實驗室系統(tǒng)設(shè)計

1、摘 要:結(jié)合計算機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀，針對實驗室管理中計算機(jī)技術(shù)的使用情況， 介紹一些比較流行的技術(shù)，提出一個使用計算機(jī)技術(shù)來提高實驗室管理水平的方 案。2.1關(guān)鍵詞:開放性；實驗室信息管理；刷卡記錄2.2 一、引言實驗室信息管理系統(tǒng)(簡稱LIMS)是指通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將實驗室的儀器及 相關(guān)數(shù)據(jù)連起來，通過建立以實驗室為中心的分布式管理體系，根據(jù)科學(xué)的實驗 室管理理論和計算機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化共享、無紙化記錄與辦公， 為實驗室管理水平的整體提高和實驗室的全面管理提供先進(jìn)的技術(shù)支持。LIMS技術(shù)包括兩個方面的內(nèi)容，其一是管理指導(dǎo)思想；其二是實現(xiàn)這一指 導(dǎo)思想的技術(shù)手段。眾所周知的各類實驗室管理

2、規(guī)范(如：IS09000的導(dǎo)則、優(yōu)良 實驗室管理規(guī)范GLP等)均屬第一個方面的內(nèi)容，而為實現(xiàn)這一指導(dǎo)思想的軟硬 件環(huán)境(如：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、終端/服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等)則是構(gòu)成LIMS技 術(shù)的另一重要平臺。針對本科教育實行四學(xué)年制，學(xué)生的自由選課與以往的實驗管理方式很難適 應(yīng)，迫切需要有一套開放性實驗室信息管理系統(tǒng)。2.3二、開放性實驗室信息管理系統(tǒng)簡介系統(tǒng)具備如下基本功能實驗管理員根據(jù)任課教師提供的大多數(shù)學(xué)生可做實驗的時間段來設(shè)定實 驗日期、實驗內(nèi)容、實驗人數(shù)、實驗組數(shù)、允許每組實驗人數(shù)、實驗地點、及指 導(dǎo)教師，另外，可安排一些機(jī)動時間為個別因與選課相沖突的學(xué)生來做實驗。學(xué)生可從網(wǎng)上以自己的

3、學(xué)號登陸來預(yù)約適合自己做實驗的時間段，并可 選擇實驗組號，如果實驗管理員設(shè)定允許兩人或兩人以上一組實驗臺，學(xué)生還可 選擇組員。配備了刷卡系統(tǒng)，只需讀出學(xué)號，可記錄學(xué)生來實驗室的時間以及實驗 做完的時間，作為本次實驗成績打分的依據(jù)之一。教師根據(jù)學(xué)生的實驗情況(可通過網(wǎng)絡(luò)遞交實驗程序)對學(xué)生的每次實 驗進(jìn)行打分，并可以文件形式存檔，以便查詢，學(xué)生也可通過網(wǎng)絡(luò)查詢每次的實 驗成績。刷卡系統(tǒng)采用自行發(fā)卡系統(tǒng)。學(xué)生在大學(xué)期間需持一張統(tǒng)一的實驗卡。這種 方案管理方便，如學(xué)生實驗卡遺失或損壞可及時補(bǔ)發(fā)。該系統(tǒng)的優(yōu)點節(jié)省時間。實驗管理員設(shè)定實驗可以在網(wǎng)上進(jìn)行，學(xué)生可以在做實驗的 同時寫實驗報告，實驗做完即可提

4、交報告。便于查詢。通過網(wǎng)絡(luò)的連通，學(xué)生在寢室教師在家里均可通過校園網(wǎng)查 詢所開的實驗，實驗室的介紹，詳細(xì)的實驗設(shè)備介紹，實驗方法介紹，并且學(xué)生 可以在網(wǎng)上查到自己的實驗成績，教師可以在家中把成績寫入到數(shù)據(jù)庫中。便于計算機(jī)處理。所做實驗的數(shù)據(jù)處理及圖形均可用相應(yīng)的軟件處理， 把處理結(jié)果當(dāng)作附件和實驗報告一起提交。方便教師批改報告。教師可以在家，在辦公室，在任何一個可以連接到 校園網(wǎng)的地方，打開學(xué)生所提交的報告進(jìn)行批改。實現(xiàn)互動交流。程序有專門的mail功能，學(xué)生如有對實驗的問題，可以 直接發(fā)給教師，便于教師第一時間知道學(xué)生的困難，及時解決。安全可靠?？梢蚤L期保存，由于采用了數(shù)據(jù)庫，因此實驗報告的

5、副本可 以長期保存在數(shù)據(jù)庫中，不用擔(dān)心會丟失，且查詢方便.系統(tǒng)采用身份驗證制度， 可以保證未經(jīng)驗證的人無法看到相應(yīng)的信息。采用了刷卡系統(tǒng)，徹底地改變了以前那種手工記錄學(xué)生出勤情況的方式， 使得老師從這些繁瑣的工作中解脫出來，可以更加專心于實驗教學(xué)。2.4三、開放性實驗室信息管理系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)總體設(shè)計思想由于系統(tǒng)現(xiàn)階段的主要功能是提供學(xué)生一個方便的選實驗的平臺，因此網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)就成為首先，學(xué)校已經(jīng)有非常完善和良好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，基本上所有的寢室都 通了校網(wǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)來選課在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都非?？尚?。系統(tǒng)考慮了兩種設(shè)計 模式，即C/S模式和B/S模式。C/S模式是產(chǎn)生于網(wǎng)絡(luò)早期，現(xiàn)在仍在大規(guī)模使用的一種成

6、熟的技術(shù)，英文 全稱為Client/server，即客戶機(jī)/服務(wù)器模式，這種模式的基本思想是系統(tǒng)有 一臺服務(wù)器，所有的處理都在服務(wù)器上實現(xiàn)，客戶機(jī)僅僅是利用一個事先已經(jīng)編 寫好的程序向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器在驗證身份后，對客戶機(jī)的請求進(jìn)行響應(yīng)， 并把結(jié)果送回到客戶機(jī)。這種模式使得客戶方可以不必使用像以前那樣的高檔機(jī) 就可以完成的功能，給用戶提供了一個廉價的解決方案。這項技術(shù)目前已經(jīng)得到 廣泛的應(yīng)用，在某方面仍是不可替代的重要技術(shù)。但這種技術(shù)同樣也有其缺點， 如果系統(tǒng)要進(jìn)行升級，則所有的客戶端程序都需要進(jìn)行修改。B/S模式產(chǎn)生于WWW網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模使用和瀏覽器的普及。它的英文全稱是 Brower/S

7、erver，即瀏覽器/服務(wù)器模式。它的基本思想是利用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，而不 像以前那樣用自己編寫的一個客戶端程序來和服務(wù)器通訊，通過WWW以及一系列 相關(guān)技術(shù)(比如PHP，CGI和數(shù)據(jù)庫技術(shù))來完成以前的客戶端程序要完成的功能。 當(dāng)系統(tǒng)需要升級的時候，它不需要通知用戶去更換他們以前的那些用戶程序，用 戶需要做的，僅僅是打開瀏覽器，然后刷新一下網(wǎng)頁就夠了。而且現(xiàn)在的瀏覽器 都是和操作系統(tǒng)進(jìn)行綁定的，所以不用擔(dān)心用戶會找不到瀏覽器可以使用。操作 系統(tǒng)升級時，瀏覽器也跟著升級了，還有可以通過網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行升級，可以說是 從根本上解決了系統(tǒng)升級所帶來的一切不方便問題。系統(tǒng)的設(shè)計，網(wǎng)上選課系統(tǒng)采用了 B/S模式

8、，而刷卡系統(tǒng)由于技術(shù)實現(xiàn)上的 原因采用了 C/S模式。網(wǎng)上選課系統(tǒng)主要由設(shè)定實驗和選擇實驗兩部分組成。學(xué) 生來實驗室實驗通過刷卡進(jìn)入，刷卡系統(tǒng)會自動記錄學(xué)生到達(dá)的時間和離開時間， 作為一次實驗記錄，提供給教師作為給學(xué)生評定實驗成績時的一個參考。教師也有自己的賬號，可以查看自己的實驗，查看在相應(yīng)時間段里有哪些學(xué) 生，同時為學(xué)生打分。學(xué)生可以從網(wǎng)上看到教師為他們打的分?jǐn)?shù)，這樣改變了以 前傳統(tǒng)的把分?jǐn)?shù)貼到櫥窗上，讓大家看。學(xué)生只能看到自己的分?jǐn)?shù)，至于別人是 什么分?jǐn)?shù)是無法知道的，這符合了大學(xué)教育不應(yīng)該過分強(qiáng)調(diào)分?jǐn)?shù)的宗旨。同時也 達(dá)到了一定的安全性。開放性實驗室管理系統(tǒng)總共分為四級:最高級管理員 (r

9、oot)，系一級管理員，實驗室管理員，以及教師和學(xué)生級。如圖1所示。圖1開放性實驗室管理系統(tǒng)總體框圖各級所擁有的權(quán)力與功能如下：Root系統(tǒng)管理員級。Root是最高級的管理員，可以做所有的事情，包 括增加學(xué)生賬號，增加教師賬號，增加系一級實驗管理員賬號，查看所有已經(jīng)設(shè) 定的實驗或修改。系級管理員。系級管理員的任務(wù)除了一般的管理員所有的為學(xué)生設(shè)定實 驗外，還可以增加學(xué)生賬號，增加下一級管理員賬號。即為實驗室管理員增加的 賬號，可查看本系實驗室已經(jīng)設(shè)定的實驗或修改。實驗室一級管理員。每個實驗室都有自己的管理員，把在這個實驗室做 的實驗都交給這個實驗室的管理員去做是比較合理的。因此我們增加了這一級別

10、 的實驗管理員。在這一級別，管理員只有設(shè)定實驗的權(quán)力和少量增加學(xué)生賬號的 權(quán)力，其它的權(quán)力則受到很大的限制，比如，他無權(quán)查看他人設(shè)定的實驗。教師。教師可以查看由管理員設(shè)置好的屬于自己的那些實驗，可以查看 相應(yīng)的學(xué)生信息，對實驗進(jìn)行打分操作。最后提交成績操作，一旦成績被提交， 除了最高級管理員，任何人包括教師自己都沒有能力對成績進(jìn)行修改了。學(xué)生。處于最底層。學(xué)生通過自己的學(xué)號作為賬號進(jìn)行登陸，學(xué)生的初 始密碼為自己的學(xué)號。登陸后學(xué)生可以查看管理員為他設(shè)定的實驗，對實驗時間 實驗組號可以選擇，同時可以查看教師給自己打的分?jǐn)?shù)并可修改自己的密碼。網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計PHP是一種HTML內(nèi)嵌式的語言(類似II

11、S上的ASP)。而PHP獨特的語法混合 了 C、Java、Perl以及PHP式的新語法。它可以比CGI或者Perl更快速的執(zhí)行 動態(tài)網(wǎng)頁。根據(jù)對ASP，PHP，CGI等多種程序綜合比較后，最終采用了 PHP作為網(wǎng)站開 發(fā)的語言。因為PHP語言是比較熟悉的，而且PHP是免費的，并不需要向開發(fā) PHP的組織支付費用，同時也可以避免一系列軟件知識產(chǎn)權(quán)問題。而且，由于主 要是在學(xué)校內(nèi)部使用，并不會對外，所以也就不需要使用那種復(fù)雜又昂貴的商業(yè) 軟件來做我們的網(wǎng)站。這樣可以最大限度的為實驗室節(jié)省經(jīng)費。圖2服務(wù)器和PHP連接數(shù)據(jù)庫接口的設(shè)計現(xiàn)在網(wǎng)上比較流行的數(shù)據(jù)庫主要有MySql、SQL-Server、Po

12、stgre Sql、 Oracle。其中Oracle占有的市場份額最大，但它也是最貴的，Oracle主要是 用于大企業(yè)，對于我們這樣的實驗室而言是用不著的。SQL-Server是微軟公司 推出的數(shù)據(jù)庫，不過根據(jù)網(wǎng)上的一些評論，這個數(shù)據(jù)庫并不穩(wěn)定，經(jīng)常容易出現(xiàn) 系統(tǒng)崩潰問題。MySql數(shù)據(jù)庫和Postgre數(shù)據(jù)庫都是免費數(shù)據(jù)庫，Postgre數(shù)據(jù)庫功能比 Mysql數(shù)據(jù)庫要強(qiáng)大得多，但它主要是運行于Linux操作系統(tǒng)下，沒有Windows 操作系統(tǒng)下的版本，考慮到對Linux操作系統(tǒng)使用不方便，將來的維護(hù)和操作將 會有麻煩，所以最終決定采用Mysql數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)我們的系統(tǒng)。MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以

13、其免費的、源代碼開放、跨平臺、使用方便、訪問效率 高等優(yōu)點，成為動態(tài)Web站點的主流數(shù)據(jù)庫。如何建立安全的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)保證數(shù) 據(jù)的安全性和完整性是MySQL系統(tǒng)管理員的一個永恒的主題，也是一個Web站點 安全性的重要組成部分，保證MySQL數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的安全性，使其存儲的數(shù)據(jù)記錄 只能被正確授權(quán)的用戶訪問，這涉及到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部網(wǎng)絡(luò)安全性和內(nèi)部安全 性兩個方面。外部網(wǎng)絡(luò)安全性是指遠(yuǎn)程通過網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的客戶的安全性問題， 目的是保護(hù)MySQL服務(wù)器免受來自通過網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)器的攻擊。MySQL提供一個以 數(shù)據(jù)庫MySQL為核心的高級但不標(biāo)準(zhǔn)的存取權(quán)限系統(tǒng)，通過設(shè)置MySQL授權(quán)表 (grant

14、 table)，可以拒絕非法用戶訪問服務(wù)器管理的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。MySQL是以一個客戶機(jī)P服務(wù)器結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，它由一個服務(wù)器守護(hù)程序 mysqld和很多不同的客戶程序和庫組成。SQL是一種標(biāo)準(zhǔn)化的語言，它使得存 儲、更新和存取信息更容易。例如，你能用SQL語言為一個網(wǎng)站檢索產(chǎn)品信息及 存儲顧客信息，同時MySQL也足夠快和靈活以允許你存儲記錄文件和圖像。刷卡系統(tǒng)的設(shè)計考慮到經(jīng)濟(jì)原因，本系統(tǒng)采用了最簡單便宜的磁卡系統(tǒng)，給每個磁卡寫入學(xué) 生的學(xué)號，在每個實驗室安裝一個讀卡器。學(xué)生來做實驗時就刷卡進(jìn)入實驗室， 通過自己編寫的刷卡程序讀出學(xué)生的學(xué)號，然后連接到數(shù)據(jù)庫，記錄學(xué)生到達(dá)和 離開實驗室的時間。刷卡程序是用Borland C + + Builder編寫而成，在Windows 環(huán)境下運行。2.5四、結(jié)語系統(tǒng)的總體功能已經(jīng)基本完整，系統(tǒng)已經(jīng)試運行了一段時間，期間曾經(jīng)對電 力電子、微機(jī)原理與應(yīng)用、電機(jī)學(xué)考試等三個實驗進(jìn)行了試用，對網(wǎng)上選課、教 師確認(rèn)、刷卡記時等功能進(jìn)行了測試，一切都很正常，對于局部的功能如管理員 可直接查看下級的實驗設(shè)定情況及操作界面，出于適用性和方便性進(jìn)行了修改。刷卡系統(tǒng)采用了銀行系統(tǒng)已經(jīng)廣泛采用的磁卡系統(tǒng)。之所以采用這