摘  要： 為了適應(yīng)現(xiàn)代化考試管理的需要，降低考務(wù)人員工作量，并使工作效率得以提高，實(shí)現(xiàn)智能化操作、減少出錯(cuò)率的目的，提出了一種基于S3C2440的智能考試管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在脫機(jī)狀態(tài)下使用指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份驗(yàn)證，自動(dòng)打印出考生考試信息和準(zhǔn)考證號(hào)碼的條形碼，從而防止考生信息誤填，方便考務(wù)人員操作。對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際環(huán)境測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

　　關(guān)鍵詞： 考試管理；指紋識(shí)別；條形碼

0 引言

　　隨著人們生活水平提高，教育問題得到廣泛關(guān)注，不管是學(xué)校還是社會(huì)都開設(shè)了不同類型的考試來檢驗(yàn)一個(gè)人的能力和學(xué)習(xí)程度。目前大部分的考試管理還是采用較原始的人工方式，在驗(yàn)證考生身份時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，并出現(xiàn)代考等現(xiàn)象，這樣不僅降低考務(wù)人員工作效率，還破壞了考試的公平性[1]。而考試過程中有些考生容易填錯(cuò)準(zhǔn)考證等考試信息，讓錄入成績變得困難。本文針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)出一個(gè)集智能控制和身份驗(yàn)證等功能為一體的智能考試管理系統(tǒng)，含有上位機(jī)和考試管理手持器。

1 總體設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)由多節(jié)點(diǎn)的考試管理手持器和系統(tǒng)服務(wù)器組成，手持器的使用主要針對(duì)監(jiān)考老師、考生和巡考人員三個(gè)對(duì)象。其系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

　　考試管理手持器包括嵌入式主控制器、指紋識(shí)別模塊、條形碼打印模塊。嵌入式主控制以S3C2440嵌入式ARM處理器為核心，外接兩片SDRAM和兩片NandFlash，采用DM9000網(wǎng)卡與服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，可自適應(yīng)10/100 Mb/s網(wǎng)絡(luò)，并外接可觸摸電阻屏進(jìn)行人機(jī)界面交互；DSP指紋模塊和微型條碼模塊作為從設(shè)備，由嵌入式主設(shè)備通過串口發(fā)送相關(guān)命令分別對(duì)其進(jìn)行控制。

　　系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計(jì)為并發(fā)通信服務(wù)器，可支持多客戶端網(wǎng)絡(luò)連接，主要提供數(shù)據(jù)服務(wù)，管理相應(yīng)的考試信息，實(shí)現(xiàn)客戶端下載、上傳、查詢等數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)服務(wù)器和終端手持器的網(wǎng)絡(luò)通信通過Socket編程完成，網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP/IP協(xié)議。

2 考試管理器手持器設(shè)計(jì)

　　考試管理手持器可作為系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在聯(lián)網(wǎng)情況下可與教務(wù)處服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，下載和上傳所在考場(chǎng)信息。在脫機(jī)狀態(tài)下可對(duì)考生進(jìn)行指紋驗(yàn)證、統(tǒng)計(jì)簽到人數(shù)。

　　設(shè)計(jì)上，以ARM平臺(tái)為硬件基礎(chǔ)，在其之上采用Linux操作系統(tǒng)，內(nèi)核版本為Linux 2.6.32.2，在Qt集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行GUI界面設(shè)計(jì)和程序編寫，所用類庫為Qt-4.6.3。其中，考生信息、配置信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢需要用到數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫采用SQLite3，該數(shù)據(jù)庫是一種用于嵌入式的低資源消耗、高運(yùn)行速度的輕型數(shù)據(jù)庫。

　　2.1 指紋識(shí)別模塊

　　由于指紋具有唯一、終身不變的特點(diǎn)，因此本系統(tǒng)中使用指紋識(shí)別技術(shù)驗(yàn)證身份，從而防止代考現(xiàn)象的發(fā)生[2-3]。系統(tǒng)選擇了TFS-E12指紋模塊，它不僅體積小，而且識(shí)別率高。TFS-E12指紋模塊由主控板和光學(xué)采集頭組成，主控板以DSP處理器為核心，處理來自光學(xué)采集頭的指紋圖像信息，其串口通信命令格式如表1所示。

　　其中，CMD為命令類型，用于區(qū)別指紋的采集、識(shí)別等操作，P1、P2、P3為命令參數(shù)，Q1、Q2、Q3為應(yīng)答參數(shù)，CHK為校驗(yàn)位，0xF5為起始和終止結(jié)束位。在軟件設(shè)計(jì)上，通過打開Linux操作系統(tǒng)的串口設(shè)備文件發(fā)送8 B命令，可完成對(duì)指紋的采集和識(shí)別等功能，通過對(duì)應(yīng)答命令中應(yīng)答參數(shù)的解析判斷操作結(jié)果，并通過GUI界面反饋。

　　在指紋錄入階段，通過指紋采集頭采集的指紋圖像進(jìn)行處理后指紋特征值的提取，并將其轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器中[4]。指紋簽到的實(shí)現(xiàn)，需要考試管理手持器先通過網(wǎng)絡(luò)下載對(duì)應(yīng)考場(chǎng)的所有考生信息；或者通過Socket編程來實(shí)現(xiàn)，之后下載所有待比對(duì)考生的指紋特征值到指紋模塊，進(jìn)而進(jìn)行指紋比對(duì)。根據(jù)對(duì)指紋模塊應(yīng)答參數(shù)的解析，在考試管理手持器上的數(shù)據(jù)庫文件里完成對(duì)簽到信息的統(tǒng)計(jì)和記錄，并通過Socket編程將簽到結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器。其軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

　　2.2 條形碼打印模塊

　　與一般的考試管理系統(tǒng)相比，本文加入了條形碼打印技術(shù)，在考試過程中使用，能夠防止考生信息誤填。在考生成績錄入時(shí)，可直接掃描條形碼提高考務(wù)人員工作效率。本文選擇了微型熱敏打印模塊，其具有體積小、打印速度快、噪音小等特點(diǎn)。該微型熱敏打印模塊以STM32F103為控制芯片，控制打印頭完成各種打印功能，對(duì)外UART接口所提供的指令集為ESC/POS指令?？忌畔⒋蛴〉能浖O(shè)計(jì)，主要是在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上調(diào)用open函數(shù)打開串口設(shè)備文件，通過write函數(shù)寫入ESC/POC操作指令設(shè)置字體大小、行距等相關(guān)信息并選擇是否進(jìn)行條形碼打印，之后寫入要打印的字符數(shù)據(jù)，打印出帶有考生信息的條形碼。

　　該微型熱敏打印模塊支持的漢字編碼為GBK，而考試管理手持器上運(yùn)行的Linux操作系統(tǒng)其采用的漢字編碼為UTF-8，在打印之前需要編碼轉(zhuǎn)換。UTF-8是一種變長的編碼方式，是Unicode編碼值的一種表現(xiàn)形式，它可以使用1~4 B表示一個(gè)符號(hào)，根據(jù)不同的符號(hào)而變化字節(jié)長度。因此在編碼轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)于每個(gè)漢字，先根據(jù)UTF-8編碼方式計(jì)算出Unicode編碼值，再采用查表法，最終完成UTF-8編碼到GBK編碼的轉(zhuǎn)換，編碼轉(zhuǎn)換流程圖如圖3所示。

3 服務(wù)器設(shè)計(jì)

　　本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)服務(wù)器為高并發(fā)通信服務(wù)器，運(yùn)行在Fedora 9操作系統(tǒng)上，模擬教務(wù)處數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)對(duì)考生考試信息、用戶認(rèn)證信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢。軟件設(shè)計(jì)上，采用多線程技術(shù)，完成對(duì)多客戶端的并發(fā)連接和數(shù)據(jù)查詢，其設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

　　每個(gè)客戶端線程通過對(duì)應(yīng)連接一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端考試管理手持器，將接收到的客戶端數(shù)據(jù)解包后放入共享內(nèi)存A。工作線程池由一定數(shù)目的工作線程構(gòu)成，從共享內(nèi)存A獲取待處理數(shù)據(jù)并解析，根據(jù)解析結(jié)果完成對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)考生信息的查詢、下載以及用戶身份的信息驗(yàn)證等，最后將數(shù)據(jù)打包后放入共享內(nèi)存B，由數(shù)據(jù)發(fā)送線程統(tǒng)一發(fā)送。

4 結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)一種針對(duì)三種用戶類別的智能考試管理系統(tǒng)。不同的情況中對(duì)應(yīng)的用戶都能夠通過使用考試管理手持器實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)考試中的功能。為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性，共模擬10個(gè)考場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如表2所示。

　　分析表2可以得出，該系統(tǒng)在模擬不同的考場(chǎng)情況下都能運(yùn)行良好，同時(shí)指紋誤識(shí)率（FAR）以及指紋拒真率（FRR）都較低，系統(tǒng)效率高，與其他考試管理系統(tǒng)對(duì)比有明顯的優(yōu)勢(shì)[1，5-6]。

　　對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際環(huán)境的測(cè)試，結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到預(yù)期效果，能滿足考試管理高效率、安全性、智能化等需求。本文所設(shè)計(jì)的考試管理系統(tǒng)可適用于英語四六級(jí)考試、計(jì)算機(jī)等級(jí)考試等。

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