验台的占用时间信息送选题计算机，被选实验台加电，实验 步骤通讯输出到主控计算机，液晶屏提供的帮助及累计时间信息。 2 1 4 录像监视子系统需求分析 ( 1 ) 功能：录像监视系统连接在主控计算机上，通过r s 2 3 2 连接摄像头， 主机通过代理服务器连接i n t e r a c t ，教师可以在任何地点观察实验室内学生的实验 情况。通过自动记录实验室的真实画面，完成教师对实验室的监视。 ( 2 ) 输入项：图像信息。 ( 3 ) 输出项：检索文件。 根据对前述四个子系统的需求分析，一个实验室管理系统的硬件部分，由一 第二章系统分析 台实验室管理机、一套实验室监视器和若干台实验台控制器组成，各个设备之间 通过网络交换机连接，构成实验室管理网。每一个实验室管理网通过网络交换机 连接到实验室管理系统服务器。实验室管理系统服务器是一个双网口的计算机， 它的另一个网口连接校园网。这样任何一台连接校园网的计算机均可通过网络连 接到实验室管理系统服务器，浏览实验室数据库和查看实验室的实验台使用信息。 2 1 5 预约管理子系统需求分析 功能：预约管理系统完成网络查询检索、 限管理、评分及信息发布等功能。 下面以开发的角度，从需求和功能入手， 统功能作为本次设计开发的重点。 网上预约管理、输入输出功能、权 将设计与实现其中的预约管理子系 2 2 可行性分析 2 2 1 需求可行性 随着目前校园实验室的不断增多，学生的实验要求日益增长，管理者和使用 者都十分希望采用自动化的实验室管理系统来满足这种需求。而网络的普及使得 基于w e b 的应用更为普遍。因此，开发一套切合实际的、基于w e b 的开放式实 验室管理系统是十分必要的。 2 2 2 技术可行性 本系统是基于网络的管理系统，因此，根据当前网络应用程序的趋势和本系 统的特点，采用j 2 e e 技术是一种非常合适的选择。j 2 e e 在网络应用中非常普遍， 特别适合大型商务应用的开发。三层的b s 架构具有很多c s 结构不具备的优点， 它能够紧密结合i n t e r a c t 和局域网，尤其适合网络应用的开发。本系统的逻辑结 构较为复杂，涉及的信息量比较大，需要较高的安全性和灵活性，因此采用j 2 e e 技术能够很好地完成本系统的开发 2 4 1 。 2 2 3 操作可行性 预约管理系统在需求上对容错处理作了很高的要求，大量使用选择等方式， 尽量减少用户信息的输入，同时对于一些容易出错的信息提供相应的帮助提示。 对于普通的管理者和使用者来说，都能够很方便地使用。 2 3 预约管理系统需求 预约管理系统功能整体上分为学生用户和实验员用户两大部分。 8 开放实验室管理系统设计与实现 2 3 1 学生部分 学生部分的主要功能是对实验室的信息进行查看，并且在登录后能够对自己 的实验信息进行更新。 学生的用户名是学号，要求系统能够对学生的身份进行验证，并且可在登录 后修改密码。 用户可以通过本系统的网站，查看实验室的地点及联系方式等；可以查看实 验仪器的信息，能够根据仪器设备进行自拟针对性的实验；可以了解实验室现有 的实验项目，并根据自己的需要预约实验安排；对于某班级或者某个学生来说， 可以通过本系统获得该班级的实验课程安排，并能够生成如表2 1 所示的课表； 用户还可以获得某个实验室的实验安排，并根据自己的需要进行组合条件的查询。 表2 i 样例课表 时间星期一 星期二 星期三 星期四星期五星期六星期日 8 ：o ：5 0实验安排 1 0 ：l m 一1 2 - 0 0 1 4 - 0 但一1 5 - 5 0 1 6 0 m 一1 7 - 5 0 1 8 0 m 一1 9 - 5 0 部分信息浏览的功能可以供普通访客查看，但能够进行操作的功能必须由学 生用户登录后方可进行。以下功能即要求用户必须首先进行身份认证。 学生可以进行常规实验预约，根据当前的实验室课程安排，预约其中的实验 安排进行实验。实验安排的类型分有偿和无偿两种，如果学生预约了有偿实验， 需要向实验室缴纳一定的费用；如果是无偿实验则需要扣除学生的可用学时。 学生还可以根据实验室的仪器情况，进行自拟实验的预约：即学生提出自拟 实验申请，由实验员进行批准。 对于自己的实验预约，学生可以删除其中未经批准的、或者虽未完成但未违 约的实验预约。如果超期不完成实验则被认为违约，当违约超过3 次，则拒绝该 学生继续预约的申请。预约实验完成后，学生要在一周内对实验完成情况进行登 记，逾期未登记的则记为违约。 学生用户登录后，可以查看该学生的实验成绩。 对于学生部分，由于学生用户和外部访客的随意性比较强，容易发生随意提 交、输入垃圾信息等情况，因此要求尽量多地采用固定信息，即大多数信息只需 用户选择而减少用户自己输入，以保证信息的准确性。对于用户输入的数据，要 第二章系统分析9 能够进行基本的正确性判断，以减轻服务器的负担。 2 3 2 实验员部分 实验员部分主要是对实验室的相关信息进行管理，对学生用户的信息进行管 理。超级管理员用户还可以对实验员信息进行维护。实验员要求具有较高的安全 性，所有的操作都需要登录后才能进行。 实验员首先进行身份验证，登录系统后可以修改密码，退出系统时要注销该 用户。 实验员可以对学生用户进行管理，包括新增、删除、查看、修改学生的信息。 新增学生时可以加入新班级的学生；删除要能够批量删除；查看要允许实验员进 行多种方式的查询：修改学生时学号不允许修改。 对于学生进行的实验，实验员可以进行评分操作，如果该实验员确定了一个 实验分数，并对其进行锁定，则不允许其他实验员进行修改。 实验员能够批准学生的实验预约。对于正常实验的预约，要根据该实验安排 的情况进行批准；对于自拟实验预约，则要将该预约加入某一个实验安排中才能 进行。 实验员还可以对当前实验室的实验课程、课程所属项目、实验安排的信息等 进行维护，包括新增、查询和修改以及删除操作。 在用户使用学生部分功能时，会出现实验员发布的最新提示信息，实验员可 以进行信息的发布与修改。 在所有的实验员用户中，只有一个r o o t 用户是超级实验员用户，也只有该用 户才可以进行实验员的新增和删除操作。 实验员功能需要输入较多的数据，为防止数据产生错误，要对实验员输入的 基本信息进行判断，以减轻服务器的负担。并且添加数据可能产生重复或者不一 致，系统要能够进行判别并返回提示信息。 实验员模块主要是对学生申请进行批复以及实验成绩评分，同时实现了课程、 用户、实验安排和项目信息等实验室管理的部分功能。 2 4 预约管理系统数据处理流程 数据是本系统的核心，所有的功能都是围绕数据库中的数据进行的。整体的 数据处理流程如下： ( 1 ) 系统根据用户所选功能准备好所需的全部数据； ( 2 ) 用户输入要更新的数据信息，通过页面脚本对其正确性进行验证后，提 交到应用层进行处理； ( 3 ) 应用层对所获信息进行处理并分派到数据库层更新数据库，然后返回执 1 0开放实验室管理系统设计与实现 行结果： ( 4 ) 应用层根据返回结果对表达层页面进行调整。 2 4 1 学生部分数据流程 根据学生部分功能，确定每个功能对应的数据流程，见图2 1 。 图2 1 学生部分数据流程图 “登录与密码修改 、“实验项目查询、“课表查询 、“实验室与仪器介绍 、 “实验成绩查询一等模块的主要功能是查询数据库的信息，或者允许用户选择少 量的查询条件进行查询。 “个人预约管理 和“常规实验预约 模块需要大量的查询信息，需由用户 输入必要的信息完成预约操作。 “个人自拟实验”模块则需要用户输入大量数据信息。 第二章系统分析 2 4 2 实验员部分数据流程 根据实验员部分功能，确定每个功能对应的数据流程，如图2 2 所示。 图2 2 实验员部分数据流程图 “学生用户管理 、“课程管理一、“项目管理 、“实验安排管理一、“实验员用 1 2 开放实验室管理系统设计与实现 户管理一等模块都需要输入大量新增和删除的信息。 2 5 开发技术分析 本系统采用b s 三层架构。如图2 3 所示。前端页面在h t m l 基础上使用了 j s p ，同时结合j a v a s c r i p t 脚本语言来实现数据正确性的判断应用层采用s e r v l e t 和j a v a b e a n s 实现业务逻辑。后台数据库使用了m y s q l 。 厂、 动态h t m l 页 、 + j a v a s c r i p t m y s q l 4 - d h 詹 服分希 图2 3 系统开发架构图 2 5 1j s p 技术 j s p 技术是基于j a v a 平台的、创建显示动态生成内容的w e b 页面的一个简捷 而快速的方法。j s p 技术的设计目的是使得构造基于i n t e r n e t 的应用程序更加容易 和快捷，而这些应用程序能够在各种w e b 服务器、应用程序服务器、客户端浏览 器下顺利运行【2 5 l 。 在开发j s p 程序的时候，首先利用d r e a m w e a v e r 等工具设计网页的外观、样 式，然后再在h t m l 文件中手工加入j a v a 程序段和j s p 代码。当服务器接到对 j s p 程序的请求时，它会首先把j s p 程序发送到一个语法分析器中，j s p 程序本 质上就是一个s e r v l e t 类。服务器的j s p 引擎将把这个c l a s s 载入内存，把结果送 往客户端，客户端的浏览器上出现的就是这个j s p 程序的运行结果。 2 5 2s e r v l e t 技术 s e r v l e t 是对支持j a v a 的服务器的一般扩充。它最常见的用途是扩展w e b 服 务器，提供非常安全的、可移植的、易于使用的c o i 替代品。它完全运行在j a v a 虚拟机上，在服务器端运行，因此它不依赖于浏览器的兼容性嘲。 s e r v l e t 完成对逻辑流程的控制。它能够从动态页面上获得所需的信息，将该 信息转移到相应的j a v a b e a m 或实体类进行处理，然后再使用j s p 技术，将所得 信息动态地输入。这样做使得整个开发结构更加清晰，流程控制更加简便，能够 在实际开发中被广泛应用。 第二章系统分析 2 5 3j s p + s e r v l e t + j a v a b c a n s 此模式充分利用了j s p 和s e r v l e t 两种技术原有的优点，它遵循视图控制器 ( m v c ，即m o d e l - v i e w - c o n t r o l l e r ) 模式，其主要思想是使用一个或多个s e r v l e t 作 为控制器。m o d e l 层实现业务逻辑，v i e w 层显示用户界面，c o n t r o l l e r 层负责v i e w 层和m o d e l 层之间的控制，较好地实现了数据层与表示层的分离【2 7 l ，各层次之间 的数据传递如下图2 4 所示。 c 。s o n 州t r o 啪l l e r 卜q r m o d e l 、l i ( s e r v l e t ) i 。 7 ，、 上 - - - d a t a b a s e io v i s e w p ) 卜 ( j a v a b e a n s ) 、 ll 图2 4m v c 设计模式数据传递图 该实验室管理系统主要任务是数据库查询。基于这种情况，本系统采用了j s p + s e r v l e t + j a v a b e a n s 架构。利用j a v a b e a n s 将来完成数据库连接、用户登录等业 务逻辑封装的任务。 2 6 预约管理系统开发环境 2 6 1 硬件环境 开发环境：1 台p c 机，奔2 4g h z 处理器，5 1 2m 内存，8 0 g 硬盘 数据库服务器：l 台服务器，奔i v2 4g h z 处理器，1 g 内存，1 6 0 g 硬盘 应用服务器：l 台服务器，奔2 4g h z 处理器，l g 内存，8 0 g 硬盘 2 6 2 软件环境 操作系统：w i n d o w sx p 数据库管理系统：m y s q l4 0 2 2 w e b 服务器：t o m c a t5 5 ； 应用开发工具：e c l i p s e3 2 ，m y e c l i p s e5 0 页面开发工具：d r e a m w e a v e r4 2 7 本章小结 本章首先通过研究高校开放实验室管理系统的总体需求，提出将整个系统设 计为五大功能模块：门禁子系统、选题排队子系统、实验台控制子系统、录像监 1 4 开放实验室管理系统设计与实现 视子系统和预约管理子系统。接着分别对各个子系统进行了简单的需求分析，总 结出开放实验室管理系统的硬件组成。然后将预约管理子系统作为本次设计开发 的重点进行详细需求分析，并给出各部分的数据处理流程。最后对开发技术进行 分析，确定了开发预约管理系统的软硬件环境。 第三章预约管理系统设计 1 5 第三章预约管理系统设计 本章将对预约管理系统进行概要设计其中包括数据库设计，学生部分设计 和实验员部分设计。 3 1 数据库分析与设计 3 1 1 数据模型 本系统主要针对数据库的信息进行操作，涉及到的数据较多。根据数据库的 设计原则，深入分析了数据的构成，形成如图3 1 所示的整体数据库设计 2 8 1 。 图3 1 数据e - r 图 1 6 开放实验室管理系统设计与实现 3 1 2 学生用户信息表s t u d e n t 存储学生的基本身份信息和登录信息等，其内容有学号、姓名、登录密码、 班级、联系方式、违约次数、可用学时。表中字段详细信息如表3 1 。 表3 1 学生用户信息表s t u d e n t 编号字段名中文名称数据类型字段大小说明主键外键 li d 学号 c h a r1 0 数字串、非空 、， 2n a m e 姓名 c h a r2 0 非空 3c o d e 密码 c h a r 2 0 4c l a s s 班级 c h a r 2 0 5 t e l e p h o n e联系电话 c h a r1 3数字串 6 p e e c a n c y 违约次数i n t u n s i g n e d不小于0 7 s t u d y h o u r可用学时 i n t u n s i g n e d 不小于0 3 1 3 实验员用户信息表a d m i n 存储实验员的信息，主要是用户名、姓名、密码等。用户名为“r o o t 的实 验员为超级实验员。表中字段详细信息如表3 2 。 表3 2 实验员用户信息表a d m i n 编号字段名中文名称数据类型字段大小说明主键 外键 1- d 用户i d c h a r2 0 r o o t 为超级实验员、非空 、f 2n a m e 姓名 c h a r2 0 3c o d e密码 c h a r2 0 3 1 4 实验室信息表l a b， 存储实验室的信息，主要是实验室编号、实验室名称、地址、联系电话、负 责教师、上课人数、类别。其中上课人数为实验室容纳的最大上课人数：共有电 工技术、电子技术、微控制器电子系统、计算机技术、通信电子系统、自动化技 术、检测技术等七个类别的实验室，每个具体的实验室都要属于一个实验室类别。 表中字段详细信息如表3 3 。 表3 3 实验室信息表l a b 编号字段名中文名称数据类型字段大小说明主键外键 1i d 编号 c h a r1 0 数字串、非空 2i 越吼e 名称c h a r 3 0 非空 3 p l a c e 地点c h a r 5 0 非空 4 t e l e p h o n e电话 c h a r1 3 5t e a c h e r 负责教师 c h a r2 0 6t o t a l u s e r实验人数i n t u n s i g n e d 不小于0 7k i n d 所属类别 c h a r2 0 第三章预约管理系统设计 3 1 5 实验仪器信息表d e v i c e 存储实验仪器的详细信息，包括仪器编号、仪器名称、所属实验室、使用人 数、价格、购买日期、责任人、备注等信息。表中字段详细信息如表3 4 。 表3 4 实验仪器信息表d e v i c e 编号字段名中文名称数据类型字段大小 说明主键外键 li d仪器编号c h a r1 0 数字串、非空 2n a m e 仪器名称 c h a r3 0 非空 3l a b 所属实验室 c h a r1 0 l a b ( i d ) 4u s e m 0 使用人数 i n t u n s i g n e d 5 p r i c e 价格f l o a t 6 b u y d a t e购买时间 c h a r1 0 y y y y m m - d d 7 c h a r g e r 负责人 c h a r2 0 8c o n t e n t备注 c h a r 2 5 5 3 1 6 课程信息表c o u r s e 存储当前实验室所承担的所有实验课程的信息，其内容有课程编号、名称、 任课教师、课程内容等。其中课程编号为课程教学系统中的编号。表中字段详细 信息如表3 5 。 表3 5 课程信息表c o u r s e 编号 字段名中文名称数据类型字段大小说明主键外键 lc n 0 课程编号 c h a r1 0 数字串、非空 2 c n a m e 课程名称 c h a r3 0 非空 3t e a c h e r任课教师c h a r2 0 4c o n t e n t课程内容c h a r2 5 5 3 1 7 实验项目信息表i t e m 存储当前实验室所承担的所有实验项目的信息，包括项目编号、名称、所属 课程、学时、预习内容