基于RFID的学生公寓自动化管理系统设计

　　引言

　　随着科学技术的高速发展特别是RFID 技术的发展，RFID 已经被广泛运用到很多的领域。近年来高校不断扩招，越来越多的学生走进了大学校园，这就给学生公寓的管理工作带来了挑战，传统的公寓管理模式就暴露出了许多不足之处，比如：学生出入公寓都必须在纸质的记录簿上登记，在学生流比较大的时候这样的操作即费时又费力，不仅浪费了学生大量的等候时间，又增加了管理人员的劳动强度。而且这样的管理还可能使外来陌生人员乘虚而入，对学生的生命和财产安全带来隐患。近几年RFID 技术加快了学生管理现代化的进程，这个系统可以使公寓管理部门方便，快捷地查询统计学生住宿信息，准确的掌握出入公寓人员的身份信息。RFID 智能管理具有使学生有序出入、手续简便、速度快、管理自动化和减少工作人员等特点。将远距离RFID 系统以及数据库、因特网、无线控制等应用于学生公寓管理，继承了传统管理模式的所有优点。

　　1 RFID 工作原理

　　RFID 是Radio Frequency Identification 的缩写，及射频识别。它利用射频信号通过空间耦合实现自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。它主要包括三个部分：（1）标签。由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上表示目标对象；（2）阅读器。读取和写入标签信息的设备，可以设计为手持式或固定式；（3）天线。在标签和阅读器之间传递射频信息。如图 所示，读写器在一个区域内发射射频能量形成电磁场，作用距离和范围的大小取决于发射功率和天线。标签通过这一区域时被触发，发送存储在标签中的数据，或根据读写器的指令改写存储在标签中的数据。读写器可以与标签建立无线通信，向标签发送数据及从标签接受数据，并能通过标准接口与计算机网络进行通信，从而实现了射频系统的顺利工作。

　　2 RFID 学生公寓自动化管理系统

　　2.1 RFID 学生公寓自动化管理系统工作原理

　　当学生进出公寓门口时，自感线圈检测到学生身上的标签信号，触发安装在管理系统上的天线架的射频读写器，射频读写器开始与标签进行双向通信和数据交换，将数据传输给管理部门的计算机中，管理部门可以根据不同的情况来控制系统做出相应的动作。如系统发现身上没有电子标签的人员进入到公寓，管理人员便可以派人进行阻拦，以便确保学生生命和财产安全。整个学生进出公寓的过程无需人工干预，学生进出公寓的过程及方便又快捷。学生公寓自动化管理系统界面如图 所示。电源时钟读写模块射频模块天线天线射频模块控制模块存储器计算机通信网络图 RFID 系统结构框图图2 公寓自动化管理界面

　　2.2 系统设计

　　通过对RFID 学生公寓自动化管理系统进行研究，将RFID、计算机和无线控制联系起来，从而初步建立智能管理模式。其关键技术主要在于两个方面：自动身份识别和自动控制。它能够对进出的学生进行准确高效的管理。学生不需在登记簿上登记，可以方便、快捷地进出宿舍。本设计主要由管理软件、无线收发模块、报警器、计算机、RFID 标签和RFID 阅读器组成。系统能够实现学生身份自动识别、学生信息登记和对外来人员的报警等功能 2］。1）每个入住公寓的学生身上都携带有一张记录其身份信息的RFID 标签，RFID 标签属性包括：学生姓名、学号、登记照、宿舍号和所在学院。2）在公寓门口放置一台RFID 阅读器和一台计算机和一套无线发射电路。3）在管理室里配置一个报警电路，此报警电路时基于单片机控制的 4］。当带有RFID 标签的学生进入到公寓门口时，安装在门口的RFID 阅读器便会读到RFID 的信息，如果读到的信息与数据库里的信息一致，那么计算机会通过串口将信息传输给单片机，单片机通过控制电路点亮一个绿色的LED 灯，这就说明是这个公寓里的学生，如果读到的信息在数据库里没有与之匹配的信息，计算机也会通过串口将信息传输给单片机，单片机控制报警器报警同时点亮一个红色的LED 灯。4）学生进出公寓的全部信息均有电脑实时记录，准确地读写到数据库中，并生成日报，月报统计表。

　　2.3 无线收发电路硬件设计

　　通过应用先进的PTR8000 高速嵌入式无线芯片开发无线高速数据传输电路。电路包括两个无线高速多频道模块、两个开发板 3］。开发板上有单片机、串口、报警器和相应的接口等，加上电源即可使用。可完成无线双向数据高速传输的全部功能。对电路进行分块分析，可将电路分成一下四个功能块：供电模块、串口模块、C51 控制模块和PTR8000 控制模块。（1） 供电模块供电模块由变压器、整流、滤波、稳压等部分组成。本设计需 5V 和 3.3V 的双电源。这是因为除了MCU、Max232 的工作需 5V 的电源之外，PTR8000 模块需要 3V 的电源。（2） 串口模块当两张RFID 信息验证时，计算机向串口发送启动 关闭LED 灯信息，验证不成功时发送警报消息。电路板将串口接收到的数据通过Max232 进行电平转换，转换后送入单片机进行处理。（3） C51 模块C51 单片机的P2 口接PTR8000 无线收发模块用来接收和发送控制信号。P1.1 口接报警器，通过控制P1.1 口高电平来导通集电器，使报警喇叭与200V 交流电形成导通回路。P1.5口接绿色的LED 灯，P1.6 口接红色的LED 等。（4） PTR8000 无线模块PTR8000 专为点对多点无线通信设计，内置数据协议和CRC 检错，无乱码输出，载波检测输出，点对多点通信硬件控制，全面升级替代PTR2000 系列无线模块。PTR8000 无线模块连接到C51 单片机P2 口，可完成无线数据高速传输的功能。PTR8000 模块特性如下：1） 超小体积，内置环形天线，性能稳定且不受环境影响，对电源不敏感，距离更远。2） 最大发射功率 10dBm，高抗干扰GFSK 调制，可调频，数据速率50kb/s，独特的载波检测输出，地址匹配输出，数据就需输出。

　　2.4 自动化管理系统软件设计

　　系统可以直接运行于本地计算机，在windows 环境下，首先建立Microsoft Access 数据库表格，并在数据库表格中添加添加发放用户RFID 标签的基本信息。以Visual Basic 6.0开发工具为基础，实现数据采集、数据库的数据访问和信息响应等。RFID 学生公寓自动化管理系统涉及系统维护、发卡、数据采集、记录查询、出入控制等功能。主要功能模块设计如图 所示。图 主要功能模块结构框图（1） 管理员登陆子模块主要实现管理员登陆，不是管理员就没有权限使用此系统。2） 管理用户电子标签管理包括新用户添加管理和标签修改管理两部分内容。在系统运行之前，需要先将车辆和用户的基本信息录入数据库中，并分配卡号，标签使用者的基本信息包括：学生的照片，学生姓名、学号、宿舍号和所在学院。（3） 记录查询系统数据库中存储有每个入住学生的基本信息、发卡信息以及学生出入公寓记录等各种数据信息。系统管理员可以根据时间段，查询学生进出的所有记录，并可以以报表的形式打印，满足管理部门的需求。（4） 进出学生监控识别系统处于自动监控、信号采集状态，当持卡学生进出系统大门设置的识别区域时，射频卡被系统快速识别，如果学生身份信息与系统存储的数据相符，系统对指示灯做出相应控制。如果不一致，系统会发出报警信号。学生公寓自动化管理系统工作流程如图 所示：

　　3 结束语

　　对现代化学生公寓自动化管理系统模块进行了规划，并对其软件和硬件进行了设计和调试，构建了学生公寓自动化管理系统通信平台，实现了学生手持标签自动识别和信息化管理，解决了传统学生公寓进出拥堵和学生公寓安全性低等问题。系统具有统计学生出入数据功能，方便管理人员进行管理，减轻了管理人员的劳动强度，并且可以使管理人员和用户准确地查询各种信息。突破了传统的学生公寓管理模式，是未来学生管理的发展方向。对于该系统，目前已经成功完成一套演示系统，实验的调试运行表明，该系统能够实现设计初期的所有功能要求，运行良好。