某幼兒園智能校園服務平臺的設計與實現

趙永鵬

摘要：本文基于某電子科技公司智能校園項目（某幼兒園項目），從軟件、硬件、接口三個主要方面分別介紹了整個項目的設計與關鍵實現技術，項目實現了教室門禁，學生考勤，教師家長互動，課程信息，學生成績查詢等主要功能。

關鍵詞：智能校園；云數據庫；socket通信；移動物聯網

中圖分類號：TN948.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0106-01

隨著新技術的快速發展，學校開始利用云平臺、移動物聯網技術和互聯網技術等進行智能校園建設，這成為建設校園智能化的一個重要方向。近幾年校企教育越來越受到社會的認可，校企合作越來越深入，校企合作項目也越來越多，尤其是智能校園相關項目逐漸被落實并進入到校園，這些項目的實現提高了學校的管理和教師的幸福感指數，有利于遠程移動辦公，從長遠來看促進了教育事業的發展。

1 軟硬件要點介紹

軟件主要分為四部分：教師版APP、家長版APP、平板APP和云后臺（云服務器）。后臺架構通過.NET和云數據庫SQL Server布局并部署在云端，教師版APP和家長版APP通過http協議和socket與后臺通信。http協議負責與云后臺數據的拉取，socket負責外設、連接設備等與云后臺間的通信。硬件平臺主要是帶安卓系統的開發版（在開發版基礎上開發出平板設備）和IC卡。

2 平板設備上APP源碼架構

平板設備是外掛在教室門口，學生進入教室前需要通過平板進行刷卡（二維碼掃描或刷臉），相關考勤信息會通過平板APP被采集到云后臺。平板APP源碼架構采用MVVM設計（本項目其它APP都采用此架構設計實現）。

3 教師/家長版APP功能

教師可以通過教師版APP進行家長互動，查看學生考勤記錄以及園務通知等操作。家長可以通過家長版APP查詢了解學生成績和課程信息等。

4 硬件平臺和外設介紹

采用帶有安卓7.1.1Nougat系統的基礎開發板包含camera，并在此板子基礎上加刷卡和二維碼掃描外設，制作成平板設備。學生上課前在平板設備上刷卡（二維碼掃描或刷臉），通過gpio控制開教室門后才能進入教室學習，學生上課數據會被采集并上傳到云服務器端。

5 接口通訊規范

智能出入通道終端軟件與中心服務器之間是雙向通訊，中心服務器運行服務端程序，終端軟件作為客戶端程序運行。為保證通訊能夠穩定進行，需要具備如下條件[1-2]：

（1）使用基本的TCP協議，長時間連接的方式運行，中心服務器服務端口定為XXXX，要求中心網管系統開放該端口的TCP通訊。（2）中心服務器應支持多個智能出入通道終端軟件的主動連接，并有效管理連接。（3）心跳機制：智能出入通道終端軟件主動連接中心服務器，連接成功后，每15秒向中心服務器發送心跳命令包，中心服務器收到該心跳命令包后，回應一個心跳數據包。（4）握手通訊過程：認證過程使用類似的Digest過程，為保證安全密碼不在通訊線路中傳送。（5）數據確認機制：每一次會話，有請求，必需有回應，有提交數據時，必需有提交確認，如果數據發送失敗，或者沒有回應，認為網絡斷開，按網絡斷開流程處理。

5.1 數據格式說明

所有數據采用低端在前，高端在后。（1）通訊幀頭數據格式。數據意義：幀頭標志，固定為0x62AD36BE+加密后的數據有效長度n（不含本幀頭長度）+協商的身份標識符Token+加密后的數據；數據長度（字節）：4+4+16+n。（2）加密后的數據解密后的原始數據格式。數據意義：CRC16校驗+數據功能命令+命令序號MsgID+有效數據；數據長度（字節）：2+2+4+（n-8）。CRC16校驗：除CRC16這兩字節外的后面所有其它數據的CRC16校驗值（即：“數據功能命令+命令序號+有效數據”的CRC16校驗）。數據功能命令：見后面定義。命令序號MsgID：當軟件登錄時給定一個初始序號，可以是0，也可以是其它隨機數，然后每次交互發送命令，該值+1，如果收到的序號小于或等于當前的序號，說明數據重復發送，不需要再處理數據，只需要發回結果。該命令序號由發起者給出，響應者原值送回。（3）數據加密方法。軟件采用MD5混合式簡單處理方式。公式為：MD5（Token+用戶密碼+本次數據長度n） ，得到16字節的MD5值，然后將該16字節與原始數據，依次相異或[3]。

5.2 錯誤信息定義

錯誤碼ErrCode（意義）：0（表示正確，無錯誤）、100（表示設備ID不存在）、101（表示該用戶名不存在）、102（表示密碼不正確）、103（表示數據格式不正確）、104（表示不支持的數據功能命令）、105（表示設備未登錄服務器）。

5.3 數據據功能命令定義

數據使用Json格式打包，以便程序好處理。以（數據功能命令+數據意義+發送內容格式+回應數據格式）格式展示3個命令如下所示：

0x0001+智能出入通道終端軟件登錄服務器+{“ParkID”：”設備ID號”，”User”：”登錄的用戶名”，”Pass”：”MD5（請求的Token+登錄密碼）”}+{“ErrCode”：0，”NewToken”：”…”}或者{“ErrCode”：錯誤碼}。

0x0009+更新整個公告信息，舊有的公告信息將自動刪除+{“Update”：[{“ID”：”整數標識編號” ，”Text”：”公告內容” }，{“ID”：”整數標識編號”，”Text”：”公告內容”}，…]}+服務器主動發送或回應0x0008的請求，接收端回應{“ErrCode”：錯誤碼}。

0x0020+刷卡信息主動上傳+{“DateTime”：”刷卡時間”，"JobID"："學號"，“CardID”：”IC卡卡號”，"FinData"："1為IC卡刷卡，2為二維碼，3為刷臉"，"Img"："實時照片"，"lockFlag "： "是否有開鎖動作，0=無，1=有"}+終端設備主動上傳，服務器收到后，回應{“ErrCode”：錯誤碼}。注意：需要用數據格式里的MsgID來區分是哪條命令。

所有操作命令的回應數據都必需帶ErrCode指示值。

6 結語

本文以某幼兒園智能校園服務平臺項目為依托，介紹了整個項目的設計與關鍵實現技術，從軟件、硬件、接口三個方面分別做了設計。主要實現了以下功能：教室門禁，學生考勤，教師家長互動，課程信息，學生成績等。后期我們將會在幼兒健康、營養膳食、幼兒圈、智能課程等方面進行平臺的升級。

參考文獻

[1]吳偉生.基于物聯網技術的智慧校園解決方案[J].計算機產品與流通，2018，（5）：206.

[2]楊文，賈紅宇，劉立棟.基于云平臺的智慧校園建設與應用研究初探[J].科學技術創新，2018，（23）：63-64.

[3]鄧春紅，任海鵬，潘濤.基于移動終端的智慧校園系統設計[J].綏化學院學報，2017，（5）：158-160.