【智慧校園】-智慧校園管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(青島科技大學(xué))

智慧校園管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：在對(duì)大賽要求及現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行深化分析的基礎(chǔ)上，我們小組給出了一種綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、串口通信技術(shù)、IIS+SQLserver+ASP開(kāi)發(fā)環(huán)境、B/S結(jié)構(gòu)的智慧校園管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大賽要求的主要功能：允許用戶通過(guò)PC終端查詢?nèi)拷淌业膶?shí)時(shí)使用情況，以及其他所需信息和服務(wù)（如我們小組設(shè)計(jì)的預(yù)定教室、自習(xí)找座、教室尋人等功能）。全面體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的整體構(gòu)架（一二三層皆予以實(shí)現(xiàn)）尤其實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備與我們系統(tǒng)之間的連接、真正實(shí)現(xiàn)了教室實(shí)時(shí)使用情況信息的動(dòng)態(tài)更新是該系統(tǒng)的主要特色。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧校園；RFID；上位機(jī)；接口；RS232串口通信；實(shí)時(shí)更新1引言初入科大，就感到了科大人對(duì)學(xué)問(wèn)的渴望，就像科大的自習(xí)室，時(shí)常爆滿，自習(xí)圣地圖書(shū)館根本難尋一席之地。常常毀滅這種情況：一個(gè)人肩背很沉的書(shū)包，游走于教學(xué)樓之間，查找一塊自習(xí)之地，也常毀滅這種情況：好不簡(jiǎn)潔在一教覓得一塊寶地，不料剛坐一小時(shí)，成群的學(xué)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(wú)奈的選擇：忍受“市井喧鬧”，堅(jiān)守陣地，或者一走了之。于是，我們針對(duì)這個(gè)問(wèn)題開(kāi)發(fā)了這套系統(tǒng)，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)你可以網(wǎng)上預(yù)訂教室、追蹤定位尋人、查詢青島科技大學(xué)各個(gè)教室的使用情況，哪間有課，哪間沒(méi)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(xí)室占用率，圖書(shū)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(shí)間，又免去了遭受尷尬給自己造成的不快樂(lè)，從而提高了效率。我們小組開(kāi)發(fā)的這套系統(tǒng)，做成一個(gè)網(wǎng)站，特地為同學(xué)們供應(yīng)教室使用情況查詢，首先：將各院系、各班級(jí)的課程表輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且在各個(gè)教室安裝人數(shù)記錄系統(tǒng)（利用RFID閱讀機(jī)），本套系統(tǒng)將可以進(jìn)行教室的座位占用率的顯示，這樣就避開(kāi)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(cè)功能可以實(shí)時(shí)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(xué)們選擇教室進(jìn)行自習(xí)。簡(jiǎn)言之，我們的設(shè)計(jì)思路可以用下表說(shuō)明：現(xiàn)實(shí)問(wèn)題相應(yīng)功能設(shè)計(jì)1.會(huì)議、講座等活動(dòng)申請(qǐng)教室流程機(jī)械、耗時(shí)、效率低1.教室預(yù)定的功能2.教室管理員管理教室的使用工作繁復(fù)效率低下2.教室管理員網(wǎng)上管理教室的功能同學(xué)自習(xí)一座難求，找座耗時(shí)耗力，影響心情，影響學(xué)習(xí)，非常不便3.幫忙找座（系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析教室當(dāng)前使用情況）的功能4.老師、家長(zhǎng)、或同學(xué)在聯(lián)系方式無(wú)效時(shí)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(yīng)用架構(gòu)2.1EPCglobal對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的描述圖1物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)示意圖2.2本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)的描述圖2教室實(shí)時(shí)使用查詢系統(tǒng)構(gòu)建示意圖3系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)3.1物聯(lián)網(wǎng)第一層：教室門口刷卡機(jī)仿真軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1.1功能設(shè)計(jì)：1.當(dāng)卡片移動(dòng)到刷卡機(jī)感應(yīng)區(qū)時(shí)，觸發(fā)刷卡事件，本刷卡機(jī)向RS232串口發(fā)出數(shù)據(jù)。注：（1）對(duì)于“一人刷卡機(jī)”，卡片的移動(dòng)是由鼠標(biāo)拖動(dòng)實(shí)現(xiàn)的；對(duì)于“多人自動(dòng)刷卡機(jī)”，卡片的移動(dòng)由左下角的按鈕把握，當(dāng)點(diǎn)擊“進(jìn)門”時(shí)多張卡片自動(dòng)按挨次依次向左移動(dòng)觸發(fā)各自的刷卡事件，并傳出數(shù)據(jù)；當(dāng)點(diǎn)擊“出門”時(shí)多張卡片自動(dòng)按挨次依次向右移動(dòng)觸發(fā)各自的刷卡事件，并傳出數(shù)據(jù)。本刷卡機(jī)向RS232串口發(fā)出的數(shù)據(jù)包括：教室號(hào)、所刷的卡號(hào)（+“進(jìn)/出門的標(biāo)志”）。2.刷卡機(jī)的液晶顯示屏上顯示：警語(yǔ)、當(dāng)前日期時(shí)間（時(shí)鐘）、所刷卡號(hào)、進(jìn)/出門3.刷卡機(jī)能接收來(lái)自把握系統(tǒng)（電腦）的把握信號(hào)，并作出相應(yīng)反應(yīng)，如：電腦向刷卡機(jī)發(fā)出“關(guān)閉刷卡機(jī)”命令，刷卡機(jī)能做出相應(yīng)反應(yīng)——30秒內(nèi)自動(dòng)關(guān)機(jī)，同理也可實(shí)現(xiàn)“取消關(guān)機(jī)”操作3.1.2實(shí)現(xiàn)：依據(jù)上面的界面設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，在“VisualStudio2008”開(kāi)發(fā)平臺(tái)上創(chuàng)建“項(xiàng)目”，利用“C#語(yǔ)言”開(kāi)發(fā)“Windows窗體應(yīng)用程序”，各模塊及程序代碼如下：2.0版本：一人刷卡機(jī)——仿真刷卡機(jī)圖3一人刷卡機(jī)模擬機(jī)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(biāo)privatevoidPanel1_MouseMove(objectsender,System.Windows.Forms.MouseEventArgse){}//移動(dòng)鼠標(biāo)privatevoidPanel1_MouseUp(objectsender,System.Windows.Forms.MouseEventArgse){}//松開(kāi)鼠標(biāo)privatevoidPanel1_Paint(objectsender,System.Windows.Forms.PaintEventArgse)privatevoidMyReDrawTest(intx,inty)//重畫(huà)publicstaticstringGetWeek()//獵取日期privatevoidtimer1_Tick(objectsender,EventArgse)//時(shí)鐘3.0版本：多人自動(dòng)刷卡機(jī)——準(zhǔn)刷卡機(jī)圖4多人自動(dòng)刷卡機(jī)模擬機(jī)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(gè)畫(huà)圖事件publicstaticstringGetWeek(){}//獵取日期privatevoidtimer1_Tick(objectsender,EventArgse){}//時(shí)鐘privatevoidbutton1_Click(objectsender,EventArgse)//按下鼠標(biāo)privatevoidtimer2_Tick(objectsender,EventArgse)//自動(dòng)按頻率進(jìn)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.2.1設(shè)計(jì)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(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件所供應(yīng)一組通用的應(yīng)用程序接口（API），即能連到RFID讀寫(xiě)器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)，即使存儲(chǔ)RFID標(biāo)簽情報(bào)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫(xiě)RFID讀寫(xiě)器種類增加等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對(duì)多連接的維護(hù)簡(jiǎn)潔性問(wèn)題。．RFID中間件的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖5RFID中間件系統(tǒng)架構(gòu)概念圖圖6RFID中間件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖．設(shè)計(jì)理念及擴(kuò)展思路：準(zhǔn)確地說(shuō)，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)串口通信軟件。應(yīng)用軟件與射頻識(shí)別讀寫(xiě)器之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)讀寫(xiě)器接口來(lái)完成，讀寫(xiě)器接口可以采用：RS232、RS485串口、RJ45以太網(wǎng)接口、WLAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口、藍(lán)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口通信模塊、USB接口通信模塊、藍(lán)牙接口通信模塊、紅外接口通信模塊……就可以實(shí)現(xiàn)各種連接方式都適用的“萬(wàn)能接口”！因本項(xiàng)目的重點(diǎn)在于“基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用層的開(kāi)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(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。后續(xù)開(kāi)發(fā)可以依據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要加入各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)“任意接口任意平臺(tái)均適用”的標(biāo)準(zhǔn)。3.2.2實(shí)現(xiàn)（RFID串口通信功能的實(shí)現(xiàn)）：硬件的實(shí)現(xiàn)：如示意圖所示，每臺(tái)RFID閱讀機(jī)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?yàn)闆](méi)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(shí)現(xiàn)：同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個(gè)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(hào)地對(duì)應(yīng)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(shí)，經(jīng)本小組反復(fù)多次測(cè)試，在本小組這個(gè)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(yán)密性，還是使用三線制。軟件的實(shí)現(xiàn)：關(guān)鍵點(diǎn)：VisualStudio2005、C#、串口通信組件SerialPort依據(jù)上面的設(shè)計(jì)，在“VisualStudio2008”開(kāi)發(fā)平臺(tái)上創(chuàng)建“項(xiàng)目”，利用“C#語(yǔ)言”開(kāi)發(fā)“Windows窗體應(yīng)用程序”，各模塊及程序代碼如下：設(shè)計(jì)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(duì)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(yǔ)法C#:publiceventSerialDataReceivedEventHandlerDataReceived留意：可能不會(huì)按挨次調(diào)用PinChanged、DataReceived和ErrorReceived事件，并且在基礎(chǔ)流報(bào)告錯(cuò)誤和執(zhí)行事件處理程序之間會(huì)稍微延遲。一次只能執(zhí)行一個(gè)事件處理程序。從SerialPort對(duì)象接收數(shù)據(jù)時(shí)，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(shí)會(huì)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(qǐng)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.3.1物聯(lián)網(wǎng)第三層的整體設(shè)計(jì)：系統(tǒng)整體架構(gòu)和流程圖9系統(tǒng)功能總覽圖教室預(yù)定和教室找座模塊的設(shè)計(jì)用戶登錄用戶登錄教室預(yù)定按序搜索個(gè)人信息公告預(yù)定日期預(yù)定的時(shí)間段段是否使用多媒體哪個(gè)樓教室大小教室搜索結(jié)果找座按類搜索按地址搜索按教室號(hào)按占座率按剩余座位數(shù)按何時(shí)能自習(xí)搜索排列按樓號(hào)按樓層按教室號(hào)查看個(gè)人公告圖10教室預(yù)定和教室找座模塊的具體設(shè)計(jì)圖3.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由于對(duì)各教室需要進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)（通過(guò)RFID閱讀機(jī)），所以即使學(xué)校內(nèi)部已經(jīng)建立了Intranet，也需要將各教室門口RFID閱讀機(jī)與服務(wù)器之間建立專用局域網(wǎng)，以滿意實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)的需要，而對(duì)于其他業(yè)務(wù)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(guó)際互聯(lián)網(wǎng)）（二者均可）。所以形成了如下圖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖11系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.5數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)安裝到了服務(wù)器，全部數(shù)據(jù)都保存在該服務(wù)器中，數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)與用戶的連接結(jié)束語(yǔ)基于以上設(shè)計(jì)，我們應(yīng)用IIS+SQLserver+ASP開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)了B/S結(jié)構(gòu)的智慧校園管理系統(tǒng)。另外，我們系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并顯示每個(gè)教室當(dāng)前有哪些人員的功能，因此可用于日?？记冢恍枭宰鞲倪M(jìn)就可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的智能考勤功能了。這套系統(tǒng)有著寬敞的應(yīng)用前景，隨著現(xiàn)代大學(xué)生學(xué)習(xí)、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(yù)定教室者以及全校同學(xué)們不可或缺的一套幫忙工具。參考文獻(xiàn)：[1]張海藩.軟件工程導(dǎo)論(第四版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.[2]《射頻識(shí)別（RFID核心結(jié)束與典型應(yīng)用開(kāi)發(fā)案例》作者：HYPERLINK"/search/search.aspx?k