基于RFID的學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統設計

　　引言

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展特別是RFID技術(shù)的發(fā)展，RFID已經(jīng)被廣泛運用到很多的領(lǐng)域。近年來(lái)高校不斷擴招，越來(lái)越多的學(xué)生走進(jìn)了大學(xué)校園，這就給學(xué)生公寓的管理工作帶來(lái)了挑戰，傳統的公寓管理模式就暴露出了許多不足之處，比如：學(xué)生出入公寓都必須在紙質(zhì)的記錄簿上登記，在學(xué)生流比較大的時(shí)候這樣的操作即費時(shí)又費力，不僅浪費了學(xué)生大量的等候時(shí)間，又增加了管理人員的勞動(dòng)強度。而且這樣的管理還可能使外來(lái)陌生人員乘虛而入，對學(xué)生的生命和財產(chǎn)安全帶來(lái)隱患。近幾年RFID技術(shù)加快了學(xué)生管理現代化的進(jìn)程，這個(gè)系統可以使公寓管理部門(mén)方便，快捷地查詢(xún)統計學(xué)生住宿信息，準確的掌握出入公寓人員的身份信息。RFID智能管理具有使學(xué)生有序出入、手續簡(jiǎn)便、速度快、管理自動(dòng)化和減少工作人員等特點(diǎn)。將遠距離RFID系統以及數據庫、因特網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)控制等應用于學(xué)生公寓管理，繼承了傳統管理模式的所有優(yōu)點(diǎn)。

　　1RFID工作原理

　　RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫(xiě)，及射頻識別。它利用射頻信號通過(guò)空間耦合實(shí)現自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。它主要包括三個(gè)部分：（1）標簽。由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼，附著(zhù)在物體上表示目標對象；（2）閱讀器。讀取和寫(xiě)入標簽信息的設備，可以設計為手持式或固定式；（3）天線(xiàn)。在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信息。如圖所示，讀寫(xiě)器在一個(gè)區域內發(fā)射射頻能量形成電磁場(chǎng)，作用距離和范圍的大小取決于發(fā)射功率和天線(xiàn)。標簽通過(guò)這一區域時(shí)被觸發(fā)，發(fā)送存儲在標簽中的數據，或根據讀寫(xiě)器的指令改寫(xiě)存儲在標簽中的數據。讀寫(xiě)器可以與標簽建立無(wú)線(xiàn)通信，向標簽發(fā)送數據及從標簽接受數據，并能通過(guò)標準接口與計算機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，從而實(shí)現了射頻系統的順利工作。

　　2RFID學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統

　　2.1RFID學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統工作原理

　　當學(xué)生進(jìn)出公寓門(mén)口時(shí)，自感線(xiàn)圈檢測到學(xué)生身上的標簽信號，觸發(fā)安裝在管理系統上的天線(xiàn)架的射頻讀寫(xiě)器，射頻讀寫(xiě)器開(kāi)始與標簽進(jìn)行雙向通信和數據交換，將數據傳輸給管理部門(mén)的計算機中，管理部門(mén)可以根據不同的情況來(lái)控制系統做出相應的動(dòng)作。如系統發(fā)現身上沒(méi)有電子標簽的人員進(jìn)入到公寓，管理人員便可以派人進(jìn)行阻攔，以便確保學(xué)生生命和財產(chǎn)安全。整個(gè)學(xué)生進(jìn)出公寓的過(guò)程無(wú)需人工干預，學(xué)生進(jìn)出公寓的過(guò)程及方便又快捷。學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統界面如圖所示。電源時(shí)鐘讀寫(xiě)模塊射頻模塊天線(xiàn)天線(xiàn)射頻模塊控制模塊存儲器計算機通信網(wǎng)絡(luò )圖RFID系統結構框圖圖2公寓自動(dòng)化管理界面

　　2.2系統設計

　　通過(guò)對RFID學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統進(jìn)行研究，將RFID、計算機和無(wú)線(xiàn)控制聯(lián)系起來(lái)，從而初步建立智能管理模式。其關(guān)鍵技術(shù)主要在于兩個(gè)方面：自動(dòng)身份識別和自動(dòng)控制。它能夠對進(jìn)出的學(xué)生進(jìn)行準確高效的管理。學(xué)生不需在登記簿上登記，可以方便、快捷地進(jìn)出宿舍。本設計主要由管理軟件、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、報警器、計算機、RFID標簽和RFID閱讀器組成。系統能夠實(shí)現學(xué)生身份自動(dòng)識別、學(xué)生信息登記和對外來(lái)人員的報警等功能2］。1）每個(gè)入住公寓的學(xué)生身上都攜帶有一張記錄其身份信息的RFID標簽，RFID標簽屬性包括：學(xué)生姓名、學(xué)號、登記照、宿舍號和所在學(xué)院。2）在公寓門(mén)口放置一臺RFID閱讀器和一臺計算機和一套無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路。3）在管理室里配置一個(gè)報警電路，此報警電路時(shí)基于單片機控制的4］。當帶有RFID標簽的學(xué)生進(jìn)入到公寓門(mén)口時(shí)，安裝在門(mén)口的RFID閱讀器便會(huì )讀到RFID的信息，如果讀到的信息與數據庫里的信息一致，那么計算機會(huì )通過(guò)串口將信息傳輸給單片機，單片機通過(guò)控制電路點(diǎn)亮一個(gè)綠色的LED燈，這就說(shuō)明是這個(gè)公寓里的學(xué)生，如果讀到的信息在數據庫里沒(méi)有與之匹配的信息，計算機也會(huì )通過(guò)串口將信息傳輸給單片機，單片機控制報警器報警同時(shí)點(diǎn)亮一個(gè)紅色的LED燈。4）學(xué)生進(jìn)出公寓的全部信息均有電腦實(shí)時(shí)記錄，準確地讀寫(xiě)到數據庫中，并生成日報，月報統計表。

　　2.3無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路硬件設計

　　通過(guò)應用先進(jìn)的PTR8000高速嵌入式無(wú)線(xiàn)芯片開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)高速數據傳輸電路。電路包括兩個(gè)無(wú)線(xiàn)高速多頻道模塊、兩個(gè)開(kāi)發(fā)板3］。開(kāi)發(fā)板上有單片機、串口、報警器和相應的接口等，加上電源即可使用?？赏瓿蔁o(wú)線(xiàn)雙向數據高速傳輸的全部功能。對電路進(jìn)行分塊分析，可將電路分成一下四個(gè)功能塊：供電模塊、串口模塊、C51控制模塊和PTR8000控制模塊。（1）供電模塊供電模塊由變壓器、整流、濾波、穩壓等部分組成。本設計需5V和3.3V的雙電源。這是因為除了MCU、Max232的工作需5V的電源之外，PTR8000模塊需要3V的電源。（2）串口模塊當兩張RFID信息驗證時(shí)，計算機向串口發(fā)送啟動(dòng)關(guān)閉LED燈信息，驗證不成功時(shí)發(fā)送警報消息。電路板將串口接收到的數據通過(guò)Max232進(jìn)行電平轉換，轉換后送入單片機進(jìn)行處理。（3）C51模塊C51單片機的P2口接PTR8000無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊用來(lái)接收和發(fā)送控制信號。P1.1口接報警器，通過(guò)控制P1.1口高電平來(lái)導通集電器，使報警喇叭與200V交流電形成導通回路。P1.5口接綠色的LED燈，P1.6口接紅色的LED等。（4）PTR8000無(wú)線(xiàn)模塊PTR8000專(zhuān)為點(diǎn)對多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信設計，內置數據協(xié)議和CRC檢錯，無(wú)亂碼輸出，載波檢測輸出，點(diǎn)對多點(diǎn)通信硬件控制，全面升級替代PTR2000系列無(wú)線(xiàn)模塊。PTR8000無(wú)線(xiàn)模塊連接到C51單片機P2口，可完成無(wú)線(xiàn)數據高速傳輸的功能。PTR8000模塊特性如下：1）超小體積，內置環(huán)形天線(xiàn)，性能穩定且不受環(huán)境影響，對電源不敏感，距離更遠。2）最大發(fā)射功率10dBm，高抗干擾GFSK調制，可調頻，數據速率50kb/s，獨特的載波檢測輸出，地址匹配輸出，數據就需輸出。

　　2.4自動(dòng)化管理系統軟件設計

　　系統可以直接運行于本地計算機，在windows環(huán)境下，首先建立MicrosoftAccess數據庫表格，并在數據庫表格中添加添加發(fā)放用戶(hù)RFID標簽的基本信息。以VisualBasic6.0開(kāi)發(fā)工具為基礎，實(shí)現數據采集、數據庫的數據訪(fǎng)問(wèn)和信息響應等。RFID學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統涉及系統維護、發(fā)卡、數據采集、記錄查詢(xún)、出入控制等功能。主要功能模塊設計如圖所示。圖主要功能模塊結構框圖（1）管理員登陸子模塊主要實(shí)現管理員登陸，不是管理員就沒(méi)有權限使用此系統。2）管理用戶(hù)電子標簽管理包括新用戶(hù)添加管理和標簽修改管理兩部分內容。在系統運行之前，需要先將車(chē)輛和用戶(hù)的基本信息錄入數據庫中，并分配卡號，標簽使用者的基本信息包括：學(xué)生的照片，學(xué)生姓名、學(xué)號、宿舍號和所在學(xué)院。（3）記錄查詢(xún)系統數據庫中存儲有每個(gè)入住學(xué)生的基本信息、發(fā)卡信息以及學(xué)生出入公寓記錄等各種數據信息。系統管理員可以根據時(shí)間段，查詢(xún)學(xué)生進(jìn)出的所有記錄，并可以以報表的形式打印，滿(mǎn)足管理部門(mén)的需求。（4）進(jìn)出學(xué)生監控識別系統處于自動(dòng)監控、信號采集狀態(tài)，當持卡學(xué)生進(jìn)出系統大門(mén)設置的識別區域時(shí)，射頻卡被系統快速識別，如果學(xué)生身份信息與系統存儲的數據相符，系統對指示燈做出相應控制。如果不一致，系統會(huì )發(fā)出報警信號。學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統工作流程如圖所示：

　　3結束語(yǔ)

　　對現代化學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統模塊進(jìn)行了規劃，并對其軟件和硬件進(jìn)行了設計和調試，構建了學(xué)生公寓自動(dòng)化管理系統通信平臺，實(shí)現了學(xué)生手持標簽自動(dòng)識別和信息化管理，解決了傳統學(xué)生公寓進(jìn)出擁堵和學(xué)生公寓安全性低等問(wèn)題。系統具有統計學(xué)生出入數據功能，方便管理人員進(jìn)行管理，減輕了管理人員的勞動(dòng)強度，并且可以使管理人員和用戶(hù)準確地查詢(xún)各種信息。突破了傳統的學(xué)生公寓管理模式，是未來(lái)學(xué)生管理的發(fā)展方向。對于該系統，目前已經(jīng)成功完成一套演示系統，實(shí)驗的調試運行表明，該系統能夠實(shí)現設計初期的所有功能要求，運行良好。