【智慧校園】-智慧校園管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)(青島科技大學)

智慧校園管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要：在對大賽要求及現(xiàn)實情況進行深化分析的基礎上，我們小組給出了一種綜合應用物聯(lián)網(wǎng)技術、串口通信技術、IIS+SQLserver+ASP開發(fā)環(huán)境、B/S結構的智慧校園管理系統(tǒng)的設計方案，并進行了實現(xiàn)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了大賽要求的主要功能：允許用戶通過PC終端查詢?nèi)拷淌业膶崟r使用情況，以及其他所需信息和服務（如我們小組設計的預定教室、自習找座、教室尋人等功能）。全面體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的整體構架（一二三層皆予以實現(xiàn)）尤其實現(xiàn)了硬件設備與我們系統(tǒng)之間的連接、真正實現(xiàn)了教室實時使用情況信息的動態(tài)更新是該系統(tǒng)的主要特色。關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧校園；RFID；上位機；接口；RS232串口通信；實時更新1引言初入科大，就感到了科大人對學問的渴望，就像科大的自習室，時常爆滿，自習圣地圖書館根本難尋一席之地。常常毀滅這種情況：一個人肩背很沉的書包，游走于教學樓之間，查找一塊自習之地，也常毀滅這種情況：好不簡潔在一教覓得一塊寶地，不料剛坐一小時，成群的學生涌入教室，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”，堅守陣地，或者一走了之。于是，我們針對這個問題開發(fā)了這套系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)你可以網(wǎng)上預訂教室、追蹤定位尋人、查詢青島科技大學各個教室的使用情況，哪間有課，哪間沒課，哪間下節(jié)課即將被占用，哪間將始終空閑到深夜，甚至這套系統(tǒng)可以讓你看到全科大的自習室占用率，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)省了時間，又免去了遭受尷尬給自己造成的不快樂，從而提高了效率。我們小組開發(fā)的這套系統(tǒng)，做成一個網(wǎng)站，特地為同學們供應教室使用情況查詢，首先：將各院系、各班級的課程表輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，并且在各個教室安裝人數(shù)記錄系統(tǒng)（利用RFID閱讀機），本套系統(tǒng)將可以進行教室的座位占用率的顯示，這樣就避開了雖然找到?jīng)]課教室但座位已滿的情況。教室人數(shù)監(jiān)測功能可以實時顯示各教室的使用情況、占用率、空閑可用座位數(shù)，便于同學們選擇教室進行自習。簡言之，我們的設計思路可以用下表說明：現(xiàn)實問題相應功能設計1.會議、講座等活動申請教室流程機械、耗時、效率低1.教室預定的功能2.教室管理員管理教室的使用工作繁復效率低下2.教室管理員網(wǎng)上管理教室的功能同學自習一座難求，找座耗時耗力，影響心情，影響學習，非常不便3.幫忙找座（系統(tǒng)實時分析教室當前使用情況）的功能4.老師、家長、或同學在聯(lián)系方式無效時尋人困難4.教室追蹤定位尋人功能2物聯(lián)網(wǎng)下RFID系統(tǒng)應用架構2.1EPCglobal對物聯(lián)網(wǎng)的描述圖1物聯(lián)網(wǎng)架構示意圖2.2本系統(tǒng)設計的物聯(lián)網(wǎng)的描述圖2教室實時使用查詢系統(tǒng)構建示意圖3系統(tǒng)設計及實現(xiàn)3.1物聯(lián)網(wǎng)第一層：教室門口刷卡機仿真軟件的設計與實現(xiàn)3.1.1功能設計：1.當卡片移動到刷卡機感應區(qū)時，觸發(fā)刷卡事件，本刷卡機向RS232串口發(fā)出數(shù)據(jù)。注：（1）對于“一人刷卡機”，卡片的移動是由鼠標拖動實現(xiàn)的；對于“多人自動刷卡機”，卡片的移動由左下角的按鈕把握，當點擊“進門”時多張卡片自動按挨次依次向左移動觸發(fā)各自的刷卡事件，并傳出數(shù)據(jù)；當點擊“出門”時多張卡片自動按挨次依次向右移動觸發(fā)各自的刷卡事件，并傳出數(shù)據(jù)。本刷卡機向RS232串口發(fā)出的數(shù)據(jù)包括：教室號、所刷的卡號（+“進/出門的標志”）。2.刷卡機的液晶顯示屏上顯示：警語、當前日期時間（時鐘）、所刷卡號、進/出門3.刷卡機能接收來自把握系統(tǒng)（電腦）的把握信號，并作出相應反應，如：電腦向刷卡機發(fā)出“關閉刷卡機”命令，刷卡機能做出相應反應——30秒內(nèi)自動關機，同理也可實現(xiàn)“取消關機”操作3.1.2實現(xiàn)：依據(jù)上面的界面設計和功能設計，在“VisualStudio2008”開發(fā)平臺上創(chuàng)建“項目”，利用“C#語言”開發(fā)“Windows窗體應用程序”，各模塊及程序代碼如下：2.0版本：一人刷卡機——仿真刷卡機圖3一人刷卡機模擬機主要事件和函數(shù)：privatevoidserialPort1_DataReceived(objectsender,SerialDataReceivedEventArgse){}//接收命令privatevoidPanel1_MouseDown(objectsender,System.Windows.Forms.MouseEventArgse){}//按下鼠標privatevoidPanel1_MouseMove(objectsender,System.Windows.Forms.MouseEventArgse){}//移動鼠標privatevoidPanel1_MouseUp(objectsender,System.Windows.Forms.MouseEventArgse){}//松開鼠標privatevoidPanel1_Paint(objectsender,System.Windows.Forms.PaintEventArgse)privatevoidMyReDrawTest(intx,inty)//重畫publicstaticstringGetWeek()//獵取日期privatevoidtimer1_Tick(objectsender,EventArgse)//時鐘3.0版本：多人自動刷卡機——準刷卡機圖4多人自動刷卡機模擬機主要事件和函數(shù)：privatevoidserialPort1_DataReceived(objectsender,SerialDataReceivedEventArgse){}privatevoidPanel1_Paint(objectsender,System.Windows.Forms.PaintEventArgse){}//一旦加載面板就觸發(fā)這個畫圖事件publicstaticstringGetWeek(){}//獵取日期privatevoidtimer1_Tick(objectsender,EventArgse){}//時鐘privatevoidbutton1_Click(objectsender,EventArgse)//按下鼠標privatevoidtimer2_Tick(objectsender,EventArgse)//自動按頻率進門、出門3.2物聯(lián)網(wǎng)的第二層：基于RS232串口的RFID中間件軟件的設計與實現(xiàn)3.2.1設計RFID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標簽和應用程序之間的中介角色，從應用程序端使用中間件所供應一組通用的應用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數(shù)據(jù)。這樣一來，即使存儲RFID標簽情報的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應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，應用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護簡潔性問題。．RFID中間件的整體架構設計圖5RFID中間件系統(tǒng)架構概念圖圖6RFID中間件系統(tǒng)結構圖．設計理念及擴展思路：準確地說，其實質(zhì)是一個串口通信軟件。應用軟件與射頻識別讀寫器之間的數(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)絡接口、USB接口、藍牙接口、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)絡接口通信模塊、USB接口通信模塊、藍牙接口通信模塊、紅外接口通信模塊……就可以實現(xiàn)各種連接方式都適用的“萬能接口”！因本項目的重點在于“基于物聯(lián)網(wǎng)技術的應用層的開發(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現(xiàn)，在此不再贅述。后續(xù)開發(fā)可以依據(jù)實際應用的需要加入各個模塊，實現(xiàn)“任意接口任意平臺均適用”的標準。3.2.2實現(xiàn)（RFID串口通信功能的實現(xiàn)）：硬件的實現(xiàn)：如示意圖所示，每臺RFID閱讀機與電腦之間需要一根RS232的9針腳的串口線。圖7RS232串口通信線及其連接示意圖因為沒有現(xiàn)成可用的串口線，筆者依據(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)送針腳就能實現(xiàn)：同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個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，信號地對應相接即可，為此，筆者制作的串口線只有三根線，而非九根。其實，經(jīng)本小組反復多次測試，在本小組這個模型里只需輸入、輸出兩根線即足夠用了。但考慮到“共地”的嚴密性，還是使用三線制。軟件的實現(xiàn)：關鍵點：VisualStudio2005、C#、串口通信組件SerialPort依據(jù)上面的設計，在“VisualStudio2008”開發(fā)平臺上創(chuàng)建“項目”，利用“C#語言”開發(fā)“Windows窗體應用程序”，各模塊及程序代碼如下：設計界面：圖8中間件軟件（Client）的監(jiān)視把握界面主要事件:privatevoidserialPort1_DataReceived(objectsender,SerialDataReceivedEventArgse){}//數(shù)據(jù)接收事件SerialPort.DataReceived事件此事件在.NETFramework2.0版中是新增的。表示將處理SerialPort對象的數(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）語法C#:publiceventSerialDataReceivedEventHandlerDataReceived留意：可能不會按挨次調(diào)用PinChanged、DataReceived和ErrorReceived事件，并且在基礎流報告錯誤和執(zhí)行事件處理程序之間會稍微延遲。一次只能執(zhí)行一個事件處理程序。從SerialPort對象接收數(shù)據(jù)時，將在幫忙線程上引發(fā)DataReceived事件。由于此事件在幫忙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）時會引發(fā)線程特別。因有必要修改主Form或Control中的元素，使用Invoke回發(fā)更改請求，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)站的設計與實現(xiàn)3.3.1物聯(lián)網(wǎng)第三層的整體設計：系統(tǒng)整體架構和流程圖9系統(tǒng)功能總覽圖教室預定和教室找座模塊的設計用戶登錄用戶登錄教室預定按序搜索個人信息公告預定日期預定的時間段段是否使用多媒體哪個樓教室大小教室搜索結果找座按類搜索按地址搜索按教室號按占座率按剩余座位數(shù)按何時能自習搜索排列按樓號按樓層按教室號查看個人公告圖10教室預定和教室找座模塊的具體設計圖3.4網(wǎng)絡結構由于對各教室需要進行實時統(tǒng)計（通過RFID閱讀機），所以即使學校內(nèi)部已經(jīng)建立了Intranet，也需要將各教室門口RFID閱讀機與服務器之間建立專用局域網(wǎng)，以滿意實時統(tǒng)計的需要，而對于其他業(yè)務管理可以借助于Intranet（企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，或稱內(nèi)網(wǎng)）或Internet（因特網(wǎng)，又稱國際互聯(lián)網(wǎng)）（二者均可）。所以形成了如下圖的網(wǎng)絡結構。圖11系統(tǒng)網(wǎng)絡結構3.5數(shù)據(jù)庫結構該系統(tǒng)的設計采用了SQLServer數(shù)據(jù)庫，后臺數(shù)據(jù)庫安裝到了服務器，全部數(shù)據(jù)都保存在該服務器中，數(shù)據(jù)庫與局域網(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)庫與用戶的連接結束語基于以上設計，我們應用IIS+SQLserver+ASP開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)了B/S結構的智慧校園管理系統(tǒng)。另外，我們系統(tǒng)已實現(xiàn)了實時統(tǒng)計并顯示每個教室當前有哪些人員的功能，因此可用于日常考勤，只需稍作改進就可以實現(xiàn)完全自動化的智能考勤功能了。這套系統(tǒng)有著寬敞的應用前景，隨著現(xiàn)代大學生學習、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、預定教室者以及全校同學們不可或缺的一套幫忙工具。參考文獻：[1]張海藩.軟件工程導論(第四版)[M].北京:清華大學出版社,2003.[2]《射頻識別（RFID核心結束與典型應用開發(fā)案例》作者：HYPERLINK"/search/search.aspx?k