基于物聯(lián)網(wǎng)的多元化智慧校園方案設(shè)計

朱朝平

摘要：針對高校師生易于接受新事物這一特點，提出了一個的多元化的智慧校園設(shè)計方案，為學(xué)生、教師、管理者提供更便利更快捷的服務(wù)。該系統(tǒng)將RFID、NFC、傳感器、二維碼等感知技術(shù)作為智慧校園的前端技術(shù)，利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、有線/無線通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實現(xiàn)智慧服務(wù)、智慧教學(xué)和智慧管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；NFC；二維碼；智慧校園

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）19-0048-02

高校智慧校園需要有先進的理念，還需要新技術(shù)的支持。從高校校園需求分析，智慧校園建設(shè)應(yīng)從智慧服務(wù)、智慧教學(xué)和智慧管理三個方面去設(shè)計和建設(shè)。方案設(shè)計的理念就是在生活上為師生提供最便利最快捷最實惠的方式，在教學(xué)上搭建最科學(xué)最有監(jiān)督力最有效的系統(tǒng)，在管理上設(shè)計全方位的創(chuàng)新系統(tǒng)。在原有千兆校園網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)、無線網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)上，融入物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)這一新型技術(shù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過嵌入了具有無線射頻識別技術(shù)（RFI D） 、傳感器技術(shù)、嵌入式智能技術(shù)或圖像識別技術(shù)等智能傳感設(shè)備，給每一個實體對象分配一個唯一的代碼，按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，把物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別 、定位 、跟蹤 、監(jiān)控和管理的一種覆蓋世界上萬事萬物的實物互聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可分為3個層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官：用于識別物體，采集信息，是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。其關(guān)鍵技術(shù)為：RFID技術(shù)、NFC技術(shù)、傳感器技術(shù)、二維碼技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)層把感知層獲取到的信息通過互聯(lián)網(wǎng)、有線/無線通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)，實時、準(zhǔn)確、安全可靠地進行傳送。目前互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等技術(shù)較成熟，基本能 夠滿足物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的大腦，它接收來自感知層采集的大量數(shù)據(jù)，并通過云計算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對數(shù)據(jù)進行存儲、分析和處理，從而實現(xiàn)各行業(yè)所需的實際應(yīng)用。

RFID：射頻識別技術(shù)，是一種非接觸的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)。RFID系統(tǒng)只有兩個基本器件：閱讀器和標(biāo)簽。RFID系統(tǒng)具有讀取方便快捷、識別速度快、數(shù)據(jù)容量大、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改、標(biāo)簽價格實惠等優(yōu)勢，是智慧校園的重要技術(shù)支撐。

NFC技術(shù)：是RFID功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能的結(jié)合。由飛利浦半導(dǎo)體、諾基亞和索尼共同研制開發(fā)，其基礎(chǔ)是RFID及互聯(lián)技術(shù)。NFC技術(shù)提出的初衷是兩臺電子設(shè)備之間更加方便快捷地進行數(shù)據(jù)交換，具有“通信距離短”、“私密”、“安全”，適用于移動支付等區(qū)域?，F(xiàn)在市面上的移動終端都集成了NFC技術(shù)，為智慧校園NFC支付提供了硬件基礎(chǔ)。

傳感器技術(shù)：是一種能感知環(huán)境變化，捕捉被測物的原始數(shù)據(jù)的技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)元。能夠通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)輸送到處理中心。例如，可以在校園的各個教室安裝紅外傳感器實現(xiàn)自動控制燈光。

二維碼技術(shù)：一種新型的條形碼技術(shù)，用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息的。最新發(fā)展的手機二維碼識別技術(shù)，可以通過手機攝像頭代替條碼掃描儀，這一技術(shù)突破為二維碼帶來巨大的市場前景，也為智慧校園提供了天然的設(shè)備。

2 多元化的智慧校園

高校智慧校園服務(wù)的對象是具有高素質(zhì)的易于接受新事物的教師、早期蓬勃的追求新事物的學(xué)生及其希望有所創(chuàng)新和改革的管理者。為了滿足這些需求，本文提出了一個值得期待的智慧校園系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于RFID、NFC、傳感器和二維碼等技術(shù)將教學(xué)管理、后勤服務(wù)、和校園生活緊密聯(lián)系在一起，通過智慧校園系統(tǒng)師生可以享受更便利更快捷更實惠的服務(wù)，管理者可以更科學(xué)更省力地監(jiān)督，師生之間有更緊密的互動。在功能上該系統(tǒng)分為四個子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)的功能如下圖2。

3 智慧校園設(shè)計方案

智慧校園要求數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多樣化，校園應(yīng)用多元化，顯然單一的技術(shù)平臺無法滿足廣大師生的需求。本文提出了多元化、多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)共存的智慧校園方案。借助已有的web校園平臺和通信網(wǎng)絡(luò)，利用師生現(xiàn)有的智能手機等，實現(xiàn)“教、學(xué)、管”資源的利用最大化。本文將在技術(shù)層面上講述多元化的智慧校園的詳細設(shè)計。

3.1 基于RFID技術(shù)的校園通/圖書管理/智能停車系統(tǒng)

基于RFID技術(shù)的校園通/圖書管理/智能停車系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)是每個學(xué)生、老師都持有一張一卡通。一卡通其實就是RFID系統(tǒng)的兩個基本器件的其中一個：標(biāo)簽。一卡通可以采用可讀可寫的卡片型的射頻標(biāo)簽，可以存儲姓名、身份（學(xué)生或教師），根據(jù)身份的不同賦予不同的服務(wù)，如圖3。

學(xué)生一卡通的服務(wù)范圍包括：食堂/校園商業(yè)街消費，宿舍水電充值，圖書館借/還書。教師一卡通的服務(wù)范圍包括：食堂/校園商業(yè)街消費，圖書館借/還書，校車公交卡，智能停車卡。另外教師和學(xué)生的可借的圖書數(shù)量也可以不同。

RFID系統(tǒng)的兩個基本器件的另外一個：閱讀器。閱讀器的放置的位置比較固定，如食堂的刷卡處，圖書館的借閱處，校園的出入口等。

RFID系統(tǒng)的通信基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，高校的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施是很完備的，為RFID系統(tǒng)提供了通信保障。

3.2 基于NFC的考勤/移動支付/智能海報系統(tǒng)

基于NFC的考勤系統(tǒng)使用的設(shè)備就是具有NFC的智能手機和NFC標(biāo)簽。在校園中可應(yīng)用的場景之一：學(xué)生考勤。在每個教室布置好NFC標(biāo)簽，來上課的同學(xué)只需用手機讀取該NFC標(biāo)簽就完成了簽到服務(wù)。這一考勤系統(tǒng)節(jié)省了老師點名的時間，同時也方便教學(xué)管理者統(tǒng)計上課率。

基于NFC的手機移動支付服務(wù)，利用NFC芯片代替信用卡的功能。學(xué)生在校園商業(yè)街或者飯?zhí)脤⑹謾C靠近NFC刷卡機就可完成支付功能?；贜FC的智能海報系統(tǒng)利用NFC標(biāo)簽可以存儲一定量的信息，校園活動中心將帶有NFC標(biāo)簽的海報貼出，感興趣的同學(xué)通過手機靠近海報就能輕松獲取海報的簡要內(nèi)容，不需花費手機流量就可獲取信息，提供一個為學(xué)生節(jié)流的方便、快捷的方式。

3.3基于傳感器的安全報警/節(jié)能減排系統(tǒng)

基于傳感器的安全報警/節(jié)能減排系統(tǒng)利用煙霧探測器、紅外線傳感器等具有安防作用的傳感器，置于環(huán)境的最前端，通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)及時地將異常/控制信息傳送到控制中心。

在每個教學(xué)樓和宿舍樓的樓道上安裝煙霧探測器，一旦出現(xiàn)異常，可以自動觸發(fā)報警器，并將異常信息通知相關(guān)人員。

在每個教室都安裝紅外線傳感器。紅外線傳感器可以檢測教室中是否有學(xué)生在，如果沒有檢測到學(xué)生，可以熄滅教室的燈光，做到省時省力的節(jié)能。

3.4基于二維碼的教學(xué)信息推送/學(xué)生校園活動系統(tǒng)

基于二維碼的成績教學(xué)信息系統(tǒng)主要是利用推送平臺將課表信息、調(diào)課信息、考試信息分發(fā)到學(xué)生/教師手機中。并且教師錄完考試成績后可以第一時間推送到學(xué)生手機上。班主任可以利用這一平臺在每個學(xué)期結(jié)束時將學(xué)生的成績推送到家長手機中。

二維碼的應(yīng)用很廣，可以為每一個校園協(xié)會注冊一個公眾號，讓感興趣的同學(xué)通過掃描二維碼獲取更多的信息。

4 總結(jié)

文中論述了物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，重點論述了物聯(lián)網(wǎng)感知層的關(guān)鍵技術(shù)，并提出了一個多元化的智慧校園方案，為高校的校園建設(shè)提供一個參考。當(dāng)然智慧校園是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，除了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和硬件資源，需要建立完整的數(shù)據(jù)管理中心，防止信息的泄露。還需要手機端的APP應(yīng)用，這都需要高校領(lǐng)導(dǎo)的重點支持。

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