1、智慧校園管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（鳳祥一璐晴團(tuán)隊(duì)）徐長(zhǎng)祥（青島科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 嶗山區(qū)，266061）摘 要：在對(duì)大賽要求及現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，我們小組給出了一種綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、串口通信技術(shù)、IIS+SQL server+ASP開發(fā)環(huán)境、B/S結(jié)構(gòu)的智慧校園管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(shí)時(shí)使用情況，以及其他所需信息和服務(wù)（如我們小組設(shè)計(jì)的預(yù)定教室、自習(xí)找座、教室尋人等功能）。全面體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的整體構(gòu)架（一二三層皆予以實(shí)現(xiàn)）尤其實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備與我們系統(tǒng)之間的連接、真正實(shí)現(xiàn)了教室實(shí)時(shí)使用情況信息的

2、動(dòng)態(tài)更新是該系統(tǒng)的主要特色。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧校園；RFID；上位機(jī)；接口；RS232串口通信；實(shí)時(shí)更新 1 引言初入科大，就感到了科大人對(duì)知識(shí)的渴望，就像科大的自習(xí)室，時(shí)常爆滿，自習(xí)圣地圖書館根本難尋一席之地。常常出現(xiàn)這種情況：一個(gè)人肩背很沉的書包，游走于教學(xué)樓之間，尋找一塊自習(xí)之地，也常出現(xiàn)這種情況：好不容易在一教覓得一塊寶地，不料剛坐一小時(shí)，成群的學(xué)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(jiān)守陣地，或者一走了之。于是，我們針對(duì)這個(gè)問題開發(fā)了這套系統(tǒng)，通過這個(gè)系統(tǒng)你可以網(wǎng)上預(yù)訂教室、追蹤定位尋人、查詢青島科技大學(xué)各個(gè)教室的使用情況，哪間有課，哪

3、間沒課，哪間下節(jié)課即將被占用，哪間將一直空閑到深夜，甚至這套系統(tǒng)可以讓你看到全科大的自習(xí)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(jié)約了時(shí)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(fā)的這套系統(tǒng)，做成一個(gè)網(wǎng)站，專門為同學(xué)們提供教室使用情況查詢，首先：將各院系、各年級(jí)的課程表輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且在各個(gè)教室安裝人數(shù)記錄系統(tǒng)（利用RFID閱讀機(jī)），本套系統(tǒng)將可以進(jìn)行教室的座位占用率的顯示，這樣就避免了雖然找到?jīng)]課教室但座位已滿的情況。教室人數(shù)監(jiān)測(cè)功能可以實(shí)時(shí)顯示各教室的使用情況、占用率、空閑可用座位數(shù)，便于同學(xué)們選擇教室進(jìn)行自習(xí)。簡(jiǎn)言之，我們的設(shè)計(jì)思

4、路可以用下表說明：現(xiàn)實(shí)問題相應(yīng)功能設(shè)計(jì)1.會(huì)議、講座等活動(dòng)申請(qǐng)教室流程機(jī)械、耗時(shí)、效率低1.教室預(yù)定的功能2.教室管理員管理教室的使用工作繁復(fù)效率低下2.教室管理員網(wǎng)上管理教室的功能3. 同學(xué)自習(xí)一座難求，找座耗時(shí)耗力，影響心情，影響學(xué)習(xí)，十分不便3.輔助找座（系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析教室當(dāng)前使用情況）的功能4.老師、家長(zhǎng)、或同學(xué)在聯(lián)系方式無效時(shí)尋人困難4.教室追蹤定位尋人功能2物聯(lián)網(wǎng)下RFID系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)2.1 EPCglobal對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的描述 圖1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)示意圖2.2 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)的描述 圖2 教室實(shí)時(shí)使用查詢系統(tǒng)構(gòu)建示意圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)3.1物聯(lián)網(wǎng)第一層：教室門口刷卡機(jī)仿真軟件的設(shè)計(jì)與

5、實(shí)現(xiàn) 3.1.1功能設(shè)計(jì)：1.當(dāng)卡片移動(dòng)到刷卡機(jī)感應(yīng)區(qū)時(shí)，觸發(fā)刷卡事件，本刷卡機(jī)向RS232串口發(fā)出數(shù)據(jù)。注：（1）對(duì)于“一人刷卡機(jī)”，卡片的移動(dòng)是由鼠標(biāo)拖動(dòng)實(shí)現(xiàn)的； 對(duì)于“多人自動(dòng)刷卡機(jī)”，卡片的移動(dòng)由左下角的按鈕控制，當(dāng)點(diǎn)擊“進(jìn)門” 時(shí)多張卡片自動(dòng)按順序依次向左移動(dòng)觸發(fā)各自的刷卡事件，并傳出數(shù)據(jù)；當(dāng)點(diǎn)擊“出門”時(shí)多張卡片自動(dòng)按順序依次向右移動(dòng)觸發(fā)各自的刷卡事件，并傳出數(shù)據(jù)。（2） 本刷卡機(jī)向RS232串口發(fā)出的數(shù)據(jù)包括：教室號(hào)、所刷的卡號(hào)（+“進(jìn)/出門的標(biāo)志”）。2.刷卡機(jī)的液晶顯示屏上顯示：警語(yǔ)、當(dāng)前日期時(shí)間（時(shí)鐘）、所刷卡號(hào)、進(jìn)/出門3.刷卡機(jī)能接收來自控制系統(tǒng)（電腦）的控制信號(hào)，并作

6、出相應(yīng)反應(yīng)，如：電腦向刷卡機(jī)發(fā)出“關(guān)閉刷卡機(jī)”命令，刷卡機(jī)能做出相應(yīng)反應(yīng)30秒內(nèi)自動(dòng)關(guān)機(jī)，同理也可實(shí)現(xiàn)“取消關(guān)機(jī)”操作 3.1.2實(shí)現(xiàn)：根據(jù)上面的界面設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，在“Visual Studio 2008”開發(fā)平臺(tái)上創(chuàng)建“項(xiàng)目”，利用“C#語(yǔ)言”開發(fā)“Windows窗體應(yīng)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(jī)仿真刷卡機(jī) 圖3 一人刷卡機(jī)模擬機(jī)主要事件和函數(shù)：private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)/接收命令private void Pa

7、nel1_MouseDown(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/按下鼠標(biāo)private void Panel1_MouseMove(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/移動(dòng)鼠標(biāo)private void Panel1_MouseUp(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/松開鼠標(biāo)private void Panel1_Paint(object sender, System.Windo

8、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(shí)鐘3.1.2.2 3.0版本：多人自動(dòng)刷卡機(jī)準(zhǔn)刷卡機(jī)圖4 多人自動(dòng)刷卡機(jī)模擬機(jī)主要事件和函數(shù)： private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) private voi

9、d Panel1_Paint(object sender, System.Windows.Forms.PaintEventArgs e)/一旦加載面板就觸發(fā)這個(gè)畫圖事件public static string GetWeek()/獲取日期private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)/時(shí)鐘private void button1_Click(object sender, EventArgs e)/ 按下鼠標(biāo) private void timer2_Tick(object sender, EventArgs e)/自動(dòng)按頻率進(jìn)門、出門3.

10、2物聯(lián)網(wǎng)的第二層：基于RS232串口的RFID中間件軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3.2.1設(shè)計(jì) 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(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件所提供一組通用的應(yīng)用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這樣一來，即使存儲(chǔ)RFID標(biāo)簽情報(bào)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件或后端應(yīng)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(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對(duì)多連接的維護(hù)復(fù)雜性問題。 3.2.1.2RFID中間件的整體架構(gòu)設(shè)計(jì) 圖5 RFID中間件系統(tǒng)架構(gòu)概念圖 圖6 RFID中間件

11、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.2.1.3設(shè)計(jì)理念及擴(kuò)展思路：確切地說，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)串口通信軟件。應(yīng)用軟件與射頻識(shí)別讀寫器之間的數(shù)據(jù)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(wǎng)接口、WLAN無線網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口、藍(lán)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(wǎng)接口通信模塊、WLAN無線網(wǎng)絡(luò)接口通信模塊、USB接口通信模塊、藍(lán)牙接口通信模塊、紅外接口通信模塊就可以實(shí)現(xiàn)各種連接方式都適用的“萬(wàn)能接口”！因本項(xiàng)目的重點(diǎn)在于“基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用層的開發(fā)”，所以我們只做了串口通信的模塊，其他接口模塊也不難實(shí)現(xiàn)，在此不再贅

12、述。后續(xù)開發(fā)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要加入各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)“任意接口任意平臺(tái)均適用”的標(biāo)準(zhǔn)。 3.2.2實(shí)現(xiàn)（RFID串口通信功能的實(shí)現(xiàn)）： 3.2.2.1硬件的實(shí)現(xiàn)： 如示意圖所示，每臺(tái)RFID閱讀機(jī)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?yàn)闆]有現(xiàn)成可用的串口線，筆者根據(jù)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(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn)：同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個(gè)串口相連只要接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號(hào)地對(duì)應(yīng)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(shí)，經(jīng)本小組反復(fù)多次測(cè)試，在本小組這個(gè)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(yán)密性，還是使用三線制。3.2.2.3軟件的實(shí)現(xiàn)：關(guān)鍵點(diǎn)：VisualStudio2005、C#、串口通信組件SerialPort根據(jù)上面的設(shè)計(jì)，在“Visual Studio 2008”開發(fā)平臺(tái)上創(chuàng)建“項(xiàng)目”，利用“C#語(yǔ)言”開發(fā)“Windows窗體應(yīng)用程序”，各模塊及程序代碼如下：設(shè)計(jì)界面：圖8 中間件軟件（Client）的監(jiān)視控制界面主要事件:private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEven

14、tArgs e) /數(shù)據(jù)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(duì)象的數(shù)據(jù)接收事件的方法。命名空間:System.IO.Ports程序集:System（在 system.dll 中）語(yǔ)法C#: public event SerialDataReceivedEventHandler DataReceived注意： 可能不會(huì)按順序調(diào)用 PinChanged、DataReceived 和 ErrorReceived 事件，并且在基礎(chǔ)流報(bào)告錯(cuò)誤和執(zhí)行事件處理程序之間會(huì)稍微延遲。一次只能

15、執(zhí)行一個(gè)事件處理程序。從 SerialPort 對(duì)象接收數(shù)據(jù)時(shí)，將在輔助線程上引發(fā) DataReceived 事件。由于此事件在輔助線程而非主線程上引發(fā)，因此嘗試修改主線程中的一些元素（如 UI 元素）時(shí)會(huì)引發(fā)線程異常。因有必要修改主 Form 或 Control 中的元素，使用 Invoke 回發(fā)更改請(qǐng)求，這將在正確的線程上執(zhí)行。3.3物聯(lián)網(wǎng)第三層：智慧校園管理系統(tǒng)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.3.1物聯(lián)網(wǎng)第三層的整體設(shè)計(jì)： 3.3.1.1系統(tǒng)整體架構(gòu)和流程圖9 系統(tǒng)功能總覽圖3.3.1.2 教室預(yù)定和教室找座模塊的設(shè)計(jì)用戶登錄教室預(yù)定按序搜索個(gè)人信息公告預(yù)定日期預(yù)定的時(shí)間段段是否使用多媒體哪個(gè)樓教室

16、大小教室搜索結(jié)果找座按類搜索按地址搜索按教室號(hào)按占座率按剩余座位數(shù)按何時(shí)能自習(xí)搜索排列按樓號(hào)按樓層按教室號(hào)查看個(gè)人公告圖10教室預(yù)定和教室找座模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)圖3.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 由于對(duì)各教室需要進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)（通過RFID閱讀機(jī)），所以即使學(xué)校內(nèi)部已經(jīng)建立了Intranet，也需要將各教室門口RFID閱讀機(jī)與服務(wù)器之間建立專用局域網(wǎng)，以滿足實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)的需要，而對(duì)于其他業(yè)務(wù)管理可以借助于Intranet（企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，或稱內(nèi)網(wǎng)）或Internet（因特網(wǎng)，又稱國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)）（二者均可）。所以形成了如下圖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖11 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.5數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)安

17、裝到了服務(wù)器，所有數(shù)據(jù)都保存在該服務(wù)器中，數(shù)據(jù)庫(kù)與局域網(wǎng)用戶、Internet用戶和Intranet用戶的連接方式如下圖所示。圖12 數(shù)據(jù)庫(kù)與用戶的連接4. 結(jié)束語(yǔ)基于以上設(shè)計(jì)，我們應(yīng)用IIS+SQL server+ASP開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)了B/S結(jié)構(gòu)的智慧校園管理系統(tǒng)。另外，我們系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并顯示每個(gè)教室當(dāng)前有哪些人員的功能，因此可用于日常考勤，只需稍作改進(jìn)就可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的智能考勤功能了。這套系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景，隨著現(xiàn)代大學(xué)生學(xué)習(xí)、生活節(jié)奏的加快，效率已經(jīng)成為人們所考慮的第一因素，所以，本系統(tǒng)將成為教室管理員、預(yù)定教室者以及全校同學(xué)們不可或缺的一套輔助工具。參考文獻(xiàn)：1 張海藩.

18、軟件工程導(dǎo)論(第四版)M.北京:清華大學(xué)出版社,2003.2射頻識(shí)別（RFID核心結(jié)束與典型應(yīng)用開發(fā)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(wǎng)接口的RFID系統(tǒng)中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3 明日科技，張躍廷等編著.C#數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)完全手冊(cè).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(fā)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(wǎng)絡(luò)開發(fā)混合編程.北京:電子工業(yè)出版社.2007.聯(lián)絡(luò)方式：（1） 通訊地址：青島市嶗山區(qū)青島科技大學(xué)信息學(xué)院計(jì)算機(jī)084班，266061（2） 電話：15154238691（3） E-mail：shediaoyilang