基于RFID的學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展特別是RFID技術(shù)的發(fā)展，RFID已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到很多的領(lǐng)域。近年來高校不斷擴(kuò)招，越來越多的學(xué)生走進(jìn)了大學(xué)校園，這就給學(xué)生公寓的管理工作帶來了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的公寓管理模式就暴露出了許多不足之處，比如：學(xué)生出入公寓都必須在紙質(zhì)的記錄簿上登記，在學(xué)生流比較大的時(shí)候這樣的操作即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，不僅浪費(fèi)了學(xué)生大量的等候時(shí)間，又增加了管理人員的勞動強(qiáng)度。而且這樣的管理還可能使外來陌生人員乘虛而入，對學(xué)生的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來隱患。近幾年RFID技術(shù)加快了學(xué)生管理現(xiàn)代化的進(jìn)程，這個(gè)系統(tǒng)可以使公寓管理部門方便，快捷地查詢統(tǒng)計(jì)學(xué)生住宿信息，準(zhǔn)確的掌握出入公寓人員的身份信息。RFID智能管理具有使學(xué)生有序出入、手續(xù)簡便、速度快、管理自動化和減少工作人員等特點(diǎn)。將遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫、因特網(wǎng)、無線控制等應(yīng)用于學(xué)生公寓管理，繼承了傳統(tǒng)管理模式的所有優(yōu)點(diǎn)。

　　1RFID工作原理

　　RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，及射頻識別。它利用射頻信號通過空間耦合實(shí)現(xiàn)自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。它主要包括三個(gè)部分：（1）標(biāo)簽。由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上表示目標(biāo)對象；（2）閱讀器。讀取和寫入標(biāo)簽信息的設(shè)備，可以設(shè)計(jì)為手持式或固定式；（3）天線。在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信息。如圖所示，讀寫器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射射頻能量形成電磁場，作用距離和范圍的大小取決于發(fā)射功率和天線。標(biāo)簽通過這一區(qū)域時(shí)被觸發(fā)，發(fā)送存儲在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，或根據(jù)讀寫器的指令改寫存儲在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。讀寫器可以與標(biāo)簽建立無線通信，向標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)及從標(biāo)簽接受數(shù)據(jù)，并能通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)了射頻系統(tǒng)的順利工作。

　　2RFID學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)

　　2.1RFID學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)工作原理

　　當(dāng)學(xué)生進(jìn)出公寓門口時(shí)，自感線圈檢測到學(xué)生身上的標(biāo)簽信號，觸發(fā)安裝在管理系統(tǒng)上的天線架的射頻讀寫器，射頻讀寫器開始與標(biāo)簽進(jìn)行雙向通信和數(shù)據(jù)交換，將數(shù)據(jù)傳輸給管理部門的計(jì)算機(jī)中，管理部門可以根據(jù)不同的情況來控制系統(tǒng)做出相應(yīng)的動作。如系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)身上沒有電子標(biāo)簽的人員進(jìn)入到公寓，管理人員便可以派人進(jìn)行阻攔，以便確保學(xué)生生命和財(cái)產(chǎn)安全。整個(gè)學(xué)生進(jìn)出公寓的過程無需人工干預(yù)，學(xué)生進(jìn)出公寓的過程及方便又快捷。學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)界面如圖所示。電源時(shí)鐘讀寫模塊射頻模塊天線天線射頻模塊控制模塊存儲器計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)圖RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2公寓自動化管理界面

　　2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　通過對RFID學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)進(jìn)行研究，將RFID、計(jì)算機(jī)和無線控制聯(lián)系起來，從而初步建立智能管理模式。其關(guān)鍵技術(shù)主要在于兩個(gè)方面：自動身份識別和自動控制。它能夠?qū)M(jìn)出的學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)確高效的管理。學(xué)生不需在登記簿上登記，可以方便、快捷地進(jìn)出宿舍。本設(shè)計(jì)主要由管理軟件、無線收發(fā)模塊、報(bào)警器、計(jì)算機(jī)、RFID標(biāo)簽和RFID閱讀器組成。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生身份自動識別、學(xué)生信息登記和對外來人員的報(bào)警等功能2］。1）每個(gè)入住公寓的學(xué)生身上都攜帶有一張記錄其身份信息的RFID標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽屬性包括：學(xué)生姓名、學(xué)號、登記照、宿舍號和所在學(xué)院。2）在公寓門口放置一臺RFID閱讀器和一臺計(jì)算機(jī)和一套無線發(fā)射電路。3）在管理室里配置一個(gè)報(bào)警電路，此報(bào)警電路時(shí)基于單片機(jī)控制的4］。當(dāng)帶有RFID標(biāo)簽的學(xué)生進(jìn)入到公寓門口時(shí)，安裝在門口的RFID閱讀器便會讀到RFID的信息，如果讀到的信息與數(shù)據(jù)庫里的信息一致，那么計(jì)算機(jī)會通過串口將信息傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過控制電路點(diǎn)亮一個(gè)綠色的LED燈，這就說明是這個(gè)公寓里的學(xué)生，如果讀到的信息在數(shù)據(jù)庫里沒有與之匹配的信息，計(jì)算機(jī)也會通過串口將信息傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)控制報(bào)警器報(bào)警同時(shí)點(diǎn)亮一個(gè)紅色的LED燈。4）學(xué)生進(jìn)出公寓的全部信息均有電腦實(shí)時(shí)記錄，準(zhǔn)確地讀寫到數(shù)據(jù)庫中，并生成日報(bào)，月報(bào)統(tǒng)計(jì)表。

　　2.3無線收發(fā)電路硬件設(shè)計(jì)

　　通過應(yīng)用先進(jìn)的PTR8000高速嵌入式無線芯片開發(fā)無線高速數(shù)據(jù)傳輸電路。電路包括兩個(gè)無線高速多頻道模塊、兩個(gè)開發(fā)板3］。開發(fā)板上有單片機(jī)、串口、報(bào)警器和相應(yīng)的接口等，加上電源即可使用?？赏瓿蔁o線雙向數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)娜抗δ堋﹄娐愤M(jìn)行分塊分析，可將電路分成一下四個(gè)功能塊：供電模塊、串口模塊、C51控制模塊和PTR8000控制模塊。（1）供電模塊供電模塊由變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等部分組成。本設(shè)計(jì)需5V和3.3V的雙電源。這是因?yàn)槌薓CU、Max232的工作需5V的電源之外，PTR8000模塊需要3V的電源。（2）串口模塊當(dāng)兩張RFID信息驗(yàn)證時(shí)，計(jì)算機(jī)向串口發(fā)送啟動關(guān)閉LED燈信息，驗(yàn)證不成功時(shí)發(fā)送警報(bào)消息。電路板將串口接收到的數(shù)據(jù)通過Max232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)進(jìn)行處理。（3）C51模塊C51單片機(jī)的P2口接PTR8000無線收發(fā)模塊用來接收和發(fā)送控制信號。P1.1口接報(bào)警器，通過控制P1.1口高電平來導(dǎo)通集電器，使報(bào)警喇叭與200V交流電形成導(dǎo)通回路。P1.5口接綠色的LED燈，P1.6口接紅色的LED等。（4）PTR8000無線模塊PTR8000專為點(diǎn)對多點(diǎn)無線通信設(shè)計(jì)，內(nèi)置數(shù)據(jù)協(xié)議和CRC檢錯，無亂碼輸出，載波檢測輸出，點(diǎn)對多點(diǎn)通信硬件控制，全面升級替代PTR2000系列無線模塊。PTR8000無線模塊連接到C51單片機(jī)P2口，可完成無線數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)墓δ堋TR8000模塊特性如下：1）超小體積，內(nèi)置環(huán)形天線，性能穩(wěn)定且不受環(huán)境影響，對電源不敏感，距離更遠(yuǎn)。2）最大發(fā)射功率10dBm，高抗干擾GFSK調(diào)制，可調(diào)頻，數(shù)據(jù)速率50kb/s，獨(dú)特的載波檢測輸出，地址匹配輸出，數(shù)據(jù)就需輸出。

　　2.4自動化管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)可以直接運(yùn)行于本地計(jì)算機(jī)，在windows環(huán)境下，首先建立MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫表格，并在數(shù)據(jù)庫表格中添加添加發(fā)放用戶RFID標(biāo)簽的基本信息。以VisualBasic6.0開發(fā)工具為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問和信息響應(yīng)等。RFID學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)涉及系統(tǒng)維護(hù)、發(fā)卡、數(shù)據(jù)采集、記錄查詢、出入控制等功能。主要功能模塊設(shè)計(jì)如圖所示。圖主要功能模塊結(jié)構(gòu)框圖（1）管理員登陸子模塊主要實(shí)現(xiàn)管理員登陸，不是管理員就沒有權(quán)限使用此系統(tǒng)。2）管理用戶電子標(biāo)簽管理包括新用戶添加管理和標(biāo)簽修改管理兩部分內(nèi)容。在系統(tǒng)運(yùn)行之前，需要先將車輛和用戶的基本信息錄入數(shù)據(jù)庫中，并分配卡號，標(biāo)簽使用者的基本信息包括：學(xué)生的照片，學(xué)生姓名、學(xué)號、宿舍號和所在學(xué)院。（3）記錄查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲有每個(gè)入住學(xué)生的基本信息、發(fā)卡信息以及學(xué)生出入公寓記錄等各種數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)管理員可以根據(jù)時(shí)間段，查詢學(xué)生進(jìn)出的所有記錄，并可以以報(bào)表的形式打印，滿足管理部門的需求。（4）進(jìn)出學(xué)生監(jiān)控識別系統(tǒng)處于自動監(jiān)控、信號采集狀態(tài)，當(dāng)持卡學(xué)生進(jìn)出系統(tǒng)大門設(shè)置的識別區(qū)域時(shí)，射頻卡被系統(tǒng)快速識別，如果學(xué)生身份信息與系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)相符，系統(tǒng)對指示燈做出相應(yīng)控制。如果不一致，系統(tǒng)會發(fā)出報(bào)警信號。學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)工作流程如圖所示：

　　3結(jié)束語

　　對現(xiàn)代化學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)模塊進(jìn)行了規(guī)劃，并對其軟件和硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和調(diào)試，構(gòu)建了學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)通信平臺，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生手持標(biāo)簽自動識別和信息化管理，解決了傳統(tǒng)學(xué)生公寓進(jìn)出擁堵和學(xué)生公寓安全性低等問題。系統(tǒng)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)生出入數(shù)據(jù)功能，方便管理人員進(jìn)行管理，減輕了管理人員的勞動強(qiáng)度，并且可以使管理人員和用戶準(zhǔn)確地查詢各種信息。突破了傳統(tǒng)的學(xué)生公寓管理模式，是未來學(xué)生管理的發(fā)展方向。對于該系統(tǒng)，目前已經(jīng)成功完成一套演示系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)的調(diào)試運(yùn)行表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)初期的所有功能要求，運(yùn)行良好。