基于無線射頻識別技術(shù)的智慧校園一卡通系統(tǒng)的研究報告及設(shè)計

1、-. z.基于無線射頻識別技術(shù)的智慧校園一卡通系統(tǒng)的研究與設(shè)計 郭龍來源：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2016年第03期摘 要：無線射頻識別技術(shù)RFID在國內(nèi)開展日趨成熟，高校根底建立不斷完善，文中結(jié)合大學(xué)校園的管理模式與運(yùn)行特點(diǎn)，綜合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，研究并設(shè)計了一種基于無線射頻識別技術(shù)的校園一卡通系統(tǒng)架構(gòu)和方案，該方案具體包括數(shù)據(jù)處理中心、園區(qū)平安子系統(tǒng)、教學(xué)區(qū)子系統(tǒng)、圖書館子系統(tǒng)、充值消費(fèi)子系統(tǒng)、生活區(qū)子系統(tǒng)和校舍子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可記錄學(xué)生的生活路線與學(xué)習(xí)過程，獲取學(xué)生的各項數(shù)據(jù)，為建立智慧校園提供有效的解決方案。同時可解決園區(qū)管理難、效率低與平安性低等問題。關(guān)鍵詞：無線射頻識別；物聯(lián)網(wǎng)；一卡通；智慧校園中

2、圖：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302201603-00-030 引 言隨著各高校信息化建立的加速和升級，以及信息技術(shù)的開展與更新，學(xué)生和教師對無線網(wǎng)絡(luò)通信、信息快速響應(yīng)和智能管理的需求越來越大，為滿足大學(xué)校園日益增長的生活和管理需求，可采用無線射頻識別技術(shù)Radio Frequency Identification，RFID的校園一卡通系統(tǒng)來實現(xiàn)。目前很多高校使用普通磁卡作為學(xué)生生活的工具，在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)錯誤讀卡、無法讀卡、數(shù)據(jù)喪失等諸多平安問題，同時多個系統(tǒng)使用多種磁卡，導(dǎo)致運(yùn)維本錢增加，管理困難，這種技術(shù)和方式已無法滿足現(xiàn)代生活和管理的需要。而在日益成熟的物聯(lián)

3、網(wǎng)技術(shù)下，無線射頻識別的一卡通有著快速、平安和容量大的特點(diǎn)，不僅適合大型群體的集中消費(fèi)、考勤和身份認(rèn)證，還可方便校園管理和減少技術(shù)維護(hù)，是智慧校園建立方案的不二之選。1 無線射頻識別技術(shù)的使用現(xiàn)狀一卡通系統(tǒng)選用國內(nèi)外技術(shù)成熟的無線射頻識別系統(tǒng)作為底層信息傳輸載體，采用非接觸自動識別通信技術(shù)，其原理是基于變壓器耦合模型，實現(xiàn)能量與信號傳遞。高頻段的RFID是基于雷達(dá)探測目標(biāo)的空間耦合模型，即雷達(dá)發(fā)射電磁波信號碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī)，本系統(tǒng)以高頻段工作的RFID系統(tǒng)為例進(jìn)展深入研究，而信息采集終端以非接觸、高可靠、穩(wěn)定傳輸?shù)碾娮訕?biāo)簽為主，對于可讀*圍內(nèi)的電子標(biāo)簽，可在100 ms內(nèi)完

4、成信號發(fā)送、時鐘傳遞、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，以及平安加密、防碰撞檢測等一系列高速處理過程。鑒于此類特性，RFID射頻識別廣泛應(yīng)用于人員密集的消費(fèi)場所、大型倉儲物流管理、高速公路不停車收費(fèi)、文檔圖書管理、特種裝備制造等領(lǐng)域。實現(xiàn)了物品或人員的自動編號、跟蹤、識別、信息交互，從而組成了一個物與物、人與物的網(wǎng)絡(luò)，即當(dāng)下主流的物聯(lián)網(wǎng)。國際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)為，RFID是繼無線通信之后的又一次信息技術(shù)革命，由此產(chǎn)生的科學(xué)意義和應(yīng)用價值將是巨大的。無線射頻識別技術(shù)目前已經(jīng)得到比擬廣泛的應(yīng)用，但在新技術(shù)不斷成熟的背景下，RFID系統(tǒng)的應(yīng)用*圍僅用于單一系統(tǒng)，如學(xué)校食堂消費(fèi)、公交刷卡，或出入大門，每個系統(tǒng)都有各自的電子讀卡

5、器，即使有互聯(lián)互通，也是少數(shù)。不僅如此，在管理自己的業(yè)務(wù)時，只對數(shù)據(jù)進(jìn)展了最初級的使用，由此產(chǎn)生的社會價值極其有限。這些問題極大地制約著RFID技術(shù)的開展和價值。而對于分布廣泛的RFID數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是海量的。RFID的技術(shù)原理圖如圖1所示，RFID的工作原理圖如圖2所示。2 校園一卡通系統(tǒng)組成與功能分析2.1 系統(tǒng)組成校園一卡通系統(tǒng)的總體方案設(shè)計如圖3所示。該方案利用云效勞和云計算支持 教育云平臺，構(gòu)建開放式教學(xué)平臺，支持教師的在線/離線式教學(xué)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)散思維能力的培養(yǎng)和智慧校園的開展，充分利用云計算帶來的效勞為教學(xué)提供共享資源，提高教育質(zhì)量。以數(shù)據(jù)驅(qū)動的業(yè)務(wù)支撐效

6、勞，輔以校園人工管理，推進(jìn)宿舍公寓、生活效勞、充值消費(fèi)、圖書借閱、教學(xué)與課堂、系統(tǒng)公共平安管理等領(lǐng)域的業(yè)務(wù)協(xié)同系統(tǒng)建立，推動高效、客觀、精簡、公開的教育運(yùn)作模式，向校園提供全方位、高質(zhì)量的管理效勞。2.2 各區(qū)功能分析2.2.1 數(shù)據(jù)處理中心數(shù)據(jù)處理中心是園區(qū)核心計算和業(yè)務(wù)運(yùn)營的支撐，負(fù)責(zé)收集、處理和分析各個子系統(tǒng)傳送過來的數(shù)據(jù)，主要功能包括存儲、計算、分析和響應(yīng)二級響應(yīng)四個局部，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理與運(yùn)營，提供持續(xù)可靠的效勞。2.2.2 充值消費(fèi)子系統(tǒng)通過學(xué)校后勤處設(shè)立的一卡通管理中心，實現(xiàn)學(xué)生的一卡通充值、消費(fèi)和維護(hù)，管理學(xué)生、食堂商家、購物中心、零售店與一卡通管理中心消費(fèi)結(jié)算和財務(wù)數(shù)據(jù)處

7、理，實現(xiàn)消費(fèi)者、商戶與管理者的有機(jī)、良性結(jié)合。學(xué)生只需持一*經(jīng)過授權(quán)的電子白卡，即可完成充值和消費(fèi)，而系統(tǒng)在后臺強(qiáng)大的軟件環(huán)境和完善的硬件根底上完成信息的加工處理。后臺數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一進(jìn)展RFID卡的發(fā)行、授權(quán)、取消、掛失、充值等工作，并可查詢、統(tǒng)計、清算、打印消費(fèi)相關(guān)信息。2.2.3 生活區(qū)子系統(tǒng)生活區(qū)包括食堂、超市、效勞區(qū)和運(yùn)動場所，其特點(diǎn)是人流量大，交易量大，重點(diǎn)在消費(fèi)和支付方面，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是巨大的，同時也存在諸多平安隱患，加密的RFID卡可綁定個人信息和消費(fèi)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)平安審查，防止盜刷，確保資金平安。2.2.4 校舍區(qū)子系統(tǒng)校舍平安一直是長期困擾管理者的癥結(jié)，每學(xué)期都可能會發(fā)生多起偷盜、欺

8、詐、非法闖入等惡性事件。配備了無線射頻識別技術(shù)的電子系統(tǒng)，可對每個出入的行人做身份檢測，假設(shè)無卡則無法進(jìn)入。對于校園公共場所，如教室、閱覽室，亦可實行同樣的技術(shù)管理作用，對出入身份認(rèn)證加強(qiáng)了管理。2.2.5 教學(xué)區(qū)子系統(tǒng)對于涉及校園與班級的活動，如上下課點(diǎn)名、簽到、機(jī)考認(rèn)證、比賽過程記錄等，不僅要求必要的身份認(rèn)證，還可實現(xiàn)活動記錄、上課監(jiān)測、報警管理以及平安越界等行為檢測，把教和學(xué)的過程數(shù)字化，活動網(wǎng)絡(luò)化，以實現(xiàn)數(shù)字校園、數(shù)字班級、數(shù)字管理的目標(biāo)。2.2.6 圖書館子系統(tǒng)大學(xué)圖書館是一個專門用于收集、整理、保存、傳播文獻(xiàn)并提供科學(xué)、文化、教育和科研的龐大機(jī)構(gòu)。文獻(xiàn)是圖書館開展一切學(xué)習(xí)和科研工作

9、的物質(zhì)根底，而圖書館子系統(tǒng)是由信息源、信息管理者、信息用戶、信息處理器組成的綜合系統(tǒng)，是一個能進(jìn)展信息收集、加工、保存、傳遞、使用和維護(hù)的系統(tǒng)。利用信息監(jiān)測手段，實現(xiàn)學(xué)生借閱管理，幫助學(xué)校圖書館實現(xiàn)文獻(xiàn)信息化管理。2.2.7 園區(qū)平安子系統(tǒng)園區(qū)平安子系統(tǒng)以維護(hù)校園公共平安為目的，運(yùn)用平安設(shè)備構(gòu)成出入口檢測系統(tǒng)、消防平安檢測系統(tǒng)、緊急平安響應(yīng)系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)；由這些子系統(tǒng)組合成完備的電子平安系統(tǒng)，集中分析和處理各種敏感數(shù)據(jù)、信息，為園區(qū)平安提供有力保障。2.3 節(jié)點(diǎn)功能分析2.3.1 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)在每個節(jié)點(diǎn)安裝RFID接收器，主要包括各個生活和學(xué)習(xí)場所、食堂、超市、寢室、教室和機(jī)房等，這些節(jié)點(diǎn)

10、分布都是學(xué)生必經(jīng)的路徑點(diǎn)，在這些地方設(shè)立卡點(diǎn)，采集到個人行為在*時刻的數(shù)據(jù)，獲取到關(guān)鍵鏈路的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。2.3.2 數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)主要包括一卡通管理中心、圖書閱覽管理中心等，這些均由RFID讀寫器組成，負(fù)責(zé)對RFID獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)展讀、寫操作等數(shù)據(jù)交換工作，對頻繁涉及到的場所設(shè)置自動響應(yīng)裝置。2.3.3 校園云平臺負(fù)責(zé)所有的云計算、數(shù)據(jù)處理和功能實現(xiàn)，主要由數(shù)據(jù)效勞器、應(yīng)用效勞器和Web效勞器組成，數(shù)據(jù)效勞器負(fù)責(zé)處理RFID的交換信息，應(yīng)用效勞器處理響應(yīng)事件，Web效勞器負(fù)責(zé)給對象反應(yīng)處理結(jié)果，形成三位一體的系統(tǒng)。3 一卡通關(guān)鍵技術(shù)及數(shù)據(jù)處理流程校園一卡通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)包括校園一卡通R

11、FID的選型與規(guī)*、RFID數(shù)據(jù)加解密與平安傳輸、數(shù)據(jù)處理流程。3.1 校園一卡通RFID的選型與規(guī)*從技術(shù)成熟度與讀寫器本錢來看，把高頻段的13.56 MHz讀寫系統(tǒng)作為本系統(tǒng)首選，進(jìn)而對電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)進(jìn)展規(guī)*要求，對信息長度進(jìn)展統(tǒng)一，防止冗余和出錯，規(guī)*過濾和處理過程，RFID數(shù)據(jù)的讀寫過程如圖4所示。3.2 RFID數(shù)據(jù)的加解密與平安傳輸數(shù)據(jù)加密和解密伴隨著數(shù)據(jù)的全部傳輸過程，其常用的TEA算法Tiny Encryption Algorithm，一種小型的對稱加密解密算法每次可操作64位數(shù)據(jù)，采用128位密鑰，經(jīng)過64次迭代的形式進(jìn)展，圖5所示為TEA算法的循環(huán)過程，其中+表示求和，表示

12、異或，y表示右移y位。首先采用半導(dǎo)體電子白卡讀取控制密碼的加密信息，對存入卡中的數(shù)據(jù)進(jìn)展加密，其結(jié)果用Data_New表示為：Data_New=BATEAKey，n，Data式中，Key為密鑰，n為數(shù)組元素的個數(shù)，Data是*個扇區(qū)的數(shù)據(jù)，而Key可動態(tài)的進(jìn)展變化，BATEA為改良的TEA算法，整個傳入路徑如圖6所示。3.3 數(shù)據(jù)處理流程RFID數(shù)據(jù)流與處理方式如圖7所示。4 結(jié) 語系統(tǒng)從無線射頻識別的技術(shù)原理和特點(diǎn)入手，結(jié)合大學(xué)校園綜合分布的特點(diǎn)和人員流動性質(zhì)，對RFID進(jìn)展了選型和技術(shù)分析，選擇符合系統(tǒng)的設(shè)備型號，并從智慧校園建立方向進(jìn)展了研究和剖析，得出了一種基于RFID技術(shù)的設(shè)計方案，

13、把學(xué)生的消費(fèi)數(shù)據(jù)、生活數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)條理化、規(guī)*化、數(shù)字化，大大提高了數(shù)字化管理的效率，促進(jìn)了正常的生活、教學(xué)和研究，同時也加強(qiáng)了校園平安建立。此舉為建立智慧校園打下了堅實的根底，真正做到了網(wǎng)絡(luò)校園、數(shù)字校園、平安校園和智慧校園。參考文獻(xiàn)1李站懷，聶艷明，陳群，等.RFID數(shù)據(jù)管理的研究進(jìn)展J.中國計算機(jī)協(xié)會通訊，2007，32：32-39.2李奇，馬忠梅，*非易，等.校園一卡通管理系統(tǒng)的構(gòu)建及主要模塊設(shè)計J.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，201111：59-62.3吳唏，馬瑞，李星光. RFID系統(tǒng)及其在圖書館中的應(yīng)用J.圖書館論壇，2005，251：4-8.4曹躍紅，李昂，唐璐.智能校園一卡通跨

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