利用半有源RFID技術實現室內學習時間統計

利用半有源RFID技術設計了一個系統，系統由三個射頻標簽讀寫器、一批半有源射頻標簽、一臺安裝有室內學習時間統計軟件的管理計算機、一個閘機組成。使用一組雙射頻標簽讀寫器記錄射頻標簽被讀取的信息，通過一定算法，實現室內學習時間統計。

半有源RFID室內學習時間統計在成人教育中，學生來到教室上課往往自由度比較大，或遲到或早退或中途離開教室。這些導致管理上的困難，教師在上課過程中無法對如此之多的學生行為進行登記和統計。采用一個方便快捷的方法來管理這個問題，使用一個自動化的系統來統計室內學習時間。

一、研發背景

社會不斷進步，教育形式呈現多樣化特點，成年教育蓬勃發展。成年教育往往出現一個弊端，就是學習者以拿文憑為主，只注重考試內容以應付考試。

在當代高科技的背景下，各行各業都在探索如何利用新的技術為社會主義建設服務。例如圖書館，借助信息化進行改造。在服務模式、新技術應用方面進行了多項探索。作為成人教育的機構，也在探索如何監控學生教室學習時間。

RFID（Radio Frequency Identification）是一種無線射頻識別技術，它是自動識別技術的一種。可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。識別工作無需人工干預，并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。系統基本器件包括射頻標簽讀寫器與射頻標簽。讀寫器與標簽之間的射頻信號通過空間耦合實現無接觸信息傳遞。其中半有源射頻標簽能夠近距離激活定位，遠距離識別及上傳數據。 采用半有源射頻標簽的系統稱半有源RFID產品。

二、系統設計

1.總體設計

如果只是在教室門口設置一個射頻標簽讀寫器，學生攜帶射頻標簽經過門口而沒有進入教室同樣被記錄到。定點單射頻標簽讀寫器設計，無法對方向性進行監控，如果應用雙射頻標簽讀寫器設計，可以實現更好的功能。因此在教室的門外設置一小段門欄，學生出入教室必須經過該門欄。通過門欄依次設置射頻標簽讀寫器1、閘機、讀寫器2。學生攜帶射頻標簽進入教室，首先經過讀寫器1位置，射頻標簽被讀取，數據傳到管理處的管理計算機，識別并記錄后打開閘機，學生通過閘機，閘機自動關閉。學生經過讀寫器2位置進入教室，射頻標簽被讀取，數據傳到管理處的管理計算機，識別并記錄。

學生離開教室，類似的流程是學生攜帶射頻標簽離開教室，首先經過讀寫器2位置，射頻標簽被讀取，數據傳到管理處的管理計算機，識別并記錄后打開閘機，學生通過閘機，閘機自動關閉。學生經過讀寫器1位置離開，射頻標簽被讀取，數據傳到管理處的管理計算機，識別并記錄。

在管理處是安裝有室內學習時間統計軟件的管理計算機和射頻標簽讀寫器3。讀寫器3的作用是平時管理射頻標簽，給學生分發射頻標簽和回收射頻標簽。

管理計算機上的室內學習時間統計軟件統計記錄，生成學生一門課程的教室上課學習時間，判斷是否達到該課程對學生上課時間的要求。系統總設計圖如圖1所示。

2.軟件設計

室內學習時間統計軟件包括射頻標簽讀寫器管理功能、閘機控制功能、射頻標簽管理功能和時間統計功能。

射頻標簽讀寫器管理功能主要是讀寫器變更、暫停或啟動某個讀寫器。閘機控制功能有設置控制方式為射頻標簽驅動閘機或者當不需要統計數據的時候讓閘機常開。射頻標簽管理功能有分發射頻標簽、信息維護。

時間統計功能，每個學生對應一個射頻標簽。學生信息包括各門課程和課程上課學期。課程包括具體的上課時間地點以及最小上課時間。軟件到了某門課程上課時間，開啟對應教室的閘機控制方式為射頻標簽驅動，并在數據庫讀取上課的學生名單和對應射頻標簽信息，系統進入統計時間狀態。

統計時間算法如下：每個應該上課學生的射頻標簽，在讀寫器1讀取的記錄為A記錄，在讀寫器2讀取的記錄為B記錄，記錄包括射頻標簽ID、學生學號、課程編號、讀取時間。A記錄首次出現、B記錄1分鐘內相繼出現為一個成功進入教室的AB記錄，這時候刪除A記錄和B記錄生成一個AB記錄，讀取時間為B記錄的時間。B記錄首次出現、A記錄1分鐘內相繼出現為一個成功離開教室的BA記錄，這時候刪除A記錄和B記錄生成一個BA記錄，讀取時間為A記錄的時間。單獨的A記錄、B記錄出現一分鐘后自動刪除。

學生首次進入教室產生一個AB記錄，最后離開教室產生一個BA記錄，這兩個記錄的時間差就是上課總時間。如果中途離開返回教室就會產生一組BA記錄、AB記錄，這兩個記錄的時間差就是一個中途離開時間。把上課總時間減去所有的中途離開時間就是上課凈時間，并記錄在該學生對應課程上課時間里。

一段時間，例如半學期，統計各課程的學生上課時間如果達不到該課程最小上課時間的一半，將對學生提出警告。一學期結束，統計各課程學生上課時間如果達不到該課程最小上課時間，將不予參加該課程考試，并須在下學期重新選修該課程。

三、系統特點

（一）自動化程度高和時間累積精準性好

某些系統采用指紋打卡機系統來統計學生教室學習時間，學生到達的時候打一次指紋，離開的時候打一次指紋，學生有時候忘記打指紋了。本系統設置閘機，所有學生上課必須攜帶射頻標簽，射頻標簽可以粘貼在學生證上或者放在錢包里，隨身攜帶。只要管理計算機設置好，學生攜帶了射頻標簽，時間的統計是自動化進行的。由于在時間統計過程中，減掉了中途離開教室的時間，時間累積精準性好，極大的限制了上課過程中學生離開教室的次數和時間。

（二）半有源RFID技術易于操控和簡單實用

有些系統采用近距離接觸式識別類介質來統計時間，例如無源RFID產品，這樣的系統一次只能讀取一個卡，讀卡時間相對長，同時到達教室學生人數多的時候甚至造成擁擠。半有源RFID產品有著更快的反應速度，更好的效率。從而操控起來更加方便，使用過程更加實用。

四、結語

（一）系統存在的缺點

在成人教育普遍松散的大環境下，引入該系統有可能造成學生的抵觸情緒，需要規章制度的促進和規范。還有目前，教室環境千姿百態，改造必然帶來成本的壓力和實際的困難。

（二）系統改進和展望

全校部署該系統，集中管理處統籌管理，可以引入更多的輔助系統。在應用過程中，如能結合監控錄像系統，則可實現物品和人員的可視化管理，進一步調高管理水平和應急處理能力。新建的學校或者新的教學樓可以考慮在裝修過程中嵌入本系統，能夠取得更好的一體化效果。

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