基于RFID智慧乡村环卫管理平台的设计与实现-论文.doc

硕士学位论文基于RFID智慧乡村环卫管理平台的设计与实现Design and implementation of RFID intelligent ruralsanitation management platform学科专业软件工程作者姓名指导教师 中图分类号学校代码 UDC密级公开硕士学位论文基于RFID智慧乡村环卫管理平台的设计与实现Design and implementation of RFID intelligent ruralsanitation management platform作者姓名：学科专业：软件工程研究方向：学院（系、所）：软件学院指导教师：副指导教师：论文答辩日期答辩委员会主席年月 学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：日期：导师签名日期：年月日年月日I 摘要随着社会进步和农村的不断发展，农村环境卫生越来越受到人们的普遍关注，环境脏乱差直接影响农村环境质量和农民生活质量，搞好环境卫生，实现村容整洁，树立崭新形象，创造良好环境，是生产发展、生活宽裕、乡风文明、管理民主的具体体现，是农村经济发展的客观要求，也是广大农民群众的心声。农民群众改善环境状况的意愿日益强烈。农村环境卫生整治是重要的民生问题，事关农业的可持续发展、农民的切身利益、农村的和谐稳定。农村环境卫生整治是社会主义新农村建设的重要内容，也是统筹城乡发展的必然要求，对于改善农民居住环境，提高生活质量，提升健康水平有着十分重要的意义。以梧桐树乡的环卫管理为例，展开合理化环卫管理设计，根据结构，逻辑结构，业务流程，硬件环境和网络配置的乡镇设施来分析系统，本系统选用了基于B / S软件开发模式模式下，以Oracle数据库为技术的基础上，程序框架MVC的C#平台，以及RFID无线射频技术和通信技术，搭建工作平台架构环卫管理制度，在基于数据的动态实时性，节约成本等条件下，该系统的详细设计的总结，并设计完成了基本信息维护，环卫人员管理，环卫设施管理，环卫日常管理，环卫经费管理模块。完成系统设计之后，通过测试，业务试行，系统改造完毕，并已投入运行，有效地加快信息化管理流程。减轻了垃圾的积压，又很大意义上增强了乡镇环境的改善。关键词：环卫管理系统；数据采集；数据分析；定点查询2 AbstractWith the continuous development of social progress and rural environmentalsanitation in rural areas, more and more peoples attention, filthy environmentdirectly affects the quality and quality of life of farmers in rural environment,environmental sanitation, implementation of clean and tidy village, set up a newimage, to create a good environment, is a concrete manifestation of the developmentof production, affluent life, civilization, management democracy, is the objectiverequirement of the development of rural economy, but also the broad masses ofpeasants. Farmers willingness to improve the environment. Rural environmentalsanitation is an important issue of peoples livelihood, which is closely related to thesustainable development of agriculture, the vital interests of farmers and the stabilityand harmony of rural areas. Rural environmental remediation is an importantcontent in the construction of new socialist countryside is the inevitable requirementof urban and rural development, to improve the living conditions of farmers, improvethe quality of life, have very important significance to enhance the level of health.The sanitation management sycamore township as an example, reasonablesanitation management according to the design, structure, logical structure, businessprocesses, hardware environment and network configuration of the townshipfacilities to analysis system used in this system based on B / S software developmentpattern, based on Oracle data base technology based on program framework theMVC C# platform and RFID wireless RF technology and communication technology,build a working platform sanitation management system, the dynamic real-time dataon the condition of saving cost, the detailed design of the system are summarized,and completed the design of basic information maintenance, personnel management,sanitation, sanitation facilities management, sanitation management. Sanitation fundmanagement module. After the completion of the system design, through the test,the business trial, the system is completed, and has been put into operation,effectively accelerate the information management process. To reduce the backlog ofwaste, but also greatly enhance the improvement of the township environment.Keywords: Environmental management system; data acquisition; data analysis; fixed pointquery目录3 1绪论 .51.1前言.51.2环卫系统平台的研究现状.51.3本文主要研究内容.71.4论文组织结构.92基于 RFID智慧乡镇环卫管理平台的架构 .272.1智慧乡镇环卫管理平台的技术方案.272.2智慧乡镇环卫管理平台架构.292.3智慧乡镇环卫管理平台模块设计.302.4本章小结.363基于 RFID通信方式 .363.1超高频无线传送技术.363.3对环卫站点的控制.404系统数据处理.404.1系统数据结构.404.2系统数据处理.455智慧乡镇环卫管理平台界面设计.456智慧乡镇环卫管理平台的实现.506.1智慧乡镇环卫管理平台硬件需求.504 1绪论1.1前言在当今这样一个信息化快速发展的社会中，怎样使生活的各个方面都能方便、快捷，使投入成本降低已成为迫在眉睫的问题。尤其是在中国大环境的要求下，农村环境卫生整治是社会主义新农村建设的重要内容，也是统筹城乡发展的必然要求，对农村的生活卫生环境的改善和人民生活质量的提高都有着十分重要的意义。并且随着社会的发展有很多的乡镇已经结合国家给予的政策和补贴在逐渐改善农村乡镇环境，2015年许多乡镇还是管理混乱，大部分乡镇的卫生情况不容乐观。智慧乡村环卫管理平台的设计与实现将全力改善乡镇卫生的管理，并且结合RFID无线射频技术将所有卫生设施、环卫工人等紧密结合在一起，这样可以做到定点定人的查询。1.2环卫系统平台的研究现状基于 RFID智慧乡镇环卫管理平台采用一种基于 B/S网络模式及 Internet通讯的模式来整体管理乡镇环境卫生。同时采用带有无线射频传感器的超高频的RFID电子标签对环卫设施、环卫工人一码以一设备的绑定式管理。RFID射频识别是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆正在生产中的汽车，厂方便可以追踪此车在生产线上的进度。仓库可以追踪药品的所在。射频标签也可以附于牲畜与宠物上，方便对牲畜与宠物的积极识别（积极5 识别意思是防止数只牲畜使用同一个身份）。射频识别的身份识别卡可以使员工得以进入锁住的建筑部分，汽车上的射频应答器也可以用来征收收费路段与停车场的费用。某些射频标签附在衣物、个人财物上，甚至于植入人体之内。由于这项技术可能会在未经本人许可的情况下读取个人信息，这项技术也会有侵犯个人隐私忧患。目前随着网络的发展以及人们环卫意识的逐步提高，对乡镇、小区等公共区域的卫生关注也越来越关注。特别是小区物业、老年人、有小孩的家庭，随着社会信息化建设的不断发展，环卫管理也越来越智能化，对身边环境的要求越来越高。鉴于此，本文根据梧桐树乡环境卫生的具体情况设计了一种基于 RFID智慧乡村环卫管理平台，并进行了实地的考察和实验。RFID数据布控图6 1.3本文主要研究内容本文的主要研究内容有以下几个方面：环卫管理平台系统整体架构梧桐乡虽不大，但是相关的政府机构、学校区、卫生院都有。梧桐乡最大的几个设施有 5个点，分别是梧桐乡政府、梧桐乡卫生院、梧桐乡中心幼儿园、梧桐乡文化活动中心、东西朝向的梧桐路。环卫系统平台主要围绕这 5点开始整体规划和布局，由于以梧桐路为路线的街道两边人流量比较大，随之人们随手丢弃的垃圾比较多，所以该街道每 20米就设定一个垃圾站。每 10个垃圾站配备一个环卫工人，确保街道的环境卫生。“智能乡村环卫管理平台”所使用的垃圾站都带有超高频抗金属电子标签和 433Hz的 TDU组合设备，并且环卫工人也有自己独立 ID号的电子标签。当环卫工人清理完自己区域的垃圾站，垃圾站上面的RFID抗金属标签和环卫工人自身的会自动产生信号交流，通过 DTU将数据发送到后台，此时我们可以通过平台系统上面看到该环卫工人已经将垃圾站垃圾清理完毕。DTU的结构什么是 DUT:DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为 IP数据或将 IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。DTU广泛应用于气象、水文水利、地质等行业。核心功能GPRS DTU内部封装了 PPP拨号协议以及 TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式 PC与无线 GPRS MODEM的结合；它具备 GPRS拨号上网以及 TCP/IP数据通信的功能。GPRS DTU提供了串行通信接口，包括 RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且 GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说 GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成 TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。GPRS通信网络的优点之一就是支持 GPRS终端设备永久在线，因此典型的 GPRS DTU在设计上都支持永久在线功能，这就要求7 DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开 DTU与中心的连接，心跳包就是 DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。GPRS DTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的 IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内（一般为 FLASH或 EEPROM等）。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。不同用户设备的串口参数有所不同，DTU连接用户设备的串口时，要根据用户设备串口的实际参数对 DTU端进行相应设置，保证用户设备的正常通信和可靠数据传输。较为专业的 GPRS DTU还提供一些扩展功能，主要包括：支持数据中心域名解析、支持远程参数配置、远程固件升级、支持远程短信 /电话唤醒、支持本地串口固件升级、提供短信通道、提供 DTU在线、离线电平指示等。更高级的 DTU，也可给用户提供二次开发的功能；例如；通信插件、DLL、接口文档，以便用户根据自己的实际情况对 DTU进行改造，完善 DTU产品，使其更加的切合自身需求。8 1.4论文组织结构2关键技术介绍2.1微信模板消息推送模板消息仅用于公众号向用户发送重要的服务通知，只能用于符合其要求的服务场景中，如信用卡刷卡通知，商品购买成功通知等。不支持广告等营销类消息以及其它所有可能对用户造成骚扰的消息。关于使用规则，请注意：1、所有服务号都可以在功能-添加功能插件处看到申请模板消息功能的入口，但只有认证后的服务号才可以申请模板消息的使用权限并获得该权限；2、需要选择公众账号服务所处的 2个行业，每月可更改 1次所选行业；3、在所选择行业的模板库中选用已有的模板进行调用；4、每个账号可以同时使用 25个模板。5、当前每个账号的模板消息的日调用上限为 10万次，单个模板没有特殊限制。【2014年 11月 18日将接口调用频率从默认的日 1万次提升为日10万次，可在 MP登录后的开发者中心查看】。当账号粉丝数超过10W/100W/1000W时，模板消息的日调用上限会相应提升，以公众号 MP后台开发者中心页面中标明的数字为准。关于接口文档，请注意：1、模板消息调用时主要需要模板 ID和模板中各参数的赋值内容；2、模板中参数内容必须以.DATA结尾，否则视为保留字；3、模板保留符号 。目录1设置所属行业2获取设置的行业信息3获得模板 ID4获取模板列表9 5删除模板6发送模板消息7事件推送设置所属行业设置行业可在微信公众平台后台完成，每月可修改行业 1次，帐号仅可使用所属行业中相关的模板，为方便第三方开发者，提供通过接口调用的方式来修改账号所属行业，具体如下：接口调用请求说明http请求方式: POST/cgi-bin/template/api_set_industry?access_token=ACCESS_TOKENPOST数据说明POST数据示例如下：industry_id1:1,industry_id2:4参数说明参数是否必须说明access_tokenindustry_id1是接口调用凭证是公众号模板消息所属行业编号industry_id2是公众号模板消息所属行业编号行业代码查询主行业副行业代码IT科技互联网/电子商务IT科技IT软件与服务 2IT科技IT硬件与设备 3110 IT科技电子技术IT科技通信与运营商 5IT科技网络游戏金融业银行金融业基金|理财|信托 8467金融业保险9餐饮餐饮10酒店旅游酒店酒店旅游旅游1112运输与仓储运输与仓储运输与仓储快递131415物流仓储16教育教育培训院校17政府与公共事业政府与公共事业政府与公共事业政府与公共事业学术科研18交警19博物馆 20公共事业|非盈利机构21医药护理医药医疗医药护理护理美容2223医药护理保健与卫生 24交通工具汽车相关交通工具摩托车相关 2625交通工具火车相关交通工具飞机相关2728房地产建筑房地产物业2930消费品消费品 31商业服务法律3211 商业服务会展33商业服务中介服务3439商业服务认证商业服务审计文体娱乐传媒文体娱乐体育35363738文体娱乐娱乐休闲印刷其它印刷其它4041获取设置的行业信息获取帐号设置的行业信息。可登录微信公众平台，在公众号后台中查看行业信息。为方便第三方开发者，提供通过接口调用的方式来获取帐号所设置的行业信息，具体如下:接口调用请求说明http请求方式：GET/cgi-bin/template/get_industry?access_token=ACCESS_TOKEN参数说明参数是否必须说明access_token返回说明是接口调用凭证正确调用后的返回示例：primary_industry:first_class:运输与仓储,second_class:快递,secondary_industry:first_class:IT科技,second_class:互联网|电子商务返回参数说明参数是否必填说明12 access_token是接口调用凭证primary_industry是帐号设置的主营行业secondary_industry 是帐号设置的副营行业获得模板 ID从行业模板库选择模板到帐号后台，获得模板 ID的过程可在微信公众平台后台完成。为方便第三方开发者，提供通过接口调用的方式来获取模板ID，具体如下：接口调用请求说明http请求方式: POST/cgi-bin/template/api_add_template?access_token=ACCESS_TOKENPOST数据说明POST数据示例如下：template_id_short:TM00015参数说明参数是否必须说明access_token是接口调用凭证template_id_short是模板库中模板的编号，有“TM*”和“OPENTMTM*”等形式返回码说明在调用模板消息接口后，会返回 JSON数据包。正常时的返回 JSON数据包示例：errcode:0,errmsg:ok,template_id:Doclyl5uP7Aciu-qZ7mJNPtWkbkYnWBWVja26EGbNyk13 获取模板列表获取已添加至帐号下所有模板列表，可在微信公众平台后台中查看模板列表信息。为方便第三方开发者，提供通过接口调用的方式来获取帐号下所有模板信息，具体如下:接口调用请求说明http请求方式：GET/cgi-bin/template/get_all_private_template?access_token=ACCESS_TOKEN参数说明参数是否必须说明access_token是接口调用凭证返回说明正确调用后的返回示例：template_list: template_id:iPk5sOIt5X_flOVKn5GrTFpncEYTojx6ddbt8WYoV5s,title: 领取奖金提醒,primary_industry: IT科技,deputy_industry: 互联网|电子商务,content: result.DATA nn领奖金额: withdrawMoney.DATA n领奖时间: withdrawTime.DATA n银行信息: cardInfo.DATA n到账时间: arrivedTime.DATA n remark.DATA ,example: 您已提交领奖申请nn领奖金额：xxxx元n领奖时间：2013-10-10 12:22:22n银行信息：xx银行(尾号 xxxx)n到账时间：预计xxxxxxxnn预计将于 xxxx到达您的银行卡14 返回参数说明参数是否必填说明access_token是接口调用凭证template_id是模板 ID是模板标题是模板所属行业的一级行业titleprimary_industrydeputy_industry 是模板所属行业的二级行业content 是模板内容example是模板示例删除模板删除模板可在微信公众平台后台完成，为方便第三方开发者，提供通过接口调用的方式来删除某帐号下的模板，具体如下：接口调用请求说明http请求方式：POST/cgi-bin/template/del_private_template?access_token=ACCESS_TOKENPOST数据说明如下：template_id :Dyvp3-Ff0cnail_CDSzk1fIc6-9lOkxsQE7exTJbwUE参数说明参数是否必须说明access_token是接口调用凭证template_id是公众帐号下模板消息 ID返回说明在调用接口后，会返回 JSON数据包。正常时的返回 JSON数据包示例：errcode : 0,errmsg : ok15 发送模板消息接口调用请求说明http请求方式: POST/cgi-bin/message/template/send?access_token=ACCESS_TOKENPOST数据说明POST数据示例如下：touser:OPENID,template_id:ngqIpbwh8bUfcSsECmogfXcV14J0tQlEpBO27izEYtY,url:/download,miniprogram:appid:xiaochengxuappid12345,pagepath:index?foo=bar,data:first: value:恭喜你购买成功！,color:#173177,keynote1:value:巧克力,color:#173177,keynote2: value:39.8元,color:#173177,16 keynote3: value:2014年 9月 22日,color:#173177,remark:value:欢迎再次购买！,color:#173177参数说明参数是否必填说明touser是接收者 openidtemplate_id是模板 IDurl 否模板跳转链接miniprogram否跳小程序所需数据，不需跳小程序可不用传该数据appid是所需跳转到的小程序 appid（该小程序 appid必须与发模板消息的公众号是绑定关联关系）pagepath是所需跳转到小程序的具体页面路径，支持带参数,（示例 index?foo=bar）data是模板数据注：url和 miniprogram都是非必填字段，若都不传则模板无跳转；若都传，会优先跳转至小程序。开发者可根据实际需要选择其中一种跳转方式即可。当用户的微信客户端版本不支持跳小程序时，将会跳转至 url。17 返回码说明在调用模板消息接口后，会返回 JSON数据包。正常时的返回 JSON数据包示例：errcode:0,errmsg:ok,msgid:200228332使用效果事件推送在模版消息发送任务完成后，微信服务器会将是否送达成功作为通知，发送到开发者中心中填写的服务器配置地址中。1、送达成功时，推送的 XML如下：1395658920200163836参数说明参数说明18 ToUserName公众号微信号FromUserName接收模板消息的用户的 openidCreateTime创建时间MsgType消息类型是事件Event事件为模板消息发送结束MsgID消息 idStatus发送状态为成功2、送达由于用户拒收（用户设置拒绝接收公众号消息）而失败时，推送的 XML如下：1395658984200163840参数说明参数说明ToUserName公众号微信号FromUserName接收模板消息的用户的 openidCreateTime创建时间MsgType消息类型是事件Event事件为模板消息发送结束19 MsgID消息 idStatus发送状态为用户拒绝接收3、送达由于其他原因失败时，推送的 XML如下：1395658984200163840参数说明参数说明ToUserName公众号微信号FromUserName接收模板消息的用户的 openidCreateTime创建时间MsgType消息类型是事件Event事件为模板消息发送结束MsgID消息 idStatus发送状态为发送失败（非用户拒绝）2.2 SSH开发框架当前最流行的 web应用程序开源框架非 SSH(struts+spring+Hibemate)莫属，SSH是指 struts+spring+hibernat21,22e三者结合而成的一个集成框架。表示层20 的显示主要由 struts负责，spring则是完成业务的控制和负责对数据库的操作，那么数据如何能够持续不断的保存到数据库呢，该项工作则由 hibernate完成。Struts起到基础架构的作用，在系统中 Strus会对 MVC分离，同时控制业务的跳转；Spring的主要作用是管理 struts和 hibernate。具体做法是：用面向对象的分析方法根据需求提出一些模型，将这些模型实现为基本的 Java对象，然后编写基本的 DAO(Data Access Objects) 23接口，并实现该数据访问对象的接口。在 Hibernate架构下，可实现数据库与 DAO类之间的数据访问，同时实现数据库和 Java类与之间的数据转换，最后由 Spring做管理，管理 struts和 hibernate。2.2.1 SpringSpring的开发框架非常强大，它使用 JavaBean属性的 IOC（Inversion ofControl）容器来作为自己的框架基础。Spring具有分层的体系架构，即使是单独使用某一独立的层构，但 Spring的架构依然完整稳定；Spring采用了 Ioc的容器技术，依托于盖容器技术 Spring可对所有对象之间的依赖关系进行控制，Spring还提供了可以和 IOC容器集成的强大而灵活的 MVC Web框架。Spring的数据访问架构还集成了 Hibernate和其他 O/R mapping解决方案24。2.2.2 StrutsStruts是开源框架，主要是采用 Servlet和 JSP技术来实现的。Struts是一个基于 Sun J2EE平台的 MVC框架，把 Servlet、JSP、自定义标签和信息资源(messageresources25)整合到一个统一的框架中。对于开发者来说，Struts是一个非常理想的应用框架，Struts简单易用，较容易掌握，同时开发敏捷迅速，对于各种开发需求几乎都能满足。2.2.3 HibernateHibernate是一种对象关系映射框架，其核心内容是 ORM26，27（关系对象模型）。Hibernate可以自动生成并自动执行 sql语句，这样 java程序员利用该功能，可以使用面向对象的思想来操作数据库，而不再考虑如何使用和开发JDBC。在任何的 JDBC场景中都可以使用 Hibernate，在 J2EE和 EJB的架构中，它可以完全替代 CMP，从而实现数据的持久化。Hibernate有三方面的优点：21 1、对 Java的全面兼容，所有 Java开发项目都可以使用 Hibernate，测试方法简单。2、使用 Hibernate可以大大减少代码量。3、使用了 Hibernate会方便代码的可移植性。2.3 mysql数据库2.3.1 mysql数据库特点MySQL数据库是基于 Linux操作系统开发出来的数据库，众所周知 Linux是开放源码的操作系统，所以 MySQL数据库也是开放源码的免费数据库，这也是 MySQL数据库的优点，虽然其功能的多样性和性能的稳定性差强人意，但是依然有很多用户在使用。MySQL数据库虽说功能不算强大，但是优点也是不少的：使用 C和 C+编写，并使用了多种编译器进行测试，保证源代码的可移植性。支持 AIX、FreeBSD、HP-UX、Linux、Mac OS、NovellNetware、OpenBSD、OS/2 Wrap、Solaris、Windows等多种操作系统。为多种编程语言提供了 API。这些编程语言包括 C、C+、Python、Java、Perl、PHP、Eiffel、Ruby和 Tcl等。支持多线程，充分利用 CPU资源。优化的 SQL查询算法，有效地提高查询速度。既能够作为一个单独的应用程序应用在客户端服务器网络环境中，也能够作为一个库而嵌入到其他的软件中。提供多语言支持，常见的编码如中文的 GB 2312、BIG5，日文的 Shift_JIS等都可以用作数据表名和数据列名。提供 TCP/IP、ODBC和 JDBC等多种数据库连接途径。提供用于管理、检查、优化数据库操作的管理工具。支持大型的数据库。可以处理拥有上千万条记录的大型数据库。支持多种存储引擎。22 Mysql是开源的，所以你不需要支付额外的费用。 MySQL使用标准的 SQL数据语言形式。 Mysql对 PHP有很好的支持，PHP是目前的 Web开发语言。 Mysql是可以定制的，采用了 GPL协议，你可以修改源码来开发自己的Mysql系统。 MySQL数据库之所以被中小型企业喜爱也离不开以上这些优点，My