物聯(lián)網(wǎng)--基于RFID的學生考勤系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)綜合設計題 目 基于RFID的學生考勤系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 班 級 姓 名 學 號 目錄物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)綜合設計1目錄21.緒論31.1研究背景與意義31.2學生考勤系統(tǒng)研究狀況31.2.1 基于IC智能卡的考勤系統(tǒng)31.2.2基于人體指紋的考勤系統(tǒng)42. 物聯(lián)網(wǎng)技術及其應用52.1 物聯(lián)網(wǎng)技術概述52.2 無線傳感器網(wǎng)絡技術62.3射頻識別 RFID技術63.基于RFID室內(nèi)定位技術的防代刷卡算法73.1基于RFID技術的室內(nèi)定位算法描述73.1.1 基于RFID技術的教室座位區(qū)域的劃分及定位方法73.1.2 一人持多卡的代刷卡問題發(fā)現(xiàn)算法83.2性能仿真94.考勤管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)114.1系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)114.1.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)114.1.2 系統(tǒng)的關鍵技術與功能模塊劃分124.2系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計134.3系統(tǒng)主要模塊設計154.3.1 用戶注冊和登錄模塊154.3.2課堂考勤模塊164.3.3考勤結(jié)果查詢模塊184.4系統(tǒng)實現(xiàn)與主要功能界面194.5小結(jié)22結(jié)論與展望221.緒論1.1研究背景與意義 隨著電子技術的發(fā)展，各類計算機考勤系統(tǒng)如IC 卡考勤系統(tǒng)、指紋考勤系統(tǒng)等如雨后春筍般迅速涌現(xiàn)并逐步得到普及和應用。這類系統(tǒng)的一般使用流程為學生持一張具有身份信息的智能卡（或自身的指紋），在進入或離開學校/教室時于出入口處的讀卡器上進行刷卡（或按指紋），然后通過系統(tǒng)實時識別并將考勤信息通過物理介質(zhì)和交換機傳輸?shù)椒掌?，再由?shù)據(jù)庫對考勤信息進行管理。與傳統(tǒng)的點名考勤相比，這些計算機考勤系統(tǒng)雖然能大幅提高對學生的考勤效率，但仍存在著不衛(wèi)生、代刷卡、人員通過速度較慢等問題，特別是當有大量人員短時間內(nèi)通過時，就會排起長隊；因此使得采用這類系統(tǒng)的價值被大打折扣。 為了進一步解決上述傳統(tǒng)考勤方式存在的不足，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術，提出并設計實現(xiàn)了一種新的學生考勤管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術、自動控制技術和遠距離射頻識別技術（RFID），集通道安全管理、自動化控制、警報處理、人員通行記錄、多系統(tǒng)聯(lián)動為一體，具備完善的安全管理與通行許可證機制，采用多系統(tǒng)聯(lián)動技術與人性化設計理念，不但使得系統(tǒng)具有良好的可擴展的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，而且還通過非接觸式刷卡方式，實現(xiàn)了對人員的放行、拒絕、記錄等操作，有效控制人員出入，實現(xiàn)對出入口的安全管理，從而為學校考勤與安全防范管理提供了有效的解決方案。因此，具有重要的理論研究意義與實際應用價值。1.2學生考勤系統(tǒng)研究狀況1.2.1 基于IC智能卡的考勤系統(tǒng)基于 IC 智能卡的學生到課情況統(tǒng)計與考勤系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：一個學生考勤信息統(tǒng)計與管理中心和多個單獨設置的學生考勤點。其中：學生考勤信息統(tǒng)計與管理中心主要包括了學生考勤信息統(tǒng)計與管理用計算機、用于打印學生考勤信息統(tǒng)計報表的激光打印機、學生考勤用 IC 智能卡發(fā)卡機、以及由第三方設計與開發(fā)的學生考勤信息統(tǒng)計與管理軟件等軟硬件設備。學校管理部門負責考勤管理的人員利用以上設備和軟件即可實現(xiàn)對學生的日常考勤管理工作?；贗C智能卡的學生到課情況統(tǒng)計與考勤系統(tǒng)所完成的主要功能包括：學生考勤用 IC智能卡發(fā)放、學生考勤用 IC 智能卡讀卡與考勤管理、學生到課與缺勤登記、學生考勤數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)對各個考勤點的數(shù)據(jù)發(fā)送、學生到課情況統(tǒng)計與考勤統(tǒng)計及相關考勤統(tǒng)計報表的輸出等。而每個單獨設置的學生考勤點則由 IC 智能卡考勤機和學生考勤用 IC 智能卡組成，學生按照規(guī)定在上下課時在IC 智能卡考勤機上進行打卡操作，然后由 IC 智能卡考勤機自動記錄學生的相關考勤數(shù)據(jù)，并定期地將接收到的相關學生考勤數(shù)據(jù)通過 RS485 總線傳送到遠程的考勤管理計算機，與此同時，各個考勤點也可以接收來自考勤管理中心計算機發(fā)送過來的相關數(shù)據(jù)?；?IC 智能卡的學生到課情況統(tǒng)計與考勤系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如下圖 1.1 所示： 圖 1.1 IC卡考勤系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)IC 卡考勤管理系統(tǒng)以非接觸IC 卡技術為核心、使用戶的考勤控制管理輕松方便；上下班時，員工只需將個人的考勤卡在考勤機前一晃（感應距離約 5厘米），考勤機即自動、快速、準確地記錄下員工的卡號，刷卡時間等出勤信息，在需要進行統(tǒng)計時，數(shù)據(jù)經(jīng)通訊線傳入計算機中，管理者足不出戶便可隨時查詢員工出勤情況，統(tǒng)計匯總考勤報表，使人事考勤管理嚴密準確、得心應手。這些繁鎖的考勤工作交由電腦自動化處理，從而能節(jié)省大量的人力、物力。1.2.2基于人體指紋的考勤系統(tǒng) 基于人體指紋的學生考勤系統(tǒng)主要包括人體指紋管理計算機和指紋考勤機兩個主要的部分，基于人體指紋的學生考勤系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如下圖 1.2 所示。其中，指紋考勤機主要由指紋采集設備、考勤單片機、電源等主要設備組成。其中，人體指紋管理計算機與指紋考勤機之間一般通過RS-232 數(shù)據(jù)線連接進行通信 。 圖 1.2 IC指紋考勤系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)2. 物聯(lián)網(wǎng)技術及其應用 “物聯(lián)網(wǎng)”（The Internet of things，簡稱 IOT）也叫傳感網(wǎng)，是指將各種各樣的信息傳感設備與裝置，例如：無線射頻識別（Radio Frequency IDentification，簡稱 RFID）設備、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱為 GPS）、無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點、以及激光掃描器等裝置設備與因特網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)（Internet）融合一體而形成的一個超大規(guī)模的復雜計算機網(wǎng)絡。構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的一個最為主要目的就是為了能夠?qū)κ澜缟纤械奈锲罚═hings）進行遠程的感知和控制，并與現(xiàn)有的各類網(wǎng)絡緊密地互相連接在一起，從而形成一個更加智慧與智能的生產(chǎn)與生活網(wǎng)絡體系。目前，物聯(lián)網(wǎng)被眾多學者稱為是世界信息產(chǎn)業(yè)中繼計算機與因特網(wǎng)之后的第三次高科技浪潮，同時也被看作是在整個信息產(chǎn)業(yè)的新一輪競爭中的一個主要制高點。在本章中，將主要對物聯(lián)網(wǎng)的基本概念與有關定義、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程與發(fā)展趨勢， 以及物聯(lián)網(wǎng)的應用領域和關鍵技術進行深入介紹，并在此基礎上，進一步闡明物聯(lián)網(wǎng)技術在學生考勤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)中的應用原理與主要特色。2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術概述 所謂的物聯(lián)網(wǎng)這一概念，最先是在上世紀末（1999年）由美國MIT Auto-ID中心的Ashton教授所提出來的11。 物聯(lián)網(wǎng)的概念是在因特網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)的概念的基礎之 上 ， 將 因 特 網(wǎng) /互 聯(lián) 網(wǎng) 的 用 戶 端 進 一 步 延 伸 和 擴 展 到 了 世 界 上 的 任 何 物 品（Things）與物品（Things）之間進行信息交換和通信的一種新的計算機網(wǎng)絡概念 。 在 物 聯(lián)網(wǎng)中，計算機網(wǎng)絡可以通過無線射頻識別（Radio FrequencyIDentification，簡稱RFID）設備、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱為GPS）、紅外感應器（Infrared Sensor）、無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點（Wireless Sensor Node）以及激光掃描器（Laser Scanner）等裝置與設備，按照預先約定的網(wǎng)絡協(xié)議把地理位置分散的任何物品都與因特網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)緊密地連接起來，然后，通過與“因特網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)”之間的信息交換與網(wǎng)絡通訊以實現(xiàn)對這些物品的自動化與智能化識別、實時的定位與跟蹤、以及實時的管理與監(jiān)控等功能的一種新型超大規(guī)?；ミB網(wǎng)絡。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是一種可以實現(xiàn)物物相連的因特網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)。2.2 無線傳感器網(wǎng)絡技術目前，隨著各類有線與無線網(wǎng)絡通訊技術，計算機技術和無線傳感器網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展與日趨成熟，人們已經(jīng)在此基礎上設計并實現(xiàn)了多種微型傳感器節(jié)點，并在世界范圍內(nèi)將其廣泛應用到了各種軍事和民用領域之中。到目前為止，無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下三個階段：首先，上世紀七十年代是無線傳感器網(wǎng)絡的初現(xiàn)階段，在這個時間階段，大部分的無線傳感器網(wǎng)絡一般還僅僅具有單純的點對點的傳輸能力和簡單的信息采集與獲取能力。之后，到了上世紀八十年代，開始出現(xiàn)了使用串/并接口與無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進行連接，從而使得無線傳感器網(wǎng)絡轉(zhuǎn)變成了一種可以獲取多種環(huán)境信息的復雜網(wǎng)絡。然后，到了上世紀九十年代后期，隨著智能無線傳感器節(jié)點通過采用現(xiàn)場總線方式來連接形成一個局域網(wǎng)絡及無線寬帶通訊技術被廣泛引入到了無線傳感器網(wǎng)絡之中， 無線傳感器網(wǎng)絡技術的發(fā)展和應用由此發(fā)生了飛躍性的質(zhì)的變化。 目前已逐漸形成了一個以無線傳感器網(wǎng)絡為標志的全新的科學研究領域，在該領域中，無線傳感器網(wǎng)絡在基礎理論層面上和工程技術層面上均分別向科研人員提出了的嚴肅的挑戰(zhàn)性研究課題。圖 2.2給出了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的物理結(jié)構(gòu)圖。如圖 2.2所示，在無線傳感器網(wǎng)絡中，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點一般主要包括有移動裝置、無線傳感單元、能源裝置、GPS定位裝置、數(shù)據(jù)處理單元以及網(wǎng)絡通信單元等六個主要的部件。其中，無線傳感單元主要用于負責對被監(jiān)測對象原始數(shù)據(jù)的采集與獲取，通過該單位采集得到的原始數(shù)據(jù)在經(jīng)過了數(shù)據(jù)處理單元的相應處理后，可以通過無線網(wǎng)絡通信單元傳輸?shù)骄W(wǎng)絡上的一個數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點，該節(jié)點一般稱為 Sink 節(jié)點。然后，Sink 節(jié)點可以通過因特網(wǎng)或衛(wèi)星將其接收到的傳感數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程的用戶數(shù)據(jù)處理中心進行相關處理。 圖 2.2無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的物理結(jié)構(gòu)2.3射頻識別 RFID技術 射頻識別（ Radio Frequency Identification ，簡稱為 RFID）技術，又稱電子標簽、或無線射頻識別技術，是一種新型的無線通信技術，基于RFID射頻識別技術，可以通過無線電訊號來識別和定位特定目標并讀寫與其相關的數(shù)據(jù)信息，而不需要在RFID射頻識別系統(tǒng)與被監(jiān)控的特定目標之間建立起一種直接的機械的或光學的接觸。射頻識別系統(tǒng)最重要的優(yōu)點是非接觸識別，它能穿透冰雪、霧、涂料、塵垢和條形碼無法使用的惡劣環(huán)境閱讀標簽，并且閱讀速度極快，大多數(shù)情況下不到100 毫秒。有源式射頻識別系統(tǒng)的速寫能力也是重要的優(yōu)點。可用于流程跟蹤和維修跟蹤等交互式業(yè)務。常用的RFID 技術主要有低頻（125k134.2K）、高頻（ 13.56Mhz）、超高頻，無源等技術。RFID 系統(tǒng)主要用于控制、檢測和跟蹤物體。如圖2.5 所示，RFID 系統(tǒng)通常由一個或多個RFID 讀卡器（或RFID閱讀器）、一個或多個天線以及一個或多個 RFID 應答器（或標簽）、組成。其中， RFID 標簽（Tag）由一些相互之間耦合的元器件以及一個RFID 芯片共同組成，每個RFID 標簽中存儲有一個唯一標識該RFID 標簽的電子編碼，且該 RFID 標簽可附著在物體表面上，用以對目標對象進行唯一標識；RFID 閱讀器（ Reader）主要是用于讀?。ㄓ袝r還可以寫入）RFID 標簽信息的設備，可設計為手持式RFID 讀寫器（如：C5000W）或固定式RFID 讀寫器；天線（Antenna）的功能則是主要用于在 RFID 標簽和 RFID 讀寫器之間通過無線的方式來傳送 RFID 射頻信號。 圖 2.5 RFID視頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖3.基于RFID室內(nèi)定位技術的防代刷卡算法針對傳統(tǒng)的課堂點名方式效率低下及門禁刷卡考勤不能實時掌握到課人數(shù)的現(xiàn)狀，提出一種基于超高頻無源RFID 的教室考勤系統(tǒng)：通過RFID 標簽的惟一標識特性判斷持卡人是否出勤；采用基于接收信號強度RSSI的定位算法，計算出持卡人的座位，并通過查重算法排除一人持多卡的現(xiàn)象。實現(xiàn)了對課堂到課情況的實時高效點名和考勤手段的信息化。3.1基于RFID技術的室內(nèi)定位算法描述3.1.1 基于RFID技術的教室座位區(qū)域的劃分及定位方法 在基于RFID射頻識別技術的室內(nèi)定位系統(tǒng)中，供學生所使用的校園卡（RFID電子標簽）一般采用的是 13.56MHz/915MHz 的雙頻 RFID 電子標簽（簡稱為雙頻卡），其中， 13.56 MHz 的 RFID 電子標簽主要用于近場讀 /寫模式，主要是用以解決學生在校內(nèi)的食堂與圖書館等場所的消費刷卡的需求，在這些場所只有采用近場讀/寫模式才能防止校園卡被遠距離誤刷；而超高頻（Ultra High Frequency，簡稱為UHF）915MHz的RFID電子標簽則主要用于學生進出校門和進行遠程考勤等遠距離識讀與定位的情形，在這些場景中，只有采用遠場讀/寫模式才能方便學生的進出，同時提高考勤的效率。此外，為了讓在學生在持校園卡進入到教室之中坐下之后教師可以在上課的任意時段通過計算機來對學生進行快速點名，即讓任課教師可以通過 RFID 閱讀器對學生攜帶的校園卡進行實時的識別與定位操作，從而可以以一種非接觸式的方式來確定每一位學生是否到課以及每個學生在教室中的具體座位情況，為此，系統(tǒng)首先需解決的問題就是要能夠?qū)⒔淌抑械拿恳粋€座位有效地區(qū)分開來。 如圖 3.1 所示，教室座位的整體布局通常為一個矩形區(qū)域L，在該矩形區(qū)域L中，再劃分為K個小的矩形區(qū)域L , L , L ，其中，每個小的矩形區(qū)域L 中布置有 m 行 n 列個座位?；谝陨辖淌易坏恼w布局情況，為了便于對教室中的每一個座位進行有效地定位，接下來系統(tǒng)所需要做的事情就是要根據(jù)教室的面積與RFID閱讀器中的天線的有效覆蓋范圍來確定需要在該教室之中部署的RFID閱讀器天線的具體個數(shù)，并將這些RFID閱讀器天線安裝在教室中易于測量和計算的位置，然后再據(jù)此設定基礎坐標系以最終實現(xiàn)對教室中每一個座位的精確定位。圖 3.1教室座位的整體布局3.1.2 一人持多卡的代刷卡問題發(fā)現(xiàn)算法基于上節(jié)中提出的教室座位區(qū)域定位與劃分的相關方法可知，由于在教室座位區(qū)域中每個座位的區(qū)域正好代表了一個座位，因此，如果在同一座位區(qū)域內(nèi)探測到了2個或2個以上的待測標簽，則表明在該座位/座位的區(qū)域上出現(xiàn)了一個人同時持有多張RFID電子標簽（一人持多卡）的代刷卡現(xiàn)象發(fā)生。由此，我們可給出一人持多卡的代刷卡問題發(fā)現(xiàn)算法。3.2性能仿真為了檢驗算法的性能，本節(jié)進行了相關實驗仿真與驗證。仿真實驗環(huán)境的教室整體布局如下圖 3.2所示。其中，標志 1表示RFID標簽、標志 2表示參考 RFID標簽（RFID路標）、標志 3表示RFID讀寫器、標志4表示考勤服務器、標志5表示考勤終端（如臺式電腦或筆記本等）。圖 3.2仿真實驗環(huán)境的教室整體布局仿真實驗環(huán)境的網(wǎng)絡拓撲如下圖 3.3所示：圖 3.3仿真實驗環(huán)境的網(wǎng)絡拓撲如圖3.4所示，具體的考勤流程如下：（1）考勤人員觸動考勤終端上的考勤圖標，考勤終端通過網(wǎng)絡向考勤服務器發(fā)出請求實施考勤的命令；（2）考勤服務器接受請求實施考勤的命令，向?qū)淌抑械腞FID 讀寫器發(fā)布采集各個參考RFID標簽和移動 RFI標簽的RSSI值和標識值的命令；（3）RFID 讀寫器接收到考勤服務器發(fā)來的采集命令后，分別對自己可讀范圍內(nèi)的移動 RFID 標簽、參考標RFID標簽的RSSI值和標識信息進行采集；（4）RFID讀寫器將各自采集到的相關數(shù)據(jù)通過有線（或無線）網(wǎng)絡發(fā)送給考勤服務器；（5）考勤服務器接收從RFID 讀寫器發(fā)送過來的采集數(shù)據(jù)，對教室中的移動RFID 標簽進行定位；（6）考勤服務器與數(shù)據(jù)庫進行通信，交換數(shù)據(jù)，將考勤情況保存到數(shù)據(jù)庫中，并將考勤情況通過網(wǎng)絡發(fā)送給考勤終端；（7）考勤終端在其屏幕上顯示出相應的考勤情況信息，并根據(jù)考勤人員的指令顯示出被考勤人員的詳細的信息。圖 3.4仿真實驗的考勤流程在如圖 3.2 部署的實驗環(huán)境之中，共部署有36個RFID 標簽、4個參考RFID標簽（RFID 路標）。首先，針對代刷卡現(xiàn)象的識別情況，在部署1個閱讀器的情況下的定位精度約為 3-5m，在部署 2個閱讀器的情況下的定位精度約為1-2m，在部署3個閱讀器的情況下的定位精度約為50-80cm，在部署4個閱讀器的情況下的定位精度約為20-30cm，顯然，在部署4 個閱讀器的情況下，若教室中的座位間隔大于30cm時才可取得較為滿意的防代刷卡識別效果。此外，基于上述考勤流程與仿真實驗環(huán)境，本文還對閱讀器個數(shù)變化對識別準確率和識別時長的影響進行了相關實驗，得出的仿真實驗結(jié)果分別如圖3.5 和圖3.6所示。其中，圖3.5 給出了在如圖 3.2 所示部署 4 個參考標簽情況下，分別部署1，2，3，4 個閱讀器時，對待測標簽所在座位區(qū)域準確識別的概率大小。由圖3.5 的結(jié)果可知，部署的閱讀器越多，則對待測標簽所在座位區(qū)域準確識別的概率就會越大。但隨之而來的問題是進行識別所需要的時間也會越長，圖3.6 就給出了分別部署1，2，3，4個閱讀器時，對待測標簽所在座位區(qū)域進行識別分別所需要的時間長度。圖 3.5閱讀器個數(shù)變化對識別準確率的影響(部署4個參考標簽)圖 3.6閱讀器個數(shù)變化對識別時長的影響(部署4個參考標簽)4.考勤管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng) /因特網(wǎng)與計算機技術之后信息產(chǎn)業(yè)領域興起的第三次技術與產(chǎn)業(yè)浪潮，為全球工業(yè)化、城市化進程提供了一種新的革命性的信息技術和智能技術，具有廣泛的應用需求和巨大產(chǎn)業(yè)發(fā)展的空間。本章重點介紹基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生考勤管理系統(tǒng)的構(gòu)建、設計思路、以及主要功能模塊。4.1系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)4.1.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)通過點名、磁卡和接觸式IC卡等方式對學生的到課情況進行考勤、記錄管理，既耗時又相互干擾；而基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生考勤管理系統(tǒng)由于采用了非接觸式RFID卡利用無線射頻識別技術來實現(xiàn)對學生考勤管理，不但方便快捷，而且還可大幅提高教師的課題點名效率?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的學生考勤系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示?；趫D 4.1給出的系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生考勤系統(tǒng)的工作原理可描述如下： 步驟 1：教師點擊電腦上的考勤按鈕，向遠程考勤服務器發(fā)出請求實施自動考勤的命令； 步驟 2：遠程考勤服務器接受請求實施考勤的命令，向所在考勤區(qū)域的嵌入式終端設備及 RFID 讀寫器發(fā)布采集各個參考RFID 標簽和移動 RFID 標簽的數(shù)據(jù)采集命令； 步驟 3：嵌入式終端設備及RFID 讀寫器將采集得到的數(shù)據(jù)發(fā)回給遠程考勤服務器； 步驟 4：遠程考勤服務器將接收到的數(shù)據(jù)存儲到考勤管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，然后對本次考勤情況進行統(tǒng)計，并將統(tǒng)計結(jié)果反饋到教師電腦上。4.1.2 系統(tǒng)的關鍵技術與功能模塊劃分基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生考勤管理系統(tǒng)主要涉及的關鍵技術包括RFID 室內(nèi)定位技術、無線傳輸技術、關系數(shù)據(jù)庫設計與應用技術、JAVA 編程技術等。如圖4.1 所示，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生考勤管理系統(tǒng)主要包括有以下幾大功能模塊：（1）信息管理模塊：該模塊主要用于維護學生的相關基本信息和院系的相關基本信息。（2）考勤管理模塊：該模塊主要用于維護學生的考勤登記信息和統(tǒng)計學生的月考勤信息。（3）用戶管理模塊：該模塊主要用于維護用戶的注冊信息和用戶的系統(tǒng)權限信息。（4）RFID卡管理模塊：該模塊主要用于維護 RFID卡的充值信息和狀態(tài)信息。（5）查詢管理模塊：該模塊主要用于用戶查詢學生的相關考勤統(tǒng)計信息。（6）系統(tǒng)管理模塊：該模塊主要用于系統(tǒng)的權限設置信息和相關參數(shù)信息。 圖 4.2基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生考勤管理系統(tǒng)的功能模塊劃分4.2系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計為了實現(xiàn)4.1.2 節(jié)中給出的系統(tǒng)各個功能模塊，本節(jié)給出了系統(tǒng)所需七張主要數(shù)據(jù)庫表的詳細設計。（1）學生基本情況表：主要用于記錄學生的相關基本信息，其定義的字段及各個字段的含義如表4.1 所示。 表 4.1（2） 院系基本情況表：主要用于記錄院系的相關基本情況，其定義的字段及各個字段的含義如表4.2 所示。表4.2院系基本情況表（3） RFID 卡信息管理表：主要用于記錄RFID卡的相關基本情況，其定義的字段及各個字段的含義如表4.3 所示。表 4.3 RFID卡基本情況表（4） 學生考勤登記表：主要用于記錄學生考勤的相關基本情況，其定義的字段及各個字段的含義如表4.4 所示。表4.4學生考勤登記況表（5） 學生月考勤情況統(tǒng)計表：主要用于記錄學生每個月的考勤情況統(tǒng)計信息，其定義的字段及各個字段的含義如表4.5 所示。表4.5學生月考勤情況統(tǒng)計況表（6） 用戶系統(tǒng)權限信息表：主要用于記錄用戶的系統(tǒng)權限信息，其定義的字段及各個字段的含義如表4.6 所示。表4.6用戶系統(tǒng)權限信息表（7） 用戶系統(tǒng)注冊信息表：主要用于記錄用戶的系統(tǒng)注冊信息，其定義的字段及各個字段的含義如表4.7 所示。表4.7用戶系統(tǒng)注冊信息表上述主要數(shù)據(jù)庫表的的關系視圖如下圖4.3 所示圖 4.3主要數(shù)據(jù)庫表的的關系視圖4.3系統(tǒng)主要模塊設計4.3.1 用戶注冊和登錄模塊為了保證信息的安全，系統(tǒng)首先需要用戶進行注冊和登錄。系統(tǒng)注冊模塊的實現(xiàn)流程圖如圖3.4 所示，系統(tǒng)登錄模塊的流程圖如圖3.5所示。其中，用戶在進行系統(tǒng)登錄時需要輸入相應的帳號和密碼信息。當帳號或密碼錯誤，系統(tǒng)會自動彈出提示信息；若賬號密碼正確則系統(tǒng)將正常跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)主界面。圖4.4系統(tǒng)注冊流程圖圖 4.5系統(tǒng)登錄流程圖4.3.2課堂考勤模塊 首先，依據(jù)圖3.1 對教室進行整體布局，根據(jù)教室的面積與 RFID閱讀器中天線的有效覆蓋范圍確定需要在教室中部署的RFID閱讀器天線的具體個數(shù)，并將這些RFID閱讀器天線安裝在教室中易于測量和計算的位置。然后，再依據(jù)3.2.1節(jié)中給出的對教室座位的可行的區(qū)分與定位算法來實現(xiàn)對教師中每個座位的區(qū)分與定位。最后，再依據(jù)3.2.2 節(jié)中給出的一人持多卡的代刷卡問題發(fā)現(xiàn)算法來實現(xiàn)對代刷卡現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與識別。此外，考慮到課堂考勤方式的多樣性，有的教師為了防止學生遲到與早退，需要多次考勤學生的到課情況，而有些教師可能只會在上課后考勤一次，所以在課堂考勤模塊還需要提供自動考勤模式跟手動考勤兩種不同的課題考勤模式，其中，系統(tǒng)默認為自動課堂考勤模式。1自動課堂考勤模式在自動課題考勤模式下，系統(tǒng)將自動運行考勤功能并將考勤結(jié)果顯示到教師的筆記本或臺式電腦上。在登錄之后，系統(tǒng)應自動啟動考勤功能并搜索到當前教室中的所有學生。在自動課題考勤模式下，手動課題考勤模式下的選擇下拉框應設置為無效狀態(tài)，除此之外，查詢按鈕也應設為無效狀態(tài)。圖3.6 給出了系統(tǒng)自動課堂考勤模式的流程圖。圖 4.6系統(tǒng)自動課堂考勤模式的流程圖2.手動課堂考勤模式為了方便教師隨時對學生到課情況進行考勤，在手動課堂考勤模式下，系統(tǒng)還將進一步提供定時課堂考勤與隨機課堂考勤兩種不同的考勤模式。在定時課堂考勤模式下，系統(tǒng)可每隔 30 分鐘自動執(zhí)行一次考勤，并將跟新后的考勤結(jié)果顯示到教師的筆記本或臺式電腦上；在隨機考勤模式下，教師可自己設置考勤時間點等相關考勤參數(shù)，隨時對學生的到課情況實施考勤。圖3.7 和圖3.8分別給出了手動課堂考勤模式下系統(tǒng)定時課堂考勤與隨機課堂考勤模式的流程圖。圖 4.7手動課堂考勤模式下系統(tǒng)定時考勤的流程圖圖 4.8手動課堂考勤模式下系統(tǒng)隨機考勤的流程圖.4.3.3考勤結(jié)果查詢模塊在進行考勤結(jié)果查詢時，用戶必須首先選擇星期、節(jié)次、教室等信息，然后點擊查詢按鈕，此時，系統(tǒng)將根據(jù)用戶的選擇從數(shù)據(jù)庫里查詢出本周本星期本節(jié)課的學生考勤數(shù)據(jù)。在查詢完成后，系統(tǒng)需要把查詢結(jié)果顯示出來，其中，查詢結(jié)果將根據(jù)學號、姓名、考勤情況這三個結(jié)果采用類似表格的形式進行顯示。在實現(xiàn)過程中，首先初始化一個數(shù)組，分別設為學號、姓名、考勤情況，以形成一個表頭，然后，再用一個函數(shù)把查詢到的信息按查詢到的學號、姓名、考勤情況格式排列，最后，在真正顯示的時候把表頭與查詢到結(jié)果結(jié)合起來，即可得到想要的查詢結(jié)果?？记诮Y(jié)果查詢模塊的流程圖如圖3.9 所示。圖 4.9考勤結(jié)果查詢模塊的流程圖4.4系統(tǒng)實現(xiàn)與主要功能界面 基于以上系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫設計內(nèi)容，本節(jié)在給出了系統(tǒng)具體實現(xiàn)的主要功能界面之前，首先給出系統(tǒng)實現(xiàn)的軟硬件環(huán)境如下：（1）開發(fā)環(huán)境：JAVA 編譯器 JDK1.6、JAVA SDK、Eclipse3.5、Eclipse開發(fā)插件 ADT。（2）數(shù)據(jù)庫： SQL Server 2000。（3）操作系統(tǒng)： Windows XP?；谏鲜鲩_發(fā)環(huán)境最終實現(xiàn)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生考勤管理系統(tǒng)，其部分主要功能界面如下：1用戶登錄界面用戶登錄界面如圖3.10 所示，當用戶點擊登錄按鈕之后，系統(tǒng)將首先判斷帳號、密碼是否正確及是否匹配，若出現(xiàn)問題，則如圖3.11 所示，系統(tǒng)將進行文本提示并把賬號密碼欄清空。若輸入正確，則跳轉(zhuǎn)到主界面簽到顯示；否則用戶可點擊重置按鈕，此時，系統(tǒng)將會把帳號與密碼欄清空。圖 4.10用戶登錄界面圖 4.11用戶登錄界面出錯提示2.課堂考勤界面當用戶正確登錄之后，系統(tǒng)將會自動跳轉(zhuǎn)到具有考勤與信息查詢兩個功能的課堂考勤界面。在課堂考勤界面，系統(tǒng)可提供自動課堂考勤模式跟手動課堂考勤兩種不同的課堂考勤模式，系統(tǒng)默認為自動課堂考勤模式。其中，在自動課堂考勤模式下，教師不能選擇考勤參數(shù)，系統(tǒng)會自動調(diào)用系統(tǒng)時間做為考勤考勤時間參數(shù)，并將考勤結(jié)果自動顯示到教師的筆記本或臺式電腦上。在手動課堂考勤模式下，教師可首先自己選擇考勤時間點等相關考勤參數(shù)，然后再按下開始考勤按鈕，此時，系統(tǒng)將會啟動考勤程序并將更新后的考勤數(shù)據(jù)自動顯示到教師的筆記本或臺式電腦上。以下的圖3.12 和圖3.13分別給出了在自動課堂考勤模式跟手動課堂考勤下的考勤結(jié)果。圖 4.12自動課堂考勤模式下的考勤結(jié)果顯示界面圖 4.13手動課堂考勤模式下的考勤結(jié)果顯示界面3.考勤結(jié)果查詢界面用戶可通過選擇下拉框確定學生的基本信息，然后查找數(shù)據(jù)庫顯示該生的歷史考勤信息。為了便于查詢，系統(tǒng)在用戶只輸入學號時將顯示該生所有的到課考勤歷史記錄，而在用戶逐步輸入了周次、星期、節(jié)次等信息之后，系統(tǒng)將進一步顯示學生最近的具體到課記錄。在只輸入學號時考勤