EPC和RFID技术课程设计(论文)-自习室计时收费管理系统设计.doc

EPC和RFID技术课程设计(论文) 自习室计时收费管理系统设计 院（系）名称电子与信息工程学院 专业班级物联网121 学号 学生姓名 指导教师起 止 时 间： 2015.12.212016.1.1课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：物联网工程教研室学 号学生姓名专业班级物联网121课程设计（论文）题目自习室计时收费系统设计课程设计（论文）任务任务要求：1、 通过读卡读取自习室使用人员的信息、使用时间等。2、 实现自习室计时收费功能。3、 读卡模块设计实现读卡操作。4、 设计系统完成相应的功能。5、 撰写课程设计报告一份。技术要求：1、 利用13.56MHz读卡模块来设计系统。2、 无线数据通信部分基于ZigBee协议。3、 读卡终端采用CC2530核心板。4、 系统能正常运行。软件界面友好、操作简单。5、 采用C语言编写代码，不少于 300行。指导教师评语及成绩平时成绩： 答辩成绩： 论文成绩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：平时成绩占20%，答辩成绩占40%，论文成绩占40%。本科生课程设计（论文）目 录第1章 绪论1第2章 需求分析1第3章 系统概要设计23.1 系统总体结构设计原则23.2 系统具体操作流程2第4章 系统详细设计44.1系统硬件设计44.1.1 读卡模块设计44.1.2 系统的硬件结构44.2 软件设计54.2.1 系统界面设计54.2.2 系统的代码实现6第5章 系统测试95.1 系统测试的目的95.2 测试环境95.3 测试结果10第6章 总结11参考文献12I第1章 绪论许多高等学校在不断提高教学质量的同时，也在提高学校的硬件设施，使学生拥有 良好的学习环境与生活环境. 为了学校在提高教学质量的同时,也能提高公共设施的管理水平,学校自习室必然要设计成为一个能反映学校公共设施的典型代表,针对于现在许多自习室管理还是人工管理,这远落后于时代和发展的潮流,从而致使我们的自习室管理低端化,人工化,经营也很滞后,自习室管理存在高等学校所共有的落后的一面，随着高等学校教学学习工作的不断增大的需求，其管理也变的愈加复杂，日常所需处理的数据量也逐渐增大，教学运转的中间环节也越来越多，原始的人工管理已无法应对这复杂的情况。为了解决上述问题，我在本次设计之中选择了自习室计时收费系统设计，依靠现代化的计算机信息处理技术来管理自习室，从而节省了大量的人力、物力、改善了自习室管理者的工作条件，减轻了劳动强度，随着现代科学技术的迅猛发展，计算机技术已渗透到各个领域，成为各行业必不可少的工具，特别是Internet技术的推广和信息高速公路的建立，使IT产业在市场竞争中越发显示出其独特的优势，步入数字化时代，有巨大的数据信息等待着加工处理和传输，这使得对数据库的进一步开发和利用显得尤为迫切。作为国内高校的一些自习室，他们在信息化过程中的步伐要落后国外管理水平，而对于这些高校的资源管理，信息的存储和处理也显的迫切需要，要适应市场竞争，就需要有高效的处理方式和管理方法，因此加快高校自习室管理的电算化进程是必不可少的。因此,自习室计时收费系统是针对高等院校不便管理自习室的现实而开发的智能计时收费系统,采用计时收费方式,自习室按使用时间收费,操作简单,使用方便,无需专人值守,同时为自习室管理者提供统计报表,实现科学化的,现代化的全新管理方式,同时,自习室的管理也正在走向智能化,自习室的管理系统也将更加完善,经济,讲更好的满足大家,为提高学校的管理水平服务。随着RFID技术的不断深入发展，现在在技术上已经具备了设计一个自习室计时收费管理系统，以减轻人力物力的投入。这不但能为学校带来更好的管理方法，提供了更有效率的管理模式，也大大方便了自习室的使用者，是个两全其美的选择，也是时代发展的必然选择。能为未来学校的发展和开展教学活动注入新的活力。极大地激发了学生的自主学习兴趣。 12第2章 需求分析高校自习室是高校教学环境的重要组成部分，其主要功能是为莘莘学子提供一个良好的学习场所。自习室管理水平高低直接关系到其功能的有效发挥。当前国内许多高校自习室管理状况不一，自习室的功能没有得到完全发挥。如何优化高校自习室的管理，对于自习室功能的充分实现具有重要意义。然而高校自习室管理还存在诸多问题，从整体情况看，高校自习室管理现状不容乐观。虽然每天都有大量的读者在自习室里认真学习，然而自习室却是高校最不受重视的地方。究其原因，主要是大多数人认为这里只是读者自己学习和自行管理的地方。加之来自习读者的流动性大，不好管、难管，管理细致化存在一定的困难，所以一些高校图书馆对自习室采取放任自流式的管理，管理员对于日常巡视中自习室出现的种种问题，有读者反映就处理一下，或短期内整治，缺乏长期有效的管理。据了解，一些高校的自习室管理工作是聘用临时工或者大学生志愿者、义工等来进行，其管理专业素质偏低。首先，他们对自习室的管理难以做到从管理者的视角出发去处理自习室发生的事情，其处理方式比较粗糙。其次，一些临时工的责任心不够强，大多只求工作过得去，完成基本工作任务。再次，由于是临时工，且自习室工作人员的作息制度与图书馆其他工作人员不一样，图书馆难以像对待正式职工一样对他们进行约束，全凭他们的自觉性。优美安静、通风良好、灯光充足、设施设备齐全的环境也是读者所向往的。然而，许多高校图书馆自习室的设施设备并不能完全满足读者的需要。某高校图书馆有几间自习室是由旧书库改进而成，其门窗老化，空气不流通，存在安全隐患。许多自习室没有安装空调，冬冷夏热的自习室，很难吸引读者前来学习，因而座位使用率不高，无法充分发挥自习室的作用。此外，一些高校自习室没有安装门禁系统，校外人员和读者随意进出，加之自习室内没有安装摄像头，容易造成个人或公共财物的损失。高校对自习室管理员和读者的管理制度还不够健全。其一，高校对自习室管理员的基本要求、监督、考核以及奖惩等方面的规定还不明晰，这直接导致管理员的管理动力不足。其二，自习室读者管理制度缺乏或执行不到位。一些图书馆对自习室管理松懈，自习室张贴的读者规章制度一贴就是多年，甚至很多自习室都没有张贴任何规章制度，这导致自习室工作人员在纠正和规劝读者不良行为时无章可循。为彻底解决上述问题,设计自习室计时收费系统就显得有为重要.第3章 系统概要设计3.1 系统总体结构设计原则基于EPCC和RFID的校园自习室计时收费系统的设计引导系统由登录模块,计费模块,管理模块,参数设置模块组成。登录模块主要完成对用户身份的验证，不同级别的人有不同的权限。当识别器读取用户卡信息以后,会自动比对户输入用户名、级别后、与数据库中的用户信息进行比对，如果完全符合则登录成功。否则刷卡不成功.计费模块主要完成计费及扣费功能。 学生进自习室以后。学生刷卡成功后,入口管理员才允许进入。学生出自习室模块。当学生离开自习室时，再次读卡,系统计算用时和费用,并自动从卡上扣除相应的金额. 管理模块主要用于用户的管理。负责创建.查找.修改.添加.删除用户的操作。每个用户有被赋予不同的级别，不同的级别有不同的权限，可以处理不同的工作。具体权限如下： 超级用户：有权访问所有的模块。 自习室管理员允许访问除参数设置以外的所以模块。参数设置模块该模块主要对系统预定义参数进行设置，包括费率设置，免费学习时间设置，自习室有效位设置等。系统硬件设计主要硬件包括:RFID射频识别技术试验箱,PC机将识别模块通过协调器与系统连接起来,每当读卡器读取到数据后,会将数据信息通过串口线传递到PC中的自习室收费系统中,系统会记录一个开始时间,再次读取到相同信息的卡的信息时,自习室收费系统自己将此刻时间减去记录的开始时间,计算出相应的费用。3.2 系统具体操作流程系统安装后，处于待机检测状态以节省能耗，当有学生要进入自习室使用时，首先要刷卡，当识别器检测到有卡读入时，系统启动，中央处理器判断所读信息是否合法，如果不合法，则给出错误提示。如果数据合法。则记录一个进入时间。同时打开门放行。当用户准备离开自习室时，再次刷卡，系统将本次刷卡时间与之前记录时间做差，得出使用时间，在乘以相应费用，得出本次使用费用。并在卡上扣除相应金额。系统运行流程如图3.1: 图3.1 系统运行流程 第4章 系统详细设计4.1系统硬件设计4.1.1 读卡模块设计本系统读卡模块采用13.56MHZ读卡模块，模块内部集成了ISO14443A协议，工作模式有主动读卡和被动读写卡模式，用户可以自己设置；主动读卡模式即为IC卡接近读卡模块后，读卡模块主动读取卡片内容，主动通过串口把读卡信息传送给上位机，无需人为干预；被动读卡模式开发人员只需通过通信接口发送简单的命令便可以完成对IC卡的读写操作，而无需理解复杂的IC卡通信协议；详尽的开发文档和完善的开发例程可大大减少您的产品开发难度，缩短产品开发周期，方便、快捷地将当今最流行的非接触式IC卡技术融入自习室计时收费系统中。工作电压：3.3V5V，用户可自己设置成主动读卡模式和被动读卡模式两种工作模式。功能：支持读卡号ID,读写卡,扇区加密,增值减值（钱包）操作等，读卡距离：标准卡大于5cm，通讯接口：串口TTL或RS232（二者不能同时使用），串口波特率：9600Bit/S，用户可要求出货前更改成需要的波特率，支持卡类型：mifare 1 S50, mafare 1 S70,ISO14443 TypeA等卡片，I/O输出：支持两路I/O输出，工作电流： 50mA ，工作温度： -25 80 。读卡模块硬件结构和电路如图4.1所示图4.1 13.56MHZ读卡模块硬件图4.1.2 系统的硬件结构系统的硬件结构由数据读取模块，通过串口和串口驱动程序，连接至硬件数据采集引擎，通过M函数计算，计算出时间和费用，并把数据返回给处理器，处理器接到数据后，进行判断，并把执行命令按上述流程的逆序进行传送，最后由执行器执行。执行过程如图4.2所示。图4.2 系统硬件结构设计4.2 软件设计4.2.1 系统界面设计Matlab 产品系列被广泛地应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯、系统仿真等诸多领域。它的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对加速度、信号图像处理，控制系统设计，神经网络等特殊应用进行分析和设计。其他的产品延伸了 Matlab 的能力，包括数据，报告生成，和依靠 MATLAB 语言编程产生独立 C/C+代码等等。正因为其强大的科学计算与可视化功能、简单易用的开放式可扩展环境以及所拥有的各种面向不同领域而扩展的工具箱，使得 MATLAB 在许多学科领域中成为计算机辅助设计与分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。Matlab 具有强大的数据处理能力及功能丰富的工具箱，被广泛的应用于信号处理、自动控制等领域。它编程语言简单易学，利用简单的命令就可以代替复杂的代码，极大地提高了开发效率。本设计基于 Matlab 环境下设计了系统的界面开发，理论联系实际， 本系统已RFID采集试验箱为识别器,用户界面是采用matlab中GUI功能为技术依托所设计.,界面中包括系统名称,.开始时间,结束时间,和本次费用,和开始键,开始键及为复位键.最后设计的GUI 界面如图4.3所示。 图4.3 GUI界面设计4.2.2 系统的代码实现由于Matlab提供功能强大的各种计算， 使用几个简单语句就能实现，因此采用Matlab编程语言非常适合。 Matlab 自带的识别数据采集工具箱 DAQ 能更容易地将实验测得的数据进行分析和可视化操作，包括了三个模块，其中 M-File 函数是 Matlab 中可直接调用的识别数据采集命 令函数，通过M-file 函数传输数据、参数和命令给识别数据采集引擎，并可从识别数据采集引 擎中查看识别数据采集设备对象的状态、参数和抽取数据，所有的实时识别数据采集任务都通过这些函数的调用来实现。识别数据采集引擎 (Data Acquisition Engine) 是Matlab 环境下进行实时识别数据采集的核心。它执行 M-flie 函数所规定的功能，并监视和控制识别数据采集设备对象的状态，以及存储和管理所采集的数据。一旦实时识别数据采集任务启动，它就类似于DOS 环境下后台 运行的监控程序，所有的识别数据采集任务就置于它的监控和管理之中。硬件转接驱动程序 (Hardware Driver Adaptors) 建立采集卡驱动软件(driver)与数 据采集引擎之间的数据、命令和参数的传输通道，对于不同的板卡，需要不同的驱动 程序，可以是动态链接库文件（*DLL），也可以是Matlab 下的共享库文件（*MEX）。 它提供了以下主要的功能: 1. 以相同的指令操作模拟输入(AI)、模拟输出(AO)、数字输入输出(DIO)和同步模 拟输入输出转换各式功能，不会因不同硬件而产生不同的指令。 Matlab使用方便,输入简洁,运算效率高,内容丰富,可由用户自行扩展, 能够同时进行数学运算,识别数据采集,信号分析,模型建立和可视化解释等的强大综合功能的科学软件。主要部件是识别数据采集工具箱，它提供了硬件驱动程序和Matlab 环境之间“对话” 所需的硬件驱动程序适配器、识别数据采集引擎和M-文件函数。 M件函数硬件驱动适配器识别数据采集引擎硬件驱动程序硬件传感器执行器磁盘文件Matlab。硬件驱动适配器在硬件驱动程序和识别数据采集引擎之间交换属性数值、 数据和事件；识别数据采集引擎用来存储各个设备对象，以及每个设备对象的属性；对采集到的数据进行存储并且使不同事件同步； M-文件用来创建设备对象、 采集或输出数据、配置属性值和检测识别数据采集状态和识别数据采集设备。 要访问硬件设备, 就要使用工具箱提供的设备对象. 设备对象提供了访问硬件设备功能的途径, 使用设备对象可以控制识别数据采集应用程序. 每一个设备对象对应着一个特定的硬件子系统。 MATLAB 识别数据采集工具箱提供的设备对象有模拟输入设备对象(AI)、模拟输出设备对象(AO)和数字输入/输出设备对象(DIO) .在进行采样之前, 要创建合适的设备对象。Matlab部分代码:function untitled_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)% This function has no output args, see OutputFcn.% hObject handle to figure% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% varargin command line arguments to untitled (see VARARGIN)% Choose default command line output for untitledhandles.output = hObject;% Update handles structureguidata(hObject, handles);% UIWAIT makes untitled wait for user response (see UIRESUME)% uiwait(handles.figure1);function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit1 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% Hints: get(hObject,String) returns contents of edit1 as text% str2double(get(hObject,String) returns contents of edit1 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit1 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles empty - handles not created until after all CreateFcns calledget(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);end% Hints: get(hObject,String) returns contents of edit2 as text% str2double(get(hObject,String) returns contents of edit2 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.function edit2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit2 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.%See ISPC and COMPUTER.If ispc&isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);第5章 系统测试5.1 系统测试的目的系统测试是为了尽早发现并改正系统中的错误，提高系统可靠性的一种方式。他是系统生命周期中非常重要和复杂的工作，对系统可靠性保证具有极其重要的意义。目前的条件下,系统测试在未来相当长的一段时间内仍然是系统可靠性保障的的强力方法。系统工程的目标是利用有限的人力和物力资源，高效高质的完成系统项目。不足的测试会隐含着太多的错误，过度的测试则浪费人力物力。测试的目的是为了使系统中蕴含的缺陷低于某一特定值，使产出，投入比达到最大。5.2 测试环境测试是在ETC-RFID物联网综合试验箱,移动支付模块及协调器,PC及和MATLAB软件的环境下进行的,测试卡频率是13.56M赫兹，测试模块如下图图5.1 系统识别模块5.3 测试结果 图5.2 系统运行测试结果本系统最终实现了预期目标，完成了通过读卡读取自习室使用人员的信息、使用时间等。实现自习室计时收费功能。读卡模块设计实现读卡操作。由于受测试条件，时间，水平，经验的限制，本次测试只进行了有限的次数，本系只能能正确读取，计时，计费。在系统安全，系统稳定性方面测试还远远不够。第6章 总结时间一点点的逼近了，耗时2周的课程设计即将结束，在老师的指导和自己的努力下我的毕业设计也完成了。自习室计时收费系统功能已经基本实现，在设计过程中，老师指引我们将四年来学习的理论知识与实践想结合起来，依据系统生命周期方法，将系统逐渐完善，从可行性研究、需求分析、总体设计到详细设计，到编码实现，测试，这其中遇到无数问题，有的是设计上的，有的是技术实现上的，在解决这些问题的过程中，我深深的领悟到了系统开发的奥妙，也使我对基于RFID的技术开发有了浓厚的兴趣。从项目的规划、调研开发，到编码、测试，充分体会到了做一个管理系统的不容易。但这也锻炼了自己的动手能力，使在记忆中模糊的知识变得清晰，也让我认识到只有不断地学