基于RFID和校園一卡通的智能校園網

【摘要】射頻識別（RFID）中無線射頻網絡的教學信息化管理系統(tǒng)發(fā)展比較緩慢，但隨著以人為主的發(fā)展理念和注重學生自身發(fā)展情況的現(xiàn)狀，加強智能教學管理成為各高校的主要任務。針對此問題，提出一種基于RFID的高校教學管理方案，從實際出發(fā)，確定管理系統(tǒng)的主要功能模塊，結合校園一卡通體系建設提升高校教學管理質量，并通過試運行期對數(shù)據(jù)的監(jiān)測和反饋師生們的意見，并提出改進措施。

【關鍵詞】射頻識別;數(shù)據(jù)采集;無線網絡;一卡通

1.引言

校園一卡通系統(tǒng)指的是將“一卡通”系統(tǒng)架構在校園網上，以感應式射頻IC卡為媒介，搭建提供身份識別與電子支付服務功能的系統(tǒng)平臺，以及架構在該平臺上的各種信息化應用系統(tǒng)。校園一卡通系統(tǒng)與數(shù)字化校園的運行網絡同屬于校園網，且校園一卡通系統(tǒng)的部分功能為數(shù)字化校園提供共享數(shù)據(jù)和管理服務。所以，數(shù)字化校園與“一卡通”系統(tǒng)關系緊密校園一卡通系統(tǒng)是數(shù)字化校園的基本組成部分。

提出一種基于RFID的高校教學管理方案，從實際出發(fā)，確定管理系統(tǒng)的主要功能模塊，結合校園一卡通體系建設提升高校教學管理質量，并通過試運行期對數(shù)據(jù)的監(jiān)測和反饋師生們的意見，并提出改進措施。

2.RFID理論

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。從概念上來講，RFID類似于條碼掃描，對于條碼技術而言，它是將已編碼的條形碼附著于目標物并使用專用的掃描讀寫器利用光信號將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器;而 RFID則使用專用的 RFID讀寫器及專門的可附著于目標物的 RFID 標簽，利用頻率信號將信息由 RFID標簽傳送至 RFID讀寫器。一套完整的RFID設備通常包括讀寫器和一個或多個天線以及包含數(shù)據(jù)信息的標簽。

RFID是一項易于操控，簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應用技術。它不需要接觸可以在一定距離之外進行數(shù)據(jù)讀寫;具有輪詢功能;可以主動識別移動中的標簽;不受阻擋物的阻擋干擾;相比較GPS可以在野外正常工作。

3.基于RFID和校園一卡通的高校教學管理方案

3.1 系統(tǒng)概述

基于RFID的智能校園信息平臺建設主要是利用校園現(xiàn)有無線網絡的基礎上集成無線RFID網絡，將校園一卡通平臺與校園教務平臺相結合，既能滿足高校的選課等需求同時可以統(tǒng)計學生在體育鍛煉、營養(yǎng)情況和上課情況。其中校園有線網絡是該平臺系統(tǒng)的主干網絡，基于RFID的射頻無線網絡是旁支網絡主要負責將一卡通讀卡設備和主干網絡連接。

圖1 系統(tǒng)網絡拓補圖

如圖1所示，該系統(tǒng)主要分為三類不同角色用戶：教師用戶、學生用戶和管理員用戶（包括主系統(tǒng)管理用戶和子系統(tǒng)管理用戶）。基于RFID的智能校園信息平臺主系統(tǒng)管理端與子系統(tǒng)管理端通過有線網絡進行連接，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一從子系統(tǒng)管理端匯總至主系統(tǒng)，在本系統(tǒng)中所有的IC卡讀卡終端全部安裝RFID模塊，將采集到的學生食堂打飯信息數(shù)據(jù)、體育鍛煉信息數(shù)據(jù)及上課信息數(shù)據(jù)并通過RFID模塊將上傳至分別的子系統(tǒng)管理端，再由子系統(tǒng)管理端通過有線的校園網絡上傳至主系統(tǒng)管理端。

3.2 管理系統(tǒng)需求

1）用戶管理

主系統(tǒng)下用戶可以對自己的用戶名和密碼進行管理，包括對用戶名及密碼的設置、修改、刪除、更新等操作。主系統(tǒng)管理員可以對教師及學生用戶進行權限管理。還包括對登錄系統(tǒng)的相應客戶基本信息管理包括：修改基本信息、刪除基本信息。基本信息包括姓名、性別、家庭住址、聯(lián)系電話、電子郵件等。

2）選課管理

在主系統(tǒng)下可以進行學期課程的選擇，教師用戶將自己上課信息及個人信息上傳至服務器，主系統(tǒng)管理員將信息整理并且發(fā)布選課信息表，學生用戶登錄系統(tǒng)后在相應模塊進行選課，選取相應教師及課程。

3）采集數(shù)據(jù)管理

通過RFID模塊進行無線網絡數(shù)據(jù)收發(fā)，首先一卡通管理終端將每日學生在食堂用餐情況、體育場鍛煉情況采集并且通過RFID模塊將數(shù)據(jù)上傳至智能校園信息平臺子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)將多個終端模塊采集數(shù)據(jù)匯總至主系統(tǒng)。主系統(tǒng)將數(shù)據(jù)記錄存儲到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，經過處理函數(shù)將采集數(shù)據(jù)整理到系統(tǒng)。供用戶回來進行查詢。

4）校園信息發(fā)布管理

用戶在本系統(tǒng)平臺登陸后可以查看系統(tǒng)管理的信息，包括選課通知、教務通知、校園內活動通知等。主系統(tǒng)管理員可以在系統(tǒng)上發(fā)布信息，并且進行發(fā)布信息的刪除、修改等操作。

5）教育資源管理

學生用戶可以在系統(tǒng)平臺下進行相關教育資源的下載，為學習提供相應資料，教師用戶將相關的教育資源進行上傳，管理員用戶則在系統(tǒng)平臺下對教師上傳資源進行審核并發(fā)布相關教育資源。

6）校園比賽管理

該平臺下可以提供為校園運動會等校內比賽管理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)下管理員用戶對賽事進行發(fā)布對比賽項目進行管理，學生教師用戶可以在系統(tǒng)平臺上進行項目的報名。

7）一卡通管理

平臺系統(tǒng)對校園一卡通進行管理，包括初始化IC卡、寫卡、更改卡信息、對IC卡充值管理、掛失等操作。學生及教師用戶可以進行IC卡申請。

3.3 系統(tǒng)設計

3.3.1 系統(tǒng)方案

智能校園信息管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)與信息平臺進行交互的實現(xiàn)均是基于RFID技術。在數(shù)據(jù)采集方面智能校園信息管理系統(tǒng)體系，在基于RFID技術下可以實施真正意義上的智能一卡通。把需要采集的數(shù)據(jù)在一個完善的平臺上有機結合，進行完整數(shù)據(jù)傳輸，共用一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。其主要可以解決本系統(tǒng)易維護性高的要求：以往校園管理中需要對管理人員、卡及設備進行管理和配置，以及人工的數(shù)據(jù)錄入。但在基于RFID系統(tǒng)下可以通過安裝在食堂、教室、操場等地方的讀卡器將數(shù)據(jù)采集然后進行管理、維護。按照相應的數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)分析保存。

圖2 RFID采集模塊的布局設計

數(shù)據(jù)采集得到后通過相應的軟件平臺將數(shù)據(jù)分析解決，在智能校園數(shù)據(jù)采集管理平臺上將數(shù)據(jù)分析，以人性化界面的方式呈現(xiàn)給最終用戶。系統(tǒng)最終實現(xiàn)在RFID技術下將硬件設備（讀卡器、數(shù)據(jù)采集器）與軟件管理平臺（智能校園管理軟件和采集數(shù)據(jù)庫）結合在一起，可以有效地分析掌握學生在校園的營養(yǎng)、鍛煉和學習情況，并且根據(jù)相應的信息進行合理的分析。更好的體現(xiàn)本系統(tǒng)的智能化的特點。

3.3.2 RFID采集模塊設計

RFID采集模塊主要采集學生營養(yǎng)健康情況的信息、鍛煉身體情況的信息和上課情況的信息。采集模塊具有非接觸式IC卡的識別功能和RFID無線傳輸數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)存儲功能。可以及時將數(shù)據(jù)上傳至管理系統(tǒng)平臺。本系統(tǒng)組要設計在每個教室安裝一臺數(shù)據(jù)采集讀卡器、體育場進口處安裝一臺數(shù)據(jù)采集讀卡器、食堂售飯口安裝一臺數(shù)據(jù)采集讀卡器。RFID采集模塊布局設計如圖2所示。

在智能化校園管理系統(tǒng)中，在教室數(shù)據(jù)采集讀卡器采集數(shù)據(jù)后，首先接入上課情況管理數(shù)據(jù)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)建設在教務處由RFID射頻接收模塊將學生上課簽到數(shù)據(jù)情況進行存儲，再按照相應IC卡號和學生編號將數(shù)據(jù)插入。在體育場數(shù)據(jù)采集讀卡器采集數(shù)據(jù)后首先接入鍛煉情況管理數(shù)據(jù)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)建設在教務處由RFID射頻接收模塊將學生鍛煉簽到數(shù)據(jù)情況進行存儲，再按照相應IC卡號和學生編號將數(shù)據(jù)插入。在食堂數(shù)據(jù)采集讀卡器采集數(shù)據(jù)后首先接入打飯情況管理數(shù)據(jù)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)建設在教務處由RFID射頻接收模塊將學生打飯簽到數(shù)據(jù)情況進行存儲，再按照相應IC卡號和學生編號將數(shù)據(jù)插入。

3.3.3 運行實施及意見反饋

本系統(tǒng)通過RFID技術的無線組網，將傳統(tǒng)的校園有線網絡擴展到無線網絡上，用來實現(xiàn)對安裝到教室、體育場和食堂的數(shù)據(jù)采集終端所收集的數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)管理平臺上。進行智能化的數(shù)據(jù)解析，將得到的數(shù)據(jù)存儲到管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)平臺也可以實現(xiàn)選課管理、多媒體資源管理及體育比賽等相應模塊。

本系統(tǒng)可以在以下方面改進：（1）通過該套系統(tǒng)方便學生和教師進行選課。（2）對于運動會可以避免以往的人工報名、人工安排時間、記錄成績的不便，采用網絡報名并且自動生成參賽表和成績表。（3）便于學校教務中心及時掌握教學情況，減少疏漏。（4）采用IC卡校園一卡通的管理便于督促學生進行體育鍛煉和對學生營養(yǎng)的監(jiān)控。（5）系統(tǒng)便于擴展和維護。

本論文論述該系統(tǒng)主要以以教學管理為核心進行分析，通過幾大模塊的設計完成對高校教學管理系統(tǒng)的設計開發(fā)，為我國的教學管理事業(yè)貢獻一份力量。

4.結論

建立基于RFID平臺下的智能校園管理平臺，以先進性為原則，面向用戶進行功能開發(fā)，可以減少教學管理工作中人力、物力的投入。本系統(tǒng)的建立不僅僅是一種簡單的勞動強度的減輕，它還是教學管理體制改革的具體體現(xiàn)。通過RFID技術的無線組網，將傳統(tǒng)的校園有線網絡擴展到無線網絡上，用來實現(xiàn)對安裝到教室、體育場和食堂的數(shù)據(jù)采集讀卡器所收集的數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)管理平臺上，進行智能化的數(shù)據(jù)解析，將得到的數(shù)據(jù)存儲到管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)平臺也可以實現(xiàn)選課管理、多媒體資源管理及體育比賽等相應模塊。

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作者簡介：周忠華（1978—），男，湖南益陽人，工學碩士，廣東財經大學實驗師，研究方向：計算機網絡。