發布日期：2022-05-20 點擊率：36
引言
隨著科學技術的高速發展特別是RFID 技術的發展，RFID 已經被廣泛運用到很多的領域。近年來高校不斷擴招，越來越多的學生走進了大學校園，這就給學生公寓的管理工作帶來了挑戰，傳統的公寓管理模式就暴露出了許多不足之處，比如：學生出入公寓都必須在紙質的記錄簿上登記，在學生流比較大的時候這樣的操作即費時又費力，不僅浪費了學生大量的等候時間，又增加了管理人員的勞動強度。而且這樣的管理還可能使外來陌生人員乘虛而入，對學生的生命和財產安全帶來隱患。近幾年RFID 技術加快了學生管理現代化的進程，這個系統可以使公寓管理部門方便，快捷地查詢統計學生住宿信息，準確的掌握出入公寓人員的身份信息。RFID 智能管理具有使學生有序出入、手續簡便、速度快、管理自動化和減少工作人員等特點。將遠距離RFID 系統以及數據庫、因特網、無線控制等應用于學生公寓管理，繼承了傳統管理模式的所有優點。
1 RFID 工作原理
RFID 是Radio Frequency Identification 的縮寫，及射頻識別。它利用射頻信號通過空間耦合實現自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。它主要包括三個部分：（1）標簽。由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上表示目標對象；（2）閱讀器。讀取和寫入標簽信息的設備，可以設計為手持式或固定式；（3）天線。在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信息。如圖 所示，讀寫器在一個區域內發射射頻能量形成電磁場，作用距離和范圍的大小取決于發射功率和天線。標簽通過這一區域時被觸發，發送存儲在標簽中的數據，或根據讀寫器的指令改寫存儲在標簽中的數據。讀寫器可以與標簽建立無線通信，向標簽發送數據及從標簽接受數據，并能通過標準接口與計算機網絡進行通信，從而實現了射頻系統的順利工作。
2 RFID 學生公寓自動化管理系統
2.1 RFID 學生公寓自動化管理系統工作原理
當學生進出公寓門口時，自感線圈檢測到學生身上的標簽信號，觸發安裝在管理系統上的天線架的射頻讀寫器，射頻讀寫器開始與標簽進行雙向通信和數據交換，將數據傳輸給管理部門的計算機中，管理部門可以根據不同的情況來控制系統做出相應的動作。如系統發現身上沒有電子標簽的人員進入到公寓，管理人員便可以派人進行阻攔，以便確保學生生命和財產安全。整個學生進出公寓的過程無需人工干預，學生進出公寓的過程及方便又快捷。學生公寓自動化管理系統界面如圖 所示。電源時鐘讀寫模塊射頻模塊天線天線射頻模塊控制模塊存儲器計算機通信網絡圖 RFID 系統結構框圖圖2 公寓自動化管理界面
2.2 系統設計
通過對RFID 學生公寓自動化管理系統進行研究，將RFID、計算機和無線控制聯系起來，從而初步建立智能管理模式。其關鍵技術主要在于兩個方面：自動身份識別和自動控制。它能夠對進出的學生進行準確高效的管理。學生不需在登記簿上登記，可以方便、快捷地進出宿舍。本設計主要由管理軟件、無線收發模塊、報警器、計算機、RFID 標簽和RFID 閱讀器組成。系統能夠實現學生身份自動識別、學生信息登記和對外來人員的報警等功能 2］。1）每個入住公寓的學生身上都攜帶有一張記錄其身份信息的RFID 標簽，RFID 標簽屬性包括：學生姓名、學號、登記照、宿舍號和所在學院。2）在公寓門口放置一臺RFID 閱讀器和一臺計算機和一套無線發射電路。3）在管理室里配置一個報警電路，此報警電路時基于單片機控制的 4］。當帶有RFID 標簽的學生進入到公寓門口時，安裝在門口的RFID 閱讀器便會讀到RFID 的信息，如果讀到的信息與數據庫里的信息一致，那么計算機會通過串口將信息傳輸給單片機，單片機通過控制電路點亮一個綠色的LED 燈，這就說明是這個公寓里的學生，如果讀到的信息在數據庫里沒有與之匹配的信息，計算機也會通過串口將信息傳輸給單片機，單片機控制報警器報警同時點亮一個紅色的LED 燈。4）學生進出公寓的全部信息均有電腦實時記錄，準確地讀寫到數據庫中，并生成日報，月報統計表。
2.3 無線收發電路硬件設計
通過應用先進的PTR8000 高速嵌入式無線芯片開發無線高速數據傳輸電路。電路包括兩個無線高速多頻道模塊、兩個開發板 3］。開發板上有單片機、串口、報警器和相應的接口等，加上電源即可使用。可完成無線雙向數據高速傳輸的全部功能。對電路進行分塊分析，可將電路分成一下四個功能塊：供電模塊、串口模塊、C51 控制模塊和PTR8000 控制模塊。（1） 供電模塊供電模塊由變壓器、整流、濾波、穩壓等部分組成。本設計需 5V 和 3.3V 的雙電源。這是因為除了MCU、Max232 的工作需 5V 的電源之外，PTR8000 模塊需要 3V 的電源。（2） 串口模塊當兩張RFID 信息驗證時，計算機向串口發送啟動 關閉LED 燈信息，驗證不成功時發送警報消息。電路板將串口接收到的數據通過Max232 進行電平轉換，轉換后送入單片機進行處理。（3） C51 模塊C51 單片機的P2 口接PTR8000 無線收發模塊用來接收和發送控制信號。P1.1 口接報警器，通過控制P1.1 口高電平來導通集電器，使報警喇叭與200V 交流電形成導通回路。P1.5口接綠色的LED 燈，P1.6 口接紅色的LED 等。（4） PTR8000 無線模塊PTR8000 專為點對多點無線通信設計，內置數據協議和CRC 檢錯，無亂碼輸出，載波檢測輸出，點對多點通信硬件控制，全面升級替代PTR2000 系列無線模塊。PTR8000 無線模塊連接到C51 單片機P2 口，可完成無線數據高速傳輸的功能。PTR8000 模塊特性如下：1） 超小體積，內置環形天線，性能穩定且不受環境影響，對電源不敏感，距離更遠。2） 最大發射功率 10dBm，高抗干擾GFSK 調制，可調頻，數據速率50kb/s，獨特的載波檢測輸出，地址匹配輸出，數據就需輸出。
2.4 自動化管理系統軟件設計
系統可以直接運行于本地計算機，在windows 環境下，首先建立Microsoft Access 數據庫表格，并在數據庫表格中添加添加發放用戶RFID 標簽的基本信息。以Visual Basic 6.0開發工具為基礎，實現數據采集、數據庫的數據訪問和信息響應等。RFID 學生公寓自動化管理系統涉及系統維護、發卡、數據采集、記錄查詢、出入控制等功能。主要功能模塊設計如圖 所示。圖 主要功能模塊結構框圖（1） 管理員登陸子模塊主要實現管理員登陸，不是管理員就沒有權限使用此系統。2） 管理用戶電子標簽管理包括新用戶添加管理和標簽修改管理兩部分內容。在系統運行之前，需要先將車輛和用戶的基本信息錄入數據庫中，并分配卡號，標簽使用者的基本信息包括：學生的照片，學生姓名、學號、宿舍號和所在學院。（3） 記錄查詢系統數據庫中存儲有每個入住學生的基本信息、發卡信息以及學生出入公寓記錄等各種數據信息。系統管理員可以根據時間段，查詢學生進出的所有記錄，并可以以報表的形式打印，滿足管理部門的需求。（4） 進出學生監控識別系統處于自動監控、信號采集狀態，當持卡學生進出系統大門設置的識別區域時，射頻卡被系統快速識別，如果學生身份信息與系統存儲的數據相符，系統對指示燈做出相應控制。如果不一致，系統會發出報警信號。學生公寓自動化管理系統工作流程如圖 所示：
3 結束語
對現代化學生公寓自動化管理系統模塊進行了規劃，并對其軟件和硬件進行了設計和調試，構建了學生公寓自動化管理系統通信平臺，實現了學生手持標簽自動識別和信息化管理，解決了傳統學生公寓進出擁堵和學生公寓安全性低等問題。系統具有統計學生出入數據功能，方便管理人員進行管理，減輕了管理人員的勞動強度，并且可以使管理人員和用戶準確地查詢各種信息。突破了傳統的學生公寓管理模式，是未來學生管理的發展方向。對于該系統，目前已經成功完成一套演示系統，實驗的調試運行表明，該系統能夠實現設計初期的所有功能要求，運行良好。
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