基于RFID遠距離自動識別技術的校園考勤管理系統(tǒng)研究

姜 偉，李 勝(.合肥幼兒師范高等專科學校信息中心，安徽合肥 300；.馬鞍山職業(yè)技術學院電子信息系，安徽馬鞍山 4303)

基于RFID遠距離自動識別技術的校園考勤管理系統(tǒng)研究

姜 偉1，李 勝2
(1.合肥幼兒師范高等專科學校信息中心，安徽合肥 230011；2.馬鞍山職業(yè)技術學院電子信息系，安徽馬鞍山 243031)

本文針對在中小學最為突出的上學、放學考勤難等問題，以一種基于RFID遠距離自動識別技術的校園考勤管理系統(tǒng)應用為依據(jù)，給出無線傳感器和中間件技術在系統(tǒng)軟件中的應用。校園考勤管理系統(tǒng)由RFID門禁系統(tǒng)和監(jiān)控、面向?qū)W校的基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)、面向家長的校園出勤系統(tǒng)手機端平臺三部分組成，是物聯(lián)網(wǎng)技術、軟件技術和移動4G技術的有機融合。通過校園考勤管理系統(tǒng)，家長實時獲取學生出入校門信息，學校降低了學生考勤成本和風險，有益于“學校——教師——家長”之間的互動，有助于實現(xiàn)實時的校園安全自動化管理，提升校園安全管理效率。

物聯(lián)網(wǎng)；有源遠距離識別RFID

中小學學生缺乏自我管理能力，促使中小學教師和門衛(wèi)花費大量時間對到校學生進行考勤，家長因為無法立刻得知子女到校上課情況，往往也寧肯上班遲到，也要接送。

近年來，在射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術快速提升和成本大幅降低的背景下，RFID技術逐漸在物流管理、食品溯源、高速收費等領域成功應用并普及，將RFID技術應用到校園考勤系統(tǒng)，必將有力促進和諧校園的建設工作[1]。

本文所述系統(tǒng)采用RFID技術實現(xiàn)校園門禁考勤的智能自動化，是對當前最新最先進的計算機網(wǎng)絡信息技術和遠距離無線射頻識別技術(Long Distance Radio Frequency Identification)的一個高度集成和綜合運用。本系統(tǒng)通過主動上傳的基于UDP協(xié)議的NetRead系列通訊協(xié)議，達到了學生不用刷卡，通過遠距離非接觸式傳感技術，利用RFID讀寫器遠程自動讀取學生卡標簽的目的。校園門禁系統(tǒng)接收并處理這些信息，校園門禁系統(tǒng)有簡單方便、穩(wěn)定快速、可控性強的特征，為校園智能化管理提供安全準確的學生出勤信息。再依據(jù)這些信息建立：(1)面向?qū)W校的基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)；(2)面向家長的校園出勤系統(tǒng)手機端平臺(ios/Andriod)。基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)和手機端平臺共同實現(xiàn)了對學生的行蹤和出勤等情況的管制，保證了學生的安全和紀律的管理，實現(xiàn)現(xiàn)代校園的信息化。

1 本系統(tǒng)使用的相關技術

1.1 電子標簽的識別方式

當前讀寫器識別電子標簽的方式主要有三種：近距離人工刷卡、無源遠距離識別和有源遠距離識別(本系統(tǒng)采用)。在系統(tǒng)集成中，識別方式的選擇至關重要，將直接影響平安校園考勤管理系統(tǒng)的先進性和可靠性。

現(xiàn)將三種讀寫器識別電子標簽方式的優(yōu)劣進行分析。(1)近距離人工刷卡方式：采用高頻(HF)和低頻(LF)IC型電子標簽，識別范圍不超過15cm，常應用于公交卡、傳統(tǒng)門禁卡等電子標簽讀寫設備，用戶必須將電子標簽貼近讀卡器才能完成識別。雖然這種電子標簽識別率高且成本低廉，但是需要持電子標簽用戶排隊“刷卡”，如果應用于平安校園考勤管理系統(tǒng)，會導致每天進出校門高峰期時擁擠，拖長家長的接送時間，極易引發(fā)校園安全事故，屬于已經(jīng)被淘汰的識別方式。(2)無源遠距離識別方式：采用超高頻(UHF)頻段以915M為主的無源ID型電子標簽，讀卡設備識別范圍達到10m2，能有效地解決近距離人工刷卡方式識別效率低的問題。但是，無源遠距離識別方式仍存有很多缺陷，比如：無源電子標簽必須正對讀卡器天線且不能有人體或者金屬物遮擋，電子標簽不能緊貼人體，電子標簽與金屬物混放會干擾識別,當識別流量過大時也會產(chǎn)生較高誤碼率。這些缺陷的存在，使得這一技術難以應用于校園考勤。(3)有源遠距離識別方式：本技術以2.4～2.48G頻段為主，采用有源的讀卡器設備和電子標簽。此識別方式可輕松識別50m半徑范圍的有源電子標簽，支持200個電子標簽的實時并發(fā)識別，并且有源電子標簽無懼人體、背包、金屬的遮擋，抗干擾性強，在學生每天進出校門高峰期時依然能保證接近100%的讀取準確率。因此，有源遠距離識別方式技術比較成熟，非常適用于校園安全領域[2]。

1.2 NetRead系列通信協(xié)議與調(diào)試工具

NetRead系列通訊協(xié)議為主動式上傳的UDP工作模式。尤其適合高速移動的目標、亦可在極短時間內(nèi)進行多標簽的快速識別與數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)性能已滿足校園考勤項目的實際應用需求。

調(diào)試工具各功能(圖1)參數(shù)定義：

電腦端口：電腦端的數(shù)據(jù)接收通訊端口，默認值32500。

設備編號：讀寫器設備的編號。若多臺設備聯(lián)網(wǎng)則應保證同網(wǎng)唯一性。

標簽速率：電子標簽無線發(fā)射信號的空中傳送速率。

標簽類型：電子標簽的種類。

CRC校驗：CRC取消=不進行通訊校驗，CRC允許=進行通訊校驗。

發(fā)射增益(0-3)：0-3//用于調(diào)節(jié)讀寫器往標簽發(fā)送數(shù)據(jù)時的信號發(fā)射強度。

接收增益(00-1F)：0-31//調(diào)節(jié)接收標簽數(shù)據(jù)時的靈敏度，直接用于調(diào)節(jié)標簽識別距離。

蜂鳴開關：0=關閉蜂鳴器，1=開啟蜂鳴器//讀到標簽時，以聲音提示。

上傳間隔：讀寫器上傳數(shù)據(jù)的時間間隔。默認為0.0s，即不加延時實時上傳。

過濾時長：0=不進行過濾全部實時送出，過濾時間范圍1～254對應1s～254s。

圖1 NetRead調(diào)試工具及功能設置

2 平安校園考勤管理系統(tǒng)設計

目前，多數(shù)中小學的校園信息管理系統(tǒng)僅具備發(fā)布學校信息的功能。對于學生到校是否遲到、曠課、早退等情況，班主任和家長之間只能通過電話、手機等通信工具取得聯(lián)系。教師本來就要管理諸多學生，再加上班主任大多還要身兼授課任務，如果每天逐一與家長進行電話溝通確實分身乏術。學校——教師——班主任之間無法實現(xiàn)及時有效的信息溝通，家長難以實時掌握孩子的到校、離校信息。管理效率低、成本高、功能有限等問題普遍存在于傳統(tǒng)校園考勤管理系統(tǒng)中。

在信息技術高速發(fā)展的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術特別是遠距離無線射頻識別技術得到了長足的發(fā)展與實際應用，這些都為建立功能全面的校園考勤系統(tǒng)提供了技術支持。平安校園考勤管理系統(tǒng)結(jié)合計算無線通訊技術和RFID射頻識別技術，打造出：面向?qū)W校的基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)和面向家長的校園出勤系統(tǒng)手機端平臺(ios/Andriod)。平安校園考勤管理系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 平安校園考勤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 平安校園考勤管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 門禁系統(tǒng)

如圖3所示，每個學校門禁都安裝一臺低頻定位器，每臺定位器引出2路低頻激活天線，稱為1號天線和2號天線，將2路激活天線分別放置在門禁內(nèi)外兩側(cè)，在門禁旁邊，由一臺2.4G遠距離讀寫器作為信號接收器。當學生佩戴有源RFID標簽進入門禁時，1號天線和2號天線會依次激活，系統(tǒng)會辨識學生進入門禁，反之，系統(tǒng)會辨識為學生離校[3]。在學生進出門禁時，懸掛于門禁附近合適位置的監(jiān)控設備會同時截屏，這樣就完成了整個門禁系統(tǒng)對學生進出判斷的管理。

圖3 門禁系統(tǒng)

3.2 面向?qū)W校的基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)

班主任和教師通過門禁考勤系統(tǒng)，清楚了解學生的出勤情況，并且通過常規(guī)班級管理，及時對特殊情況(請假、學校活動等)加以備注；校方得到了分別由門禁考勤系統(tǒng)和班主任、教師備注兩方面組成的全面的考勤信息。

3.3 面向家長的校園出勤系統(tǒng)手機端平臺(ios/Andriod)

校方可以通過平臺發(fā)布校園公告，如學習、考試、體檢、作業(yè)信息等；家長則可以通過平臺了解到學生的出勤情況和校園公告。在家長的手機端平臺中，家長在加入平臺時需要通過身份驗證，這樣學生每天出入門禁的情況(出入門禁情況和監(jiān)控設備截屏)就會以實時彈出式公告出現(xiàn)在學生家長的手機通知欄中。

4 平安校園考勤管理系統(tǒng)的優(yōu)勢

平安校園考勤管理系統(tǒng)的應用適用于上學放學出入門禁人流集中的中小學，學生只需要佩戴帶有RFID標簽的出入卡，門禁系統(tǒng)就可以實時獲取學生的出入校門信息并將信息同步至數(shù)據(jù)庫，家長通過校園出勤系統(tǒng)手機端平臺實時了解學生出入門禁情況和學校公告信息；班主任在實時了解本班出入門禁情況，還可以對特殊情況加以備注；學校在考勤系統(tǒng)中可以獲得添加備注的各個班級學生出勤情況的詳細資料，為學校對班級的垂直管理提供了方便，同時通過校園出勤系統(tǒng)手機端平臺，學校可以將學校的公告等直接傳遞給學生家長，可以大幅減少學生處、教務處等學校管理人員的工作量。

5 結(jié)語

基于RFID遠距離自動識別技術的校園考勤系統(tǒng)對于有效解決校園考勤工作瑣碎、繁重等問題意義重大，并且有力促進智慧校園綜合網(wǎng)絡建設。通過校園門禁管理、基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)、校園出勤系統(tǒng)手機端平臺(ios/Andriod)應用，起到了學校——教師——家長的紐帶作用，增加了彼此之間的信任，減少了重復的工作量。可視化校園綜合管理平臺的初步建立是全新智能化校園的奠基。

[1]王秀平.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的校園安防系統(tǒng)設計[J].實驗技術與管理,2011(8):103-106.

[2]李勝,呼家龍,李俞.RFID智慧校園安防管理系統(tǒng)研究與應用[J].現(xiàn)代教育技術,2013(3):95-99.

[3]RFID世界網(wǎng).RFID校園考勤管理系統(tǒng)解決方案[EB/OL].(2015-04-01)[2016-05-07].http://project.21csp.com.cn/C181/201504/7455.html.

[4]游戰(zhàn)清,李蘇劍.無線射頻識別技術(RFID)理論與應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[5]許毅.無線傳感器網(wǎng)絡原理及方法[M].北京:清華大學出版社,2012:162.

A Study on the Campus Attendance Management System Based on RFID Long-Distance Automatic Identification Technology

JIANG Wei1，LI Sheng2

(1. Information Centre, Hefei Preschool Education College, HeFei Anhui 230011,China;2. Electronic Information System, Ma’anshan Technical College, Ma’anshan Anhui 243031,China)

Aiming at solving attendance difficulties in primary and middle schools, this paper proposes a campus attendance management system based on RFID long-distance automatic identification technology to describe applications of wireless sensor and middleware technologies in system software. The campus attendance management system is composed of an RFID access control system and monitoring, a campus attendance system based on the B/S architecture for the school, and a mobile platform of the campus attendance system for parents. It organically integrates the Internet of Things (IOT), software technology and mobile 4G technology. Through the campus attendance management system, parents can obtain information about students’ entering and leaving the campus in real time and the school can reduce student attendance costs and risks. This is beneficial to the interactions among the school, teachers and parents for automatic management of real-time campus security, thus improving the efficiency of campus security management.

Internet of things; RFID long-distance automatic identification technology

2016-10-10

安徽高校省級自然科學研究項目“基于RFID遠距離自動識別技術的校園安全管理系統(tǒng)研究與應用”(KJ2013Z314)。

姜 偉(1984- )，男，網(wǎng)絡工程師，講師，技師，從事計算機應用研究。

李 勝(1969- )，男，教授，碩士，從事計算機應用研究。

TP393.03

A

2095-7602(2017)04-0043-04