摘 要： 為了適應現(xiàn)代化考試管理的需要,，降低考務人員工作量，并使工作效率得以提高,，實現(xiàn)智能化操作,、減少出錯率的目的，提出了一種基于S3C2440的智能考試管理系統(tǒng),，該系統(tǒng)可在脫機狀態(tài)下使用指紋識別技術進行身份驗證,，自動打印出考生考試信息和準考證號碼的條形碼，從而防止考生信息誤填,，方便考務人員操作,。對所設計的系統(tǒng)進行實際環(huán)境測試，其測試結(jié)果達到了設計目標,。
關鍵詞： 考試管理,；指紋識別；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注,，不管是學校還是社會都開設了不同類型的考試來檢驗一個人的能力和學習程度。目前大部分的考試管理還是采用較原始的人工方式,，在驗證考生身份時容易出現(xiàn)錯誤,，并出現(xiàn)代考等現(xiàn)象，這樣不僅降低考務人員工作效率,，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準考證等考試信息，讓錄入成績變得困難,。本文針對以上問題,，設計出一個集智能控制和身份驗證等功能為一體的智能考試管理系統(tǒng)，含有上位機和考試管理手持器,。
1 總體設計方案
本系統(tǒng)由多節(jié)點的考試管理手持器和系統(tǒng)服務器組成,，手持器的使用主要針對監(jiān)考老師、考生和巡考人員三個對象,。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)卡與服務器進行網(wǎng)絡通信,，可自適應10/100 Mb/s網(wǎng)絡,，并外接可觸摸電阻屏進行人機界面交互；DSP指紋模塊和微型條碼模塊作為從設備,，由嵌入式主設備通過串口發(fā)送相關命令分別對其進行控制,。
系統(tǒng)服務器設計為并發(fā)通信服務器，可支持多客戶端網(wǎng)絡連接,，主要提供數(shù)據(jù)服務,，管理相應的考試信息，實現(xiàn)客戶端下載,、上傳,、查詢等數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)服務器和終端手持器的網(wǎng)絡通信通過Socket編程完成,，網(wǎng)絡通信采用TCP/IP協(xié)議,。
2 考試管理器手持器設計
考試管理手持器可作為系統(tǒng)的一個節(jié)點，在聯(lián)網(wǎng)情況下可與教務處服務器進行網(wǎng)絡通信,，下載和上傳所在考場信息,。在脫機狀態(tài)下可對考生進行指紋驗證、統(tǒng)計簽到人數(shù),。
設計上,，以ARM平臺為硬件基礎，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)境中進行GUI界面設計和程序編寫，所用類庫為Qt-4.6.3,。其中,，考生信息、配置信息等相關數(shù)據(jù)的存儲和查詢需要用到數(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、高運行速度的輕型數(shù)據(jù)庫,。
2.1 指紋識別模塊
由于指紋具有唯一,、終身不變的特點，因此本系統(tǒng)中使用指紋識別技術驗證身份,，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,，而且識別率高,。TFS-E12指紋模塊由主控板和光學采集頭組成，主控板以DSP處理器為核心,，處理來自光學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、識別等操作,，P1,、P2、P3為命令參數(shù),，Q1,、Q2、Q3為應答參數(shù),，CHK為校驗位,，0xF5為起始和終止結(jié)束位。在軟件設計上,，通過打開Linux操作系統(tǒng)的串口設備文件發(fā)送8 B命令,，可完成對指紋的采集和識別等功能，通過對應答命令中應答參數(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行處理后指紋特征值的提取,，并將其轉(zhuǎn)變成二進制數(shù)據(jù)保存在服務器中[4],。指紋簽到的實現(xiàn)，需要考試管理手持器先通過網(wǎng)絡下載對應考場的所有考生信息,；或者通過Socket編程來實現(xiàn),，之后下載所有待比對考生的指紋特征值到指紋模塊，進而進行指紋比對,。根據(jù)對指紋模塊應答參數(shù)的解析,，在考試管理手持器上的數(shù)據(jù)庫文件里完成對簽到信息的統(tǒng)計和記錄，并通過Socket編程將簽到結(jié)果通過網(wǎng)絡上傳至服務器,。其軟件設計流程圖如圖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,，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,，可直接掃描條形碼提高考務人員工作效率,。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,。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,，對外UART接口所提供的指令集為ESC/POS指令,。考生信息打印的軟件設計,，主要是在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上調(diào)用open函數(shù)打開串口設備文件,，通過write函數(shù)寫入ESC/POC操作指令設置字體大小、行距等相關信息并選擇是否進行條形碼打印,，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表示一個符號，根據(jù)不同的符號而變化字節(jié)長度,。因此在編碼轉(zhuǎn)換的軟件設計中,，對于每個漢字，先根據(jù)UTF-8編碼方式計算出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 服務器設計
本文所設計的系統(tǒng)服務器為高并發(fā)通信服務器,，運行在Fedora 9操作系統(tǒng)上，模擬教務處數(shù)據(jù)服務器,，負責對考生考試信息,、用戶認證信息等相關數(shù)據(jù)的存儲和查詢。軟件設計上,，采用多線程技術,，完成對多客戶端的并發(fā)連接和數(shù)據(jù)查詢，其設計框圖如圖4所示,。
每個客戶端線程通過對應連接一個網(wǎng)絡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)果完成對數(shù)據(jù)庫的操作，實現(xiàn)對考生信息的查詢,、下載以及用戶身份的信息驗證等,，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
本文設計一種針對三種用戶類別的智能考試管理系統(tǒng),。不同的情況中對應的用戶都能夠通過使用考試管理手持器實現(xiàn)對應考試中的功能,。為了檢驗系統(tǒng)的可靠性，共模擬10個考場進行測試,，其測試結(jié)果如表2所示,。
分析表2可以得出,，該系統(tǒng)在模擬不同的考場情況下都能運行良好,，同時指紋誤識率（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)對比有明顯的優(yōu)勢[1,，5-6]。
對所設計的系統(tǒng)進行實際環(huán)境的測試,，結(jié)果顯示各項指標均能達到預期效果,，能滿足考試管理高效率、安全性,、智能化等需求,。本文所設計的考試管理系統(tǒng)可適用于英語四六級考試、計算機等級考試等,。
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