基于RFID技術(shù)的智能家校通門(mén)禁管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呂 婷

(安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與智能工程系，安徽 蚌埠 233000)

0 引言

射頻識(shí)別 (radio frequency identification，RFID) 技術(shù)利用射頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸式自動(dòng)識(shí)別，是物聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[1]。RFID通過(guò)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)傳遞數(shù)據(jù)，系統(tǒng)和目標(biāo)之間是非接觸的，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。近年來(lái)，RFID已發(fā)展成為自動(dòng)識(shí)別中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一，在許多領(lǐng)域(如單位門(mén)禁系統(tǒng)、停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)、身份證系統(tǒng)等)得到應(yīng)用[1]。而大學(xué)生是一個(gè)特殊群體，雖然大多已經(jīng)成年，一方面由于社會(huì)經(jīng)驗(yàn)不足等原因，自我保護(hù)意識(shí)較差，大學(xué)生宿舍因陌生人進(jìn)入引起學(xué)生上當(dāng)受騙的事件時(shí)有發(fā)生；另一方面，其自我約束能力還不夠，晚歸及曠寢等事件頻繁發(fā)生，紀(jì)律渙散，缺乏安全防范能力。學(xué)校需要對(duì)其進(jìn)出宿舍門(mén)的記錄進(jìn)行跟蹤，掌握學(xué)生去向的第一手資料，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施[1]。

為滿(mǎn)足學(xué)校有效管理學(xué)生的需求、本文提出基于RFID技術(shù)的智能家校通門(mén)禁管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化記錄與管理，并且識(shí)別學(xué)生身份，禁止非學(xué)生身份的外來(lái)人員出入宿舍。該系統(tǒng)利用校園卡刷卡、開(kāi)鎖，結(jié)合云技術(shù)，突破了單一的傳統(tǒng)門(mén)禁管理系統(tǒng)無(wú)法遠(yuǎn)程查看問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生進(jìn)出宿舍無(wú)人值守的有效監(jiān)控和管理[2]，根據(jù)時(shí)間段判斷晚歸且進(jìn)行素養(yǎng)積分管理。該系統(tǒng)為高校綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)及學(xué)生健康生活搭建了有效管理的平臺(tái)。在提高學(xué)生住宿的安全性、規(guī)范學(xué)生的管理體制等方面，相比于傳統(tǒng)門(mén)禁管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)[3]。通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)云端，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)門(mén)禁控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。實(shí)際運(yùn)行效果表明，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、維護(hù)成本低、實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)[4]。

1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

基于RFID技術(shù)的智能家校通門(mén)禁管理系統(tǒng)主要由門(mén)禁子系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)端)、查詢(xún)子系統(tǒng)(Web端)、人臉識(shí)別模塊組成。用戶(hù)可以在Web端訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)，且能將數(shù)據(jù)發(fā)送至云端供遠(yuǎn)程查詢(xún)和訪(fǎng)問(wèn)曠寢和晚歸信息。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

首先，建立完備的數(shù)據(jù)庫(kù)，包含RFID模塊的開(kāi)卡、刷卡及門(mén)禁管理信息等內(nèi)容。其次，將計(jì)算機(jī)端與數(shù)據(jù)庫(kù)交互，通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程查看信息，并將異常信息自動(dòng)推送給管理員或是班主任。具體過(guò)程如下。

首先，將學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、所在寢室號(hào)、班級(jí)及所在的班主任等信息都寫(xiě)入學(xué)生持有唯一卡號(hào)的RFID卡中。然后是卡信息的訪(fǎng)問(wèn)模塊。RFID讀卡器識(shí)別學(xué)生卡并將此信息通過(guò)串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)端，獲取學(xué)生實(shí)時(shí)進(jìn)出宿舍門(mén)的時(shí)間，并將這些信息都存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。最后，該系統(tǒng)將異常信息(如曠寢、晚歸等)自動(dòng)推送給宿管員及班主任老師，同時(shí)老師也可以通過(guò)手機(jī)或計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程查看門(mén)禁記錄詳細(xì)信息。

2.2 系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計(jì)

射頻讀卡器模塊采用NXP 公司生產(chǎn)MIFARE522模塊型號(hào)MIFARE522。該芯片具有高度集成的非接觸式低功耗讀寫(xiě)功能，在無(wú)需其他電路的情況下，可通過(guò)內(nèi)部發(fā)送器驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)器天線(xiàn)與應(yīng)答機(jī)之間通信；采用 ISO 14443A/MIFARE 卡通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，支持串行外設(shè)接口(serial peripheral interface,SPI)、通用異步收發(fā)傳輸器(universal asynchronous receiver/transmitter,UART)、I2C 三種不同的接口與微處理器通信[5]。讀寫(xiě)卡采用NXP 公司生產(chǎn)的制作的13.56 MHz非接觸式智能卡[3]，選用的是市場(chǎng)主流的S50型號(hào)。該型號(hào)符合ISO 14443A標(biāo)準(zhǔn)，有1 KB容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，并具備數(shù)據(jù)密鑰功能，大大提高了數(shù)據(jù)的安全性[6]。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

主機(jī)服務(wù)器通過(guò)門(mén)禁管理系統(tǒng)接收 RFID 上傳的數(shù)據(jù)信息，包括學(xué)生信息及進(jìn)出門(mén)的時(shí)間[7]、門(mén)禁管理系統(tǒng)通過(guò)串口與控制器通信。開(kāi)發(fā)環(huán)境為微軟Visual Studio 2012以上版本。用戶(hù)界面使用 C# 編程語(yǔ)言的 WinForm窗體框架。用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由Navicat for MySQL 及與PHPstudy相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、修改、刪除、查詢(xún)等功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

RFID 刷卡模塊主要由 RFID 讀卡器、RFID 個(gè)人身份識(shí)別卡等組成。每位進(jìn)入寢室的人員都要通過(guò)刷卡才可以進(jìn)入[8]。該卡可以記錄學(xué)生進(jìn)出宿舍門(mén)禁和學(xué)習(xí)情況。每張卡最開(kāi)始都存有學(xué)生的基本信息和充有20個(gè)素養(yǎng)積分。刷卡進(jìn)宿舍時(shí)，打開(kāi)宿舍門(mén)禁，并記錄回宿舍時(shí)間。學(xué)生進(jìn)出宿舍門(mén)禁的時(shí)間固定為23:30，在這個(gè)點(diǎn)以前回宿舍不扣素養(yǎng)積分，否則每晚遲到5 min扣除5個(gè)素養(yǎng)積分，并將這些信息上傳保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)扣除到剩余5個(gè)素養(yǎng)積分時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。刷卡后，刷卡機(jī)能顯示學(xué)生的原有素養(yǎng)積分。被扣素養(yǎng)積分、現(xiàn)有素養(yǎng)積分，刷卡機(jī)能對(duì)多張卡進(jìn)行記錄處理，將信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供查詢(xún)。

在查詢(xún)模塊中，所有的記錄門(mén)禁數(shù)據(jù)，均顯示在用戶(hù)界面上。具體查詢(xún)操作根據(jù)姓名、時(shí)間條件、晚歸狀態(tài)進(jìn)行篩選數(shù)據(jù)。具體判斷晚歸的方法代碼如下。

protected bool getTimeSpan(string timeStr)

//判斷晚歸的方法

{

string _strWorkingDayAM = "6:30";

//正常時(shí)間為6:30-23:30，不在此時(shí)間段內(nèi)為"晚歸"

string _strWorkingDayPM = "23:30";

TimeSpan dspWorkingDayAM = DateTime.Parse(_strWorkingDayAM).TimeOfDay;

TimeSpan dspWorkingDayPM = DateTime.Parse(_strWorkingDayPM).TimeOfDay;

DateTime t1 = Convert.ToDateTime(timeStr);

TimeSpan dspNow = t1.TimeOfDay;

if (dspNow > dspWorkingDayAM && dspNow < dspWorkingDayPM)

{return true;

}

return false;

}

3 結(jié)論

將RFID技術(shù)與單片機(jī)控制相結(jié)合，應(yīng)用于該門(mén)禁系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了射頻卡非接觸式識(shí)別出入，解決了傳統(tǒng)的基于RFID門(mén)禁系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生宿舍管理需求、學(xué)生晚歸宿舍時(shí)無(wú)法及時(shí)通知到輔導(dǎo)員,學(xué)生安全存在隱患等問(wèn)題。通過(guò)門(mén)禁系統(tǒng)管理軟件，可以完成對(duì)人員進(jìn)出情況的監(jiān)控，也可以通過(guò)Web端進(jìn)行查詢(xún)或云端訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程管理。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將考慮增加指紋、人臉識(shí)別等科技前沿的技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。此外，該門(mén)禁系統(tǒng)結(jié)合視頻監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)報(bào)表，能為企業(yè)減輕管理強(qiáng)度，有效提高管理水平。其具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易用、成本低的特點(diǎn)，便于一般非專(zhuān)業(yè)人員操作、維護(hù)。系統(tǒng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該系統(tǒng)在智能小區(qū)、智能家居等數(shù)字化安防場(chǎng)合也具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值[5-9]。