基于嵌入式及RFID物聯網技術的智慧校園系統設計與實現

巴音查汗　安鵬

摘 要： 傳統的智慧校園系統，面對不斷增長的信息，存在控制效率低以及安全性差的問題。基于該現象，設計并實現基于嵌入式及RFID物聯網技術的智慧校園系統。其由智能RFID感知模塊、網絡融合模塊、嵌入式硬件支持模塊、支撐站模塊、業務應用模塊以及綜合服務模塊構成。系統分別對這些模塊進行了設計和實現，完成校園的智能化管理。實驗結果表明，所設計嵌入式系統各項功能運行穩定，運行效率較高。

關鍵詞： 嵌入式技術； 物聯網技術； 智慧校園系統； 智能化管理

中圖分類號： TN915?34； TP393.18 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）16?0063?03

Abstract： The traditional wisdom campus system， in the face of growing information， exists the problems of low control efficiency and poor safety. In order to eliminate this phenomenon， a wisdom campus system based on embedded and RFID IOT technology was designed and implemented. It is composed of intelligent RFID perception module， network fusion module， embedded hardware support module， supporting station module， business application module and comprehensive service modules. These modules were designed and implemented respectively， and then the campus intelligent management was completed. The eExperiment result shows that the embedded system runs stably and efficiently.

Keywords： embedded technology； IOT technology； wisdom campus system； intelligent management

隨著嵌入式技術以及物聯網技術的快速發展，智能化管理方法在當前校園管理中的應用價值逐漸增強。傳統的智慧校園系統，面對不斷增長的信息，存在控制效率低以及安全性差的問題，不能為教師、學生以及管理人員提供智能的信息服務[1]。基于嵌入式技術和物聯網技術能夠塑造智慧校園系統，可增強校園設施的管理效率、提高教師授課質量、學生學習效率以及校園信息控制的安全性。

1 智慧校園系統設計與實現

1.1 系統架構

本文采用嵌入式和物聯網技術，設計出智慧物聯網系統架構，如圖1所示，其由智能感知模塊、網絡融合模塊、硬件支撐模塊、支撐站模塊、業務應用模塊以及綜合服務模塊構成[2]。智慧校園系統將物聯網中的RFID，EPC等不同的傳感器配件部署到教室、食堂、圖書館、實驗室等不同設施中，采用智慧校園網絡平臺相連，確保不同的信息在校園不同領域進行互通，對校園中的人和物進行智能化管理。

（1） RFID智能感知模塊。智能感知模塊的硬件結構圖如圖2所示。可以看出，其采用物聯網中的傳感器、智能手機、PDA等部件，基于智能感知平臺，通過RFID辨識、視頻提取等手段，對校園環境中的辦公室部件、宿舍部件、教室部件以及實驗室部件進行感知以及檢測。采用融合的網絡傳遞檢測到的結果，完成校園環境的智能控制。

（2） 網絡融合模塊。智慧校園中的網絡融合模塊采用物聯網中的網絡融合技術，融合校園中的有線網、互聯網、移動網絡等，完成不同網絡間信息的全面對接，確保校園中的人信息、物信息的暢通無阻傳輸[3]。采用一體化的信息控制方案，為智慧校園提供高效率、穩定的校園網絡環境。

（3） 硬件支撐模塊。該模塊采用VMware虛擬化手段，通過交換機、服務器以及存儲部件，實現智慧校園系統中大量信息的嵌入式存儲，對智慧校園系統中的大規模運算和存儲資源進行全方位控制。其中的交換機用于實現信息的傳輸，其由視頻器、基帶處理器、功放器以及存儲器構成，通過一塊電路板則完成所有的功能。系統設計的交換機采用德國西門子公司生產的集成電路板，其型號是TC35，能夠完成語言信號行業短消息的傳遞和結束。該集成電路板是雙頻頻段，可高效率地支撐數據、語言以及傳真的傳遞，包含RS 232接口以及語言接口，具有較高的電源范圍，其硬件結構圖如圖3所示。其由6個硬件構成，其中的基帶處理器是關鍵部分，能夠實現信息通信功能。

（4） 支撐站模塊。支撐站模塊依托于數字化校園系統內的軟件，設計出信息整合平臺以及應用整合開發平臺，對智慧校園系統中不同的身份信息、感知數據以及不同類型業務應用數據進行全方位控制。

（5） 業務應用模塊。不同的校園依據自身的特征塑造的業務應用也存在較大的差異，這些業務應用采用物聯管理實現聯網控制，主要包括校園一卡通、視頻監控、部件控制、處理和檢索歷史記錄等[4]。一卡通業務控制學生的一卡通和身份信息，從視頻監控模塊中能夠看到校園各監控站點的視頻圖像，采用部件控制模塊完成智慧校園的傳感器部分、門禁目標、警報器等部件的處理、檢索以及控制。視頻監控部分的硬件結構如圖4所示。基于校園安防需求，采用射頻技術和AT89S51型讀卡器，完成射頻辨識，并通過TC35模塊實現通信傳遞，采用液晶顯示屏呈現監控圖像，管理人員通過鍵盤完成視頻監控的及時調整。 其中，AT89S51核心芯片通過RS 232接口經TC35模塊完成信息交互。endprint

（6） 綜合服務模塊。綜合服務模塊是對智慧校園系統中的全部模塊進行統一管理，塑造控制決策站、自主學習站以及交流站等服務站，為校園中的教師、學生以及管理者提供綜合信息服務平臺。

1.2 智慧校園系統中各模塊的設計與實現

1.2.1 網絡融合模塊設計與實現

塑造校園物聯網系統是智慧校園系統的關鍵部分，塑造的物聯網系統應覆蓋校園教學樓、辦公樓、實驗室以及圖書館等區域，并且還在學生宿舍設置了1 800個AP，增益天線2 800多個，無線傳感器3 400多個，完善校園不同區域的物聯網的全面覆蓋，確保人們在校園的任何地方都可上網，實現校園信息的全面傳遞。

1.2.2 硬件支持模塊設計與實現

塑造校園物聯網主干網。塑造網絡部件的關鍵部分，部署多層交換機9306和核心交換機TC35，路由器NE40，將校園的出口帶寬提高到3 400 Mb/s，設置電信、聯通、移動以及教育網絡4個出口，通過防火墻對出口進行NAT變換以及向服務器提供帶寬服務[5]。將華為S13400以及S8204交換機當成核心控制器，對校園物聯網中的鏈路冗余以及復制進行控制，塑造的智慧校園網絡硬件拓撲如圖5所示。

塑造35個智慧教室。教師采用手機驅動教室管理平臺，在校園的教室中塑造高速無線網絡，為智慧教室中的不同職能部件提供網絡服務，確保教室和學生間進行信息的及時交流和互動[6]。智慧教室的集中聯網管理過程，需要驅動服務器對教室中的相關部件進行監測，并且通過服務器還可對不同智慧教室的運行情況進行檢索。

1.2.3 支撐站模塊設計與實現

支撐站模塊設計的校園信息標準規范如圖6所示。可以看出其包括智慧校園總體規劃、數據標準、技術標準、管理規范以及管理水平分析等的數據標準。

支撐站模塊還塑造統一數據平臺采用數據變換工具，消除數據中的噪聲、對數據進行分析和傳輸，完成不同業務系統中數據的共享以及交互[7]；塑造統一身份認證平臺是統一身份認證和接口平臺基于統一數據分析平臺，對不同應用系統進行統一認證，形成統一的應用系統接口以及集中認證接口技術規范，增強智慧校園的安全性。

2 實驗分析

2.1 系統有效性檢測

實驗對本文塑造的基于嵌入式及物聯網技術的智慧校園系統的性能進行檢測，某院校的物聯網技術、計算機網絡技術和信息安全技術3個專業的2013級以及2014級6個班186名同學對本文系統使用6周的操作情況進行檢查，并且在業余時間組織同學對系統的智慧教室以及培訓功能等子應用系統進行并發訪問，統計6周檢測過程中本文系統的檢測結果，如表1所示。

分析表1可以看出，本文設計的智慧校園系統運行正常，并且運行效率較高，可為學生提供相關的服務，是有效的校園信息智能化管理系統。

2.2 系統網絡服務性能檢測

實驗對本文設計的智慧校園系統網絡服務性能進行檢測，分析網絡服務性能中的網絡部件拓撲控制、網絡狀態以及流量控制的檢測結果，檢測用例為： 網絡部件拓撲控制用例，如表2所示。

網絡狀態與流量控制測試用例如表3所示。

綜合分析上述檢測結果可得，本文設計的智慧校園系統的網絡部件拓撲控制以及網絡狀態和流量控制等功能都正常運行，并且系統運行效率較高。如果校園網絡產生故障，則系統會及時向網絡控制人員反饋報警信息，提高智慧校園系統的管理效率和穩定性。

3 結 論

本文設計并實現了基于嵌入式及物聯網技術的智慧校園系統。分析實驗檢測結果可以看出，該系統的網絡性能以及其他功能都運行穩定，具有較高的運行效率，實現了校園系統的智能化管理。

參考文獻

[1] 周蕾.基于云計算和物聯網技術的智慧校園構建[J].廣東技術師范學院學報，2015，36（8）：101?104.

[2] 閆曉妍.物聯網在高校智慧校園建設中的應用[J].物聯網技術，2015，5（9）：93?94.

[3] 高倩，王志軍.基于物聯網的智慧校園基礎架構與應用研究[J].漯河職業技術學院學報，2015，14（2）：52?53.

[4] 陳春回.云計算環境下的外語移動學習智慧平臺研究[J].電腦與信息技術，2015，23（2）：56?58.

[5] 郭龍.基于無線射頻識別技術的智慧校園一卡通系統的研究與設計[J].物聯網技術，2016，6（3）：93?95.

[6] 韓曉光，姚宣霞，曲武，等.云計算環境中基于對象和用戶的角色訪問控制模型[J].科學技術與工程，2014，14（29）：229?233.

[7] 楊超，李冰潔，從雯，等.半開放式智慧校園安防系統[J].物聯網技術，2015，5（5）：73?75.endprint