智慧校园管理系统的设计与实现(青岛科技大学).doc

智慧校园管理系统的设计与实现（凤祥一璐晴团队）徐长祥（青岛科技大学信息科学与技术学院，山东 青岛 崂山区，266061）摘 要：在对大赛要求及现实情况进行深入分析的基础上，我们小组给出了一种综合应用物联网技术、串口通信技术、IIS+SQL server+ASP开发环境、B/S结构的智慧校园管理系统的设计方案，并进行了实现。该系统实现了大赛要求的主要功能：允许用户通过PC终端查询所有教室的实时使用情况，以及其他所需信息和服务（如我们小组设计的预定教室、自习找座、教室寻人等功能）。全面体现物联网的整体构架（一二三层皆予以实现）尤其实现了硬件设备与我们系统之间的连接、真正实现了教室实时使用情况信息的动态更新是该系统的主要特色。关键词：物联网；智慧校园；RFID；上位机；接口；RS232串口通信；实时更新 1 引言初入科大，就感到了科大人对知识的渴望，就像科大的自习室，时常爆满，自习圣地图书馆根本难寻一席之地。常常出现这种情况：一个人肩背很沉的书包，游走于教学楼之间，寻找一块自习之地，也常出现这种情况：好不容易在一教觅得一块宝地，不料刚坐一小时，成群的学生涌入教室，跟着是提着包的教授，上课铃一响，你只有两种无奈的选择：忍受“市井喧闹”，坚守阵地，或者一走了之。于是，我们针对这个问题开发了这套系统，通过这个系统你可以网上预订教室、追踪定位寻人、查询青岛科技大学各个教室的使用情况，哪间有课，哪间没课，哪间下节课即将被占用，哪间将一直空闲到深夜，甚至这套系统可以让你看到全科大的自习室占用率，图书馆的座位哪有空闲。每天出门一查，便可直接决定去向，既节约了时间，又免去了遭遇尴尬给自己造成的不愉快，从而提高了效率。我们小组开发的这套系统，做成一个网站，专门为同学们提供教室使用情况查询，首先：将各院系、各年级的课程表输入系统的数据库中，并且在各个教室安装人数记录系统（利用RFID阅读机），本套系统将可以进行教室的座位占用率的显示，这样就避免了虽然找到没课教室但座位已满的情况。教室人数监测功能可以实时显示各教室的使用情况、占用率、空闲可用座位数，便于同学们选择教室进行自习。简言之，我们的设计思路可以用下表说明：现实问题相应功能设计1.会议、讲座等活动申请教室流程机械、耗时、效率低1.教室预定的功能2.教室管理员管理教室的使用工作繁复效率低下2.教室管理员网上管理教室的功能3. 同学自习一座难求，找座耗时耗力，影响心情，影响学习，十分不便3.辅助找座（系统实时分析教室当前使用情况）的功能4.老师、家长、或同学在联系方式无效时寻人困难4.教室追踪定位寻人功能2物联网下RFID系统应用架构2.1 EPCglobal对物联网的描述 图1 物联网架构示意图2.2 本系统设计的物联网的描述 图2 教室实时使用查询系统构建示意图3 系统设计及实现3.1物联网第一层：教室门口刷卡机仿真软件的设计与实现 3.1.1功能设计：1.当卡片移动到刷卡机感应区时，触发刷卡事件，本刷卡机向RS232串口发出数据。注：（1）对于“一人刷卡机”，卡片的移动是由鼠标拖动实现的； 对于“多人自动刷卡机”，卡片的移动由左下角的按钮控制，当点击“进门” 时多张卡片自动按顺序依次向左移动触发各自的刷卡事件，并传出数据；当点击“出门”时多张卡片自动按顺序依次向右移动触发各自的刷卡事件，并传出数据。（2） 本刷卡机向RS232串口发出的数据包括：教室号、所刷的卡号（+“进/出门的标志”）。2.刷卡机的液晶显示屏上显示：警语、当前日期时间（时钟）、所刷卡号、进/出门3.刷卡机能接收来自控制系统（电脑）的控制信号，并作出相应反应，如：电脑向刷卡机发出“关闭刷卡机”命令，刷卡机能做出相应反应30秒内自动关机，同理也可实现“取消关机”操作 3.1.2实现：根据上面的界面设计和功能设计，在“Visual Studio 2008”开发平台上创建“项目”，利用“C#语言”开发“Windows窗体应用程序”，各模块及程序代码如下： 2.0版本：一人刷卡机仿真刷卡机 图3 一人刷卡机模拟机主要事件和函数：private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)/接收命令private void Panel1_MouseDown(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/按下鼠标private void Panel1_MouseMove(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/移动鼠标private void Panel1_MouseUp(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e)/松开鼠标private void Panel1_Paint(object sender, System.Windows.Forms.PaintEventArgs e)private void MyReDrawTest(int x, int y)/重画public static string GetWeek()/获取日期private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)/时钟 3.0版本：多人自动刷卡机准刷卡机图4 多人自动刷卡机模拟机主要事件和函数： private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) private void Panel1_Paint(object sender, System.Windows.Forms.PaintEventArgs e)/一旦加载面板就触发这个画图事件public static string GetWeek()/获取日期private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)/时钟private void button1_Click(object sender, EventArgs e)/ 按下鼠标 private void timer2_Tick(object sender, EventArgs e)/自动按频率进门、出门3.2物联网的第二层：基于RS232串口的RFID中间件软件的设计与实现 3.2.1设计 RFID中间件扮演的角色（硬件到软件的通信桥梁）：RFID中间件扮演RFID标签和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使用中间件所提供一组通用的应用程序接口（API），即能连到RFID读写器，读取RFID标签数据。这样一来，即使存储RFID标签情报的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件取代，或者读写RFID读写器种类增加等情况发生时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护复杂性问题。 RFID中间件的整体架构设计 图5 RFID中间件系统架构概念图 图6 RFID中间件系统结构图 设计理念及扩展思路：确切地说，其实质是一个串口通信软件。应用软件与射频识别读写器之间的数据交换通过读写器接口来完成，读写器接口可以采用：RS232、RS485串口、RJ45以太网接口、WLAN无线网络接口、USB接口、蓝牙接口、红外接口 为此，只要在此“软硬件通信模块”里纳入串口通信组件SerialPort、以太网接口通信模块、WLAN无线网络接口通信模块、USB接口通信模块、蓝牙接口通信模块、红外接口通信模块就可以实现各种连接方式都适用的“万能接口”！因本项目的重点在于“基于物联网技术的应用层的开发”，所以我们只做了串口通信的模块，其他接口模块也不难实现，在此不再赘述。后续开发可以根据实际应用的需要加入各个模块，实现“任意接口任意平台均适用”的标准。 3.2.2实现（RFID串口通信功能的实现）： 硬件的实现： 如示意图所示，每台RFID阅读机与电脑之间需要一根RS232的9针脚的串口线。图7 RS232串口通信线及其连接示意图因为没有现成可用的串口线，笔者根据串口通信的原理手工制作了一根串口连接线，由串口通信原理得知串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连只要接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相接即可，为此，笔者制作的串口线只有三根线，而非九根。其实，经本小组反复多次测试，在本小组这个模型里只需输入、输出两根线即足够用了。但考虑到“共地”的严密性，还是使用三线制。软件的实现：关键点：VisualStudio2005、C#、串口通信组件SerialPort根据上面的设计，在“Visual Studio 2008”开发平台上创建“项目”，利用“C#语言”开发“Windows窗体应用程序”，各模块及程序代码如下：设计界面：图8 中间件软件（Client）的监视控制界面主要事件:private void serialPort1_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) /数据接收事件 SerialPort.DataReceived 事件此事件在 .NET Framework 2.0 版中是新增的。表示将处理 SerialPort 对象的数据接收事件的方法。命名空间:System.IO.Ports程序集:System（在 system.dll 中）语法C#: public event SerialDataReceivedEventHandler DataReceived注意： 可能不会按顺序调用 PinChanged、DataReceived 和 ErrorReceived 事件，并且在基础流报告错误和执行事件处理程序之间会稍微延迟。一次只能执行一个事件处理程序。从 SerialPort 对象接收数据时，将在辅助线程上引发 DataReceived 事件。由于此事件在辅助线程而非主线程上引发，因此尝试修改主线程中的一些元素（如 UI 元素）时会引发线程异常。因有必要修改主 Form 或 Control 中的元素，使用 Invoke 回发更改请求，这将在正确的线程上执行。3.3物联网第三层：智慧校园管理系统网站的设计与实现3.3.1物联网第三层的整体设计： 系统整体架构和流程图9 系统功能总览图 教室预定和教室找座模块的设计用户登录教室预定按序搜索个人信息公告预定日期预定的时间段段是否使用多媒体哪个楼教室大小教室搜索结果找座按类搜索按地址搜索按教室号按占座率按剩余座位数按何时能自习搜索排列按楼号按楼层按教室号查看个人公告图10教室预定和教室找座模块的详细设计图3.4网络结构 由于对各教室需要进行实时统计（通过RFID阅读机），所以即使学校内部已经建立了Intranet，也需要将各教室门口RFID阅读机与服务器之间建立专用局域网，以满足实时统计的需要，而对于其他业务管理可以借助于Intranet（企业内部网，或称内网）或Internet（因特网，又称国际互联网）（二者均可）。所以形成了如下图的网络结构。图11 系统网络结构3.5数据库结构该系统的设计采用了SQL Server数据库，后台数据库安装到了服务器，所有数据都保存在该服务器中，数据库与局域网用户、Internet用户和Intranet用户的连接方式如下图所示。图12 数据库与用户的连接4. 结束语基于以上设计，我们应用IIS+SQL server+ASP开发环境实现了B/S结构的智慧校园管理系统。另外，我们系统已实现了实时统计并显示每个教室当前有哪些人员的功能，因此可用于日常考勤，只需稍作改进就可以实现完全自动化的智能考勤功能了。这套系统有着广阔的应用前景，随着现代大学生学习、生活节奏的加快，效率已经成为人们所考虑的第一因素，所以，本系统将成为教室管理员、预定教室者以及全校同学们不可或缺的一套辅助工具。参考文献：1 张海藩.软件工程导论(第四版)M.北京:清华大学出版社,2003.2射频识别（RFID核心结束与典型应用开发案例 作 者：康东 石喜勤 李勇鹏 编著 出 版 社：人民邮电出版社3 李建伟