引言
隨著科學(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。近年來高校不斷擴招，越來越多的學(xué)生走進了大學(xué)校園，這就給學(xué)生公寓的管理工作帶來了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)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)生流比較大的時候這樣的操作即費時又費力，不僅浪費了學(xué)生大量的等候時間，又增加了管理人員的勞動強度。而且這樣的管理還可能使外來陌生人員乘虛而入，對學(xué)生的生命和財產(chǎn)安全帶來隱患。近幾年RFID 技術(shù)加快了學(xué)生管理現(xiàn)代化的進程，這個系統(tǒng)可以使公寓管理部門方便，快捷地查詢統(tǒng)計學(xué)生住宿信息，準(zhǔn)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(xù)簡便、速度快、管理自動化和減少工作人員等特點。將遠(yuǎn)距離RFID 系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫、因特網(wǎng)、無線控制等應(yīng)用于學(xué)生公寓管理，繼承了傳統(tǒng)管理模式的所有優(yōu)點。
1 RFID 工作原理
RFID 是Radio Frequency Identification 的縮寫，及射頻識別。它利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。它主要包括三個部分：（1）標(biāo)簽。由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上表示目標(biāo)對象；（2）閱讀器。讀取和寫入標(biāo)簽信息的設(shè)備，可以設(shè)計為手持式或固定式；（3）天線。在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信息。如圖 所示，讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射射頻能量形成電磁場，作用距離和范圍的大小取決于發(fā)射功率和天線。標(biāo)簽通過這一區(qū)域時被觸發(fā)，發(fā)送存儲在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，或根據(jù)讀寫器的指令改寫存儲在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。讀寫器可以與標(biāo)簽建立無線通信，向標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)及從標(biāo)簽接受數(shù)據(jù)，并能通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計算機網(wǎng)絡(luò)進行通信，從而實現(xiàn)了射頻系統(tǒng)的順利工作。
2 RFID 學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)
2.1 RFID 學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)工作原理
當(dāng)學(xué)生進出公寓門口時，自感線圈檢測到學(xué)生身上的標(biāo)簽信號，觸發(fā)安裝在管理系統(tǒng)上的天線架的射頻讀寫器，射頻讀寫器開始與標(biāo)簽進行雙向通信和數(shù)據(jù)交換，將數(shù)據(jù)傳輸給管理部門的計算機中，管理部門可以根據(jù)不同的情況來控制系統(tǒng)做出相應(yīng)的動作。如系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)身上沒有電子標(biāo)簽的人員進入到公寓，管理人員便可以派人進行阻攔，以便確保學(xué)生生命和財產(chǎn)安全。整個學(xué)生進出公寓的過程無需人工干預(yù)，學(xué)生進出公寓的過程及方便又快捷。學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)界面如圖 所示。電源時鐘讀寫模塊射頻模塊天線天線射頻模塊控制模塊存儲器計算機通信網(wǎng)絡(luò)圖 RFID 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2 公寓自動化管理界面
2.2 系統(tǒng)設(shè)計
通過對RFID 學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)進行研究，將RFID、計算機和無線控制聯(lián)系起來，從而初步建立智能管理模式。其關(guān)鍵技術(shù)主要在于兩個方面：自動身份識別和自動控制。它能夠?qū)M出的學(xué)生進行準(zhǔn)確高效的管理。學(xué)生不需在登記簿上登記，可以方便、快捷地進出宿舍。本設(shè)計主要由管理軟件、無線收發(fā)模塊、報警器、計算機、RFID 標(biāo)簽和RFID 閱讀器組成。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生身份自動識別、學(xué)生信息登記和對外來人員的報警等功能 2］。1）每個入住公寓的學(xué)生身上都攜帶有一張記錄其身份信息的RFID 標(biāo)簽，RFID 標(biāo)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）在公寓門口放置一臺RFID 閱讀器和一臺計算機和一套無線發(fā)射電路。3）在管理室里配置一個報警電路，此報警電路時基于單片機控制的 4］。當(dāng)帶有RFID 標(biāo)簽的學(xué)生進入到公寓門口時，安裝在門口的RFID 閱讀器便會讀到RFID 的信息，如果讀到的信息與數(shù)據(jù)庫里的信息一致，那么計算機會通過串口將信息傳輸給單片機，單片機通過控制電路點亮一個綠色的LED 燈，這就說明是這個公寓里的學(xué)生，如果讀到的信息在數(shù)據(jù)庫里沒有與之匹配的信息，計算機也會通過串口將信息傳輸給單片機，單片機控制報警器報警同時點亮一個紅色的LED 燈。4）學(xué)生進出公寓的全部信息均有電腦實時記錄，準(zhǔn)確地讀寫到數(shù)據(jù)庫中，并生成日報，月報統(tǒng)計表。
2.3 無線收發(fā)電路硬件設(shè)計
通過應(yīng)用先進的PTR8000 高速嵌入式無線芯片開發(fā)無線高速數(shù)據(jù)傳輸電路。電路包括兩個無線高速多頻道模塊、兩個開發(fā)板 3］。開發(fā)板上有單片機、串口、報警器和相應(yīng)的接口等，加上電源即可使用?？赏瓿蔁o線雙向數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)娜抗δ?。對電路進行分塊分析，可將電路分成一下四個功能塊：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(wěn)壓等部分組成。本設(shè)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(dāng)兩張RFID 信息驗證時，計算機向串口發(fā)送啟動 關(guān)閉LED 燈信息，驗證不成功時發(fā)送警報消息。電路板將串口接收到的數(shù)據(jù)通過Max232 進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送入單片機進行處理。（3） C51 模塊C51 單片機的P2 口接PTR8000 無線收發(fā)模塊用來接收和發(fā)送控制信號。P1.1 口接報警器，通過控制P1.1 口高電平來導(dǎo)通集電器，使報警喇叭與200V 交流電形成導(dǎo)通回路。P1.5口接綠色的LED 燈，P1.6 口接紅色的LED 等。（4） PTR8000 無線模塊PTR8000 專為點對多點無線通信設(shè)計，內(nèi)置數(shù)據(jù)協(xié)議和CRC 檢錯，無亂碼輸出，載波檢測輸出，點對多點通信硬件控制，全面升級替代PTR2000 系列無線模塊。PTR8000 無線模塊連接到C51 單片機P2 口，可完成無線數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)墓δ?。PTR8000 模塊特性如下：1） 超小體積，內(nèi)置環(huán)形天線，性能穩(wěn)定且不受環(huán)境影響，對電源不敏感，距離更遠(yuǎn)。2） 最大發(fā)射功率 10dBm，高抗干擾GFSK 調(diào)制，可調(diào)頻，數(shù)據(jù)速率50kb/s，獨特的載波檢測輸出，地址匹配輸出，數(shù)據(jù)就需輸出。
2.4 自動化管理系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)可以直接運行于本地計算機，在windows 環(huán)境下，首先建立Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫表格，并在數(shù)據(jù)庫表格中添加添加發(fā)放用戶RFID 標(biāo)簽的基本信息。以Visual Basic 6.0開發(fā)工具為基礎(chǔ)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問和信息響應(yīng)等。RFID 學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)涉及系統(tǒng)維護、發(fā)卡、數(shù)據(jù)采集、記錄查詢、出入控制等功能。主要功能模塊設(shè)計如圖 所示。圖 主要功能模塊結(jié)構(gòu)框圖（1） 管理員登陸子模塊主要實現(xiàn)管理員登陸，不是管理員就沒有權(quán)限使用此系統(tǒng)。2） 管理用戶電子標(biāo)簽管理包括新用戶添加管理和標(biāo)簽修改管理兩部分內(nèi)容。在系統(tǒng)運行之前，需要先將車輛和用戶的基本信息錄入數(shù)據(jù)庫中，并分配卡號，標(biāo)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） 記錄查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲有每個入住學(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(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)管理員可以根據(jù)時間段，查詢學(xué)生進出的所有記錄，并可以以報表的形式打印，滿足管理部門的需求。（4） 進出學(xué)生監(jiān)控識別系統(tǒng)處于自動監(jiān)控、信號采集狀態(tài)，當(dāng)持卡學(xué)生進出系統(tǒng)大門設(shè)置的識別區(qū)域時，射頻卡被系統(tǒng)快速識別，如果學(xué)生身份信息與系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)相符，系統(tǒng)對指示燈做出相應(yīng)控制。如果不一致，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號。學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)工作流程如圖 所示：
3 結(jié)束語
對現(xiàn)代化學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)模塊進行了規(guī)劃，并對其軟件和硬件進行了設(shè)計和調(diào)試，構(gòu)建了學(xué)生公寓自動化管理系統(tǒng)通信平臺，實現(xiàn)了學(xué)生手持標(biāo)簽自動識別和信息化管理，解決了傳統(tǒng)學(xué)生公寓進出擁堵和學(xué)生公寓安全性低等問題。系統(tǒng)具有統(tǒng)計學(xué)生出入數(shù)據(jù)功能，方便管理人員進行管理，減輕了管理人員的勞動強度，并且可以使管理人員和用戶準(zhǔn)確地查詢各種信息。突破了傳統(tǒng)的學(xué)生公寓管理模式，是未來學(xué)生管理的發(fā)展方向。對于該系統(tǒng)，目前已經(jīng)成功完成一套演示系統(tǒng)，實驗的調(diào)試運行表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計初期的所有功能要求，運行良好。
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