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1、智慧校園管理系統的設計與實現（鳳祥一璐晴團隊）徐長祥（青島科技大學信息科學與技術學院，山東 青島 嶗山區，266061）摘 要：在對大賽要求及現實情況進行深入分析的基礎上，我們小組給出了一種綜合應用物聯網技術、串口通信技術、IIS+SQL server+ASP開發環境、B/S結構的智慧校園管理系統的設計方案，并進行了實現。該系統實現了大賽要求的主要功能：允許用戶通過PC終端查詢所有教室的實時使用情況，以及其他所需信息和服務（如我們小組設計的預定教室、自習找座、教室尋人等功能）。全面體現物聯網的整體構架（一二三層皆予以實現）尤其實現了硬件設備與我們系統之間的連接、真正實現了教室實時使用情況信息的2、動態更新是該系統的主要特色。關鍵詞：物聯網；智慧校園；RFID；上位機；接口；RS232串口通信；實時更新 1 引言初入科大，就感到了科大人對知識的渴望，就像科大的自習室，時常爆滿，自習圣地圖書館根本難尋一席之地。常常出現這種情況：一個人肩背很沉的書包，游走于教學樓之間，尋找一塊自習之地，也常出現這種情況：好不容易在一教覓得一塊寶地，不料剛坐一小時，成群的學生涌入教室，跟著是提著包的教授，上課鈴一響，你只有兩種無奈的選擇：忍受“市井喧鬧”，堅守陣地，或者一走了之。于是，我們針對這個問題開發了這套系統，通過這個系統你可以網上預訂教室、追蹤定位尋人、查詢青島科技大學各個教室的使用情況，哪間有課，哪3、間沒課，哪間下節課即將被占用，哪間將一直空閑到深夜，甚至這套系統可以讓你看到全科大的自習室占用率，圖書館的座位哪有空閑。每天出門一查，便可直接決定去向，既節約了時間，又免去了遭遇尷尬給自己造成的不愉快，從而提高了效率。我們小組開發的這套系統，做成一個網站，專門為同學們提供教室使用情況查詢，首先：將各院系、各年級的課程表輸入系統的數據庫中，并且在各個教室安裝人數記錄系統（利用RFID閱讀機），本套系統將可以進行教室的座位占用率的顯示，這樣就避免了雖然找到沒課教室但座位已滿的情況。教室人數監測功能可以實時顯示各教室的使用情況、占用率、空閑可用座位數，便于同學們選擇教室進行自習。簡言之，我們的設計思4、路可以用下表說明：現實問題相應功能設計1.會議、講座等活動申請教室流程機械、耗時、效率低1.教室預定的功能2.教室管理員管理教室的使用工作繁復效率低下2.教室管理員網上管理教室的功能3. 同學自習一座難求，找座耗時耗力，影響心情，影響學習，十分不便3.輔助找座（系統實時分析教室當前使用情況）的功能4.老師、家長、或同學在聯系方式無效時尋人困難4.教室追蹤定位尋人功能2物聯網下RFID系統應用架構2.1 EPCglobal對物聯網的描述 圖1 物聯網架構示意圖2.2 本系統設計的物聯網的描述 圖2 教室實時使用查詢系統構建示意圖3 系統設計及實現3.1物聯網第一層：教室門口刷卡機仿真軟件的設計與5、實現 3.1.1功能設計：1.當卡片移動到刷卡機感應區時，觸發刷卡事件，本刷卡機向RS232串口發出數據。注：（1）對于“一人刷卡機”，卡片的移動是由鼠標拖動實現的； 對于“多人自動刷卡機”，卡片的移動由左下角的按鈕控制，當點擊“進門” 時多張卡片自動按順序依次向左移動觸發各自的刷卡事件，并傳出數據；當點擊“出門”時多張卡片自動按順序依次向右移動觸發各自的刷卡事件，并傳出數據。（2） 本刷卡機向RS232串口發出的數據包括：教室號、所刷的卡號（+“進/出門的標志”）。2.刷卡機的液晶顯示屏上顯示：警語、當前日期時間（時鐘）、所刷卡號、進/出門3.刷卡機能接收來自控制系統（電腦）的控制信號，并作6、出相應反應，如：電腦向刷卡機發出“關閉刷卡機”命令，刷卡機能做出相應反應30秒內自動關機，同理也可實現“取消關機”操作 3.1.2實現：根據上面的界面設計和功能設計，在“Visual Studio 2008”開發平臺上創建“項目”，利用“C#語言”開發“Windows窗體應用程序”，各模塊及程序代碼如下：3.1.2.1 2.0版本：一人刷卡機仿真刷卡機 圖3 一人刷卡機模擬機主要事件和函數：private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)/接收命令private void Pa7、nel1_MouseDown(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/按下鼠標private void Panel1_MouseMove(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/移動鼠標private void Panel1_MouseUp(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/松開鼠標private void Panel1_Paint(object sender, System.Windo8、ws.Forms.PaintEventArgs e)private void MyReDrawTest(int x, int y)/重畫public static string GetWeek()/獲取日期private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)/時鐘3.1.2.2 3.0版本：多人自動刷卡機準刷卡機圖4 多人自動刷卡機模擬機主要事件和函數： private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) private voi9、d Panel1_Paint(object sender, System.Windows.Forms.PaintEventArgs e)/一旦加載面板就觸發這個畫圖事件public static string GetWeek()/獲取日期private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)/時鐘private void button1_Click(object sender, EventArgs e)/ 按下鼠標 private void timer2_Tick(object sender, EventArgs e)/自動按頻率進門、出門3.10、2物聯網的第二層：基于RS232串口的RFID中間件軟件的設計與實現 3.2.1設計 3.2.1.1RFID中間件扮演的角色（硬件到軟件的通信橋梁）：RFID中間件扮演RFID標簽和應用程序之間的中介角色，從應用程序端使用中間件所提供一組通用的應用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數據。這樣一來，即使存儲RFID標簽情報的數據庫軟件或后端應用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發生時，應用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護復雜性問題。 3.2.1.2RFID中間件的整體架構設計 圖5 RFID中間件系統架構概念圖 圖6 RFID中間件11、系統結構圖 3.2.1.3設計理念及擴展思路：確切地說，其實質是一個串口通信軟件。應用軟件與射頻識別讀寫器之間的數據交換通過讀寫器接口來完成，讀寫器接口可以采用：RS232、RS485串口、RJ45以太網接口、WLAN無線網絡接口、USB接口、藍牙接口、紅外接口 為此，只要在此“軟硬件通信模塊”里納入串口通信組件SerialPort、以太網接口通信模塊、WLAN無線網絡接口通信模塊、USB接口通信模塊、藍牙接口通信模塊、紅外接口通信模塊就可以實現各種連接方式都適用的“萬能接口”！因本項目的重點在于“基于物聯網技術的應用層的開發”，所以我們只做了串口通信的模塊，其他接口模塊也不難實現，在此不再贅12、述。后續開發可以根據實際應用的需要加入各個模塊，實現“任意接口任意平臺均適用”的標準。 3.2.2實現（RFID串口通信功能的實現）： 3.2.2.1硬件的實現： 如示意圖所示，每臺RFID閱讀機與電腦之間需要一根RS232的9針腳的串口線。圖7 RS232串口通信線及其連接示意圖因為沒有現成可用的串口線，筆者根據串口通信的原理手工制作了一根串口連接線，由串口通信原理得知串口傳輸數據只要有接收數據針腳和發送針腳就能實現：同一個串口的接收腳和發送腳直接用線相連，兩個串口相連只要接收數據針腳（或線）與發送數據針腳（或線）相連，彼此交叉，信號地對應相接即可，為此，筆者制作的串口線只有三根線，而非九根13、。其實，經本小組反復多次測試，在本小組這個模型里只需輸入、輸出兩根線即足夠用了。但考慮到“共地”的嚴密性，還是使用三線制。3.2.2.3軟件的實現：關鍵點：VisualStudio2005、C#、串口通信組件SerialPort根據上面的設計，在“Visual Studio 2008”開發平臺上創建“項目”，利用“C#語言”開發“Windows窗體應用程序”，各模塊及程序代碼如下：設計界面：圖8 中間件軟件（Client）的監視控制界面主要事件:private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEven14、tArgs e) /數據接收事件 SerialPort.DataReceived 事件此事件在 .NET Framework 2.0 版中是新增的。表示將處理 SerialPort 對象的數據接收事件的方法。命名空間:System.IO.Ports程序集:System（在 system.dll 中）語法C#: public event SerialDataReceivedEventHandler DataReceived注意： 可能不會按順序調用 PinChanged、DataReceived 和 ErrorReceived 事件，并且在基礎流報告錯誤和執行事件處理程序之間會稍微延遲。一次只能15、執行一個事件處理程序。從 SerialPort 對象接收數據時，將在輔助線程上引發 DataReceived 事件。由于此事件在輔助線程而非主線程上引發，因此嘗試修改主線程中的一些元素（如 UI 元素）時會引發線程異常。因有必要修改主 Form 或 Control 中的元素，使用 Invoke 回發更改請求，這將在正確的線程上執行。3.3物聯網第三層：智慧校園管理系統網站的設計與實現3.3.1物聯網第三層的整體設計： 3.3.1.1系統整體架構和流程圖9 系統功能總覽圖3.3.1.2 教室預定和教室找座模塊的設計用戶登錄教室預定按序搜索個人信息公告預定日期預定的時間段段是否使用多媒體哪個樓教室16、大小教室搜索結果找座按類搜索按地址搜索按教室號按占座率按剩余座位數按何時能自習搜索排列按樓號按樓層按教室號查看個人公告圖10教室預定和教室找座模塊的詳細設計圖3.4網絡結構 由于對各教室需要進行實時統計（通過RFID閱讀機），所以即使學校內部已經建立了Intranet，也需要將各教室門口RFID閱讀機與服務器之間建立專用局域網，以滿足實時統計的需要，而對于其他業務管理可以借助于Intranet（企業內部網，或稱內網）或Internet（因特網，又稱國際互聯網）（二者均可）。所以形成了如下圖的網絡結構。圖11 系統網絡結構3.5數據庫結構該系統的設計采用了SQL Server數據庫，后臺數據庫安17、裝到了服務器，所有數據都保存在該服務器中，數據庫與局域網用戶、Internet用戶和Intranet用戶的連接方式如下圖所示。圖12 數據庫與用戶的連接4. 結束語基于以上設計，我們應用IIS+SQL server+ASP開發環境實現了B/S結構的智慧校園管理系統。另外，我們系統已實現了實時統計并顯示每個教室當前有哪些人員的功能，因此可用于日常考勤，只需稍作改進就可以實現完全自動化的智能考勤功能了。這套系統有著廣闊的應用前景，隨著現代大學生學習、生活節奏的加快，效率已經成為人們所考慮的第一因素，所以，本系統將成為教室管理員、預定教室者以及全校同學們不可或缺的一套輔助工具。參考文獻：1 張海藩.18、軟件工程導論(第四版)M.北京:清華大學出版社,2003.2射頻識別（RFID核心結束與典型應用開發案例 作 者：康東 石喜勤 李勇鵬 編著 出 版 社：人民郵電出版社3 李建偉，于忠清基于以太網接口的RFID系統中間件的設計與實現3 明日科技，張躍廷等編著.C#數據庫系統開發完全手冊.北京:人民郵電出版社.2007.4 明日科技，張躍廷等編著.ASP.NET程序開發范例寶典.北京:人民郵電出版社.2007.5 汪孝宜，徐宏杰，胡海璐等編著.精通ASP.NET 2.0+XML+CSS網絡開發混合編程.北京:電子工業出版社.2007.聯絡方式：（1） 通訊地址：青島市嶗山區青島科技大學信息學院計算機084班，266061（2） 電話：15154238691（3） E-mail：shediaoyilang