基于RFID的學生公寓自動化管理系統(tǒng)設計

　　引言

　　隨著科學技術的高速發(fā)展特別是RFID技術的發(fā)展，RFID已經(jīng)被廣泛運用到很多的領域。近年來高校不斷擴招，越來越多的學生走進了大學校園，這就給學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：學生出入公寓都必須在紙質的記錄簿上登記，在學生流比較大的時候這樣的操作即費時又費力，不僅浪費了學生大量的等候時間，又增加了管理人員的勞動強度。而且這樣的管理還可能使外來陌生人員乘虛而入，對學生的生命和財產(chǎn)安全帶來隱患。近幾年RFID技術加快了學生管理現(xiàn)代化的進程，這個系統(tǒng)可以使公寓管理部門方便，快捷地查詢統(tǒng)計學生住宿信息，準確的掌握出入公寓人員的身份信息。RFID智能管理具有使學生有序出入、手續(xù)簡便、速度快、管理自動化和減少工作人員等特點。將遠距離RFID系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫、因特網(wǎng)、無線控制等應用于學生公寓管理，繼承了傳統(tǒng)管理模式的所有優(yōu)點。

　　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現(xiàn)自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。它主要包括三個部分：（1）標簽。由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上表示目標對象；（2）閱讀器。讀取和寫入標簽信息的設備，可以設計為手持式或固定式；（3）天線。在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信息。如圖所示，讀寫器在一個區(qū)域內發(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。標簽通過這一區(qū)域時被觸發(fā)，發(fā)送存儲在標簽中的數(shù)據(jù)，或根據(jù)讀寫器的指令改寫存儲在標簽中的數(shù)據(jù)。讀寫器可以與標簽建立無線通信，向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)及從標簽接受數(shù)據(jù)，并能通過標準接口與計算機網(wǎng)絡進行通信，從而實現(xiàn)了射頻系統(tǒng)的順利工作。

　　2RFID學生公寓自動化管理系統(tǒng)

　　2.1RFID學生公寓自動化管理系統(tǒng)工作原理

　　當學生進出公寓門口時，自感線圈檢測到學生身上的標簽信號，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簽進行雙向通信和數(shù)據(jù)交換，將數(shù)據(jù)傳輸給管理部門的計算機中，管理部門可以根據(jù)不同的情況來控制系統(tǒng)做出相應的動作。如系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)身上沒有電子標簽的人員進入到公寓，管理人員便可以派人進行阻攔，以便確保學生生命和財產(chǎn)安全。整個學生進出公寓的過程無需人工干預，學生進出公寓的過程及方便又快捷。學生公寓自動化管理系統(tǒng)界面如圖所示。電源時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算機通信網(wǎng)絡圖RFID系統(tǒng)結構框圖圖2公寓自動化管理界面

　　2.2系統(tǒng)設計

　　通過對RFID學生公寓自動化管理系統(tǒng)進行研究，將RFID、計算機和無線控制聯(lián)系起來，從而初步建立智能管理模式。其關鍵技術主要在于兩個方面：自動身份識別和自動控制。它能夠對進出的學生進行準確高效的管理。學生不需在登記簿上登記，可以方便、快捷地進出宿舍。本設計主要由管理軟件、無線收發(fā)模塊、報警器、計算機、RFID標簽和RFID閱讀器組成。系統(tǒng)能夠實現(xiàn)學生身份自動識別、學生信息登記和對外來人員的報警等功能2］。1）每個入住公寓的學生身上都攜帶有一張記錄其身份信息的RFID標簽，RFID標簽屬性包括：學生姓名、學號、登記照、宿舍號和所在學院。2）在公寓門口放置一臺RFID閱讀器和一臺計算機和一套無線發(fā)射電路。3）在管理室里配置一個報警電路，此報警電路時基于單片機控制的4］。當帶有RFID標簽的學生進入到公寓門口時，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，那么計算機會通過串口將信息傳輸給單片機，單片機通過控制電路點亮一個綠色的LED燈，這就說明是這個公寓里的學生，如果讀到的信息在數(shù)據(jù)庫里沒有與之匹配的信息，計算機也會通過串口將信息傳輸給單片機，單片機控制報警器報警同時點亮一個紅色的LED燈。4）學生進出公寓的全部信息均有電腦實時記錄，準確地讀寫到數(shù)據(jù)庫中，并生成日報，月報統(tǒng)計表。

　　2.3無線收發(fā)電路硬件設計

　　通過應用先進的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。電路包括兩個無線高速多頻道模塊、兩個開發(fā)板3］。開發(fā)板上有單片機、串口、報警器和相應的接口等，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行分塊分析，可將電路分成一下四個功能塊：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。本設計需5V和3.3V的雙電源。這是因為除了MCU、Max232的工作需5V的電源之外，PTR8000模塊需要3V的電源。（2）串口模塊當兩張RFID信息驗證時，計算機向串口發(fā)送啟動關閉LED燈信息，驗證不成功時發(fā)送警報消息。電路板將串口接收到的數(shù)據(jù)通過Max232進行電平轉換，轉換后送入單片機進行處理。（3）C51模塊C51單片機的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口接報警器，通過控制P1.1口高電平來導通集電器，使報警喇叭與200V交流電形成導通回路。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專為點對多點無線通信設計，內置數(shù)據(jù)協(xié)議和CRC檢錯，無亂碼輸出，載波檢測輸出，點對多點通信硬件控制，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P2口，可完成無線數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)墓δ?。PTR8000模塊特性如下：1）超小體積，內置環(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。2）最大發(fā)射功率10dBm，高抗干擾GFSK調制，可調頻，數(shù)據(jù)速率50kb/s，獨特的載波檢測輸出，地址匹配輸出，數(shù)據(jù)就需輸出。

　　2.4自動化管理系統(tǒng)軟件設計

　　系統(tǒng)可以直接運行于本地計算機，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標簽的基本信息。以VisualBasic6.0開發(fā)工具為基礎，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問和信息響應等。RFID學生公寓自動化管理系統(tǒng)涉及系統(tǒng)維護、發(fā)卡、數(shù)據(jù)采集、記錄查詢、出入控制等功能。主要功能模塊設計如圖所示。圖主要功能模塊結構框圖（1）管理員登陸子模塊主要實現(xiàn)管理員登陸，不是管理員就沒有權限使用此系統(tǒng)。2）管理用戶電子標簽管理包括新用戶添加管理和標簽修改管理兩部分內容。在系統(tǒng)運行之前，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，標簽使用者的基本信息包括：學生的照片，學生姓名、學號、宿舍號和所在學院。（3）記錄查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲有每個入住學生的基本信息、發(fā)卡信息以及學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)時間段，查詢學生進出的所有記錄，并可以以報表的形式打印，滿足管理部門的需求。（4）進出學生監(jiān)控識別系統(tǒng)處于自動監(jiān)控、信號采集狀態(tài)，當持卡學生進出系統(tǒng)大門設置的識別區(qū)域時，射頻卡被系統(tǒng)快速識別，如果學生身份信息與系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)相符，系統(tǒng)對指示燈做出相應控制。如果不一致，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號。學生公寓自動化管理系統(tǒng)工作流程如圖所示：

　　3結束語

　　對現(xiàn)代化學生公寓自動化管理系統(tǒng)模塊進行了規(guī)劃，并對其軟件和硬件進行了設計和調試，構建了學生公寓自動化管理系統(tǒng)通信平臺，實現(xiàn)了學生手持標簽自動識別和信息化管理，解決了傳統(tǒng)學生公寓進出擁堵和學生公寓安全性低等問題。系統(tǒng)具有統(tǒng)計學生出入數(shù)據(jù)功能，方便管理人員進行管理，減輕了管理人員的勞動強度，并且可以使管理人員和用戶準確地查詢各種信息。突破了傳統(tǒng)的學生公寓管理模式，是未來學生管理的發(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)，實驗的調試運行表明，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)設計初期的所有功能要求，運行良好。