田永曄，陳長(zhǎng)順（揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)，江蘇　揚(yáng)州　225000）

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基于物聯(lián)網(wǎng)的新一代校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

田永曄，陳長(zhǎng)順
（揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)，江蘇揚(yáng)州225000）

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)了“數(shù)字校園”向“智慧校園”的升級(jí)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校的智能化管理，而校園一卡通的規(guī)劃和建設(shè)是目前智慧校園建設(shè)的基礎(chǔ)和核心.本項(xiàng)目結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探析校園一卡通的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)校園一卡通的主要功能，闡述電子支付平臺(tái)、考勤門(mén)禁系統(tǒng)、超市收費(fèi)系統(tǒng)和上機(jī)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)方案，進(jìn)而提出新一代校園一卡通的發(fā)展趨勢(shì).

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID技術(shù)；一卡通；考勤門(mén)禁；上機(jī)管理

互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展促進(jìn)了新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——物聯(lián)網(wǎng)的形成與發(fā)展，也促進(jìn)了新一代校園一卡通的研究與建設(shè)，對(duì)教育教學(xué)模式、師生學(xué)習(xí)和生活方式、校園數(shù)字化建設(shè)產(chǎn)生了重要的影響，為高校數(shù)字化資源與信息化系統(tǒng)的高效整合提供更有利的條件.本文將基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究，探究校園一卡通的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)建方案.

1　校園一卡通概述

隨著高校信息化的推進(jìn)，校園卡的應(yīng)用越來(lái)越廣泛了，但學(xué)校各部門(mén)采用的卡系統(tǒng)技術(shù)與規(guī)范都不統(tǒng)一，造成了各種卡應(yīng)用系統(tǒng)無(wú)法兼容，資源不能合理配置和共享.這種情況下學(xué)生手中往往持有多種校園卡如學(xué)生證、食堂飯卡、圖書(shū)卡、上機(jī)卡、銀行卡以及電話(huà)卡等等，除了使用不便以外，學(xué)校也難以統(tǒng)一管理，而且容易造成數(shù)據(jù)的不一致，帶來(lái)不必要的麻煩.

新一代“校園一卡通”是指全校師生員工每人持一張校園卡，這張卡取代以前的各種證件功能，師生員工在學(xué)校各處出入、辦事、活動(dòng)和消費(fèi)均只憑校園卡便可進(jìn)行，并與銀行卡實(shí)現(xiàn)自助圈存，最終實(shí)現(xiàn)“一卡在手，走遍校園”.

2　物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)介紹

物聯(lián)網(wǎng)的概念是1999年提出的，就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，即通過(guò)RFID（射頻識(shí)別）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò).物聯(lián)網(wǎng)主要包括信息感知、信息傳遞、信息存儲(chǔ)與處理三部分，在校園一卡通項(xiàng)目中的應(yīng)用主要涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù).

2.1無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)

眾所周知，到目前為止絕大部分計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字信號(hào)，自從有計(jì)算機(jī)以來(lái)就需要傳感器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)才能處理.傳感器是攝取信息的關(guān)鍵器件，它是物聯(lián)網(wǎng)中不可缺少的信息采集手段.

2.2RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）是物聯(lián)網(wǎng)感知層的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，也是傳感器技術(shù)的一種，又被稱(chēng)為射頻識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)通過(guò)空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)物體識(shí)別.由于RFID具有無(wú)需接觸、自動(dòng)化程度高、耐用可靠、識(shí)別速度快、適應(yīng)各種工作環(huán)境、可實(shí)現(xiàn)高速和多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別等優(yōu)勢(shì)，因此RFID在自動(dòng)識(shí)別、物品物流管理等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，而校園一卡通系統(tǒng)中的身份識(shí)別、電子支付、圖書(shū)管理等應(yīng)用都離不開(kāi)RFID技術(shù)支持.

2.3智能嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是指將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng).它以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，而且軟硬件可以裁剪，因而是能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng).因?yàn)檫@種系統(tǒng)具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，校園一卡通系統(tǒng)終端大多都基于此技術(shù)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì).

3　校園一卡通系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)功能架構(gòu)

校園一卡通系統(tǒng)是一種基于數(shù)字化校園的開(kāi)放型系統(tǒng)，調(diào)研表明該系統(tǒng)典型應(yīng)用主要集中于以下三大類(lèi)服務(wù).因此，系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示.

（1）身份識(shí)別功能類(lèi).主要包括考勤、門(mén)禁等各類(lèi)驗(yàn)證身份的應(yīng)用.

（2）商品消費(fèi)功能類(lèi).主要包括就餐、超市、水電費(fèi)繳納等各類(lèi)消費(fèi)應(yīng)用.

（3）混合功能類(lèi).主要包括上機(jī)管理、圖書(shū)管理等既要驗(yàn)證身份，又要進(jìn)行收費(fèi)結(jié)算的系統(tǒng).

圖1　校園一卡通系統(tǒng)功能架構(gòu)

3.2系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有學(xué)校管理者的傳統(tǒng)習(xí)慣和可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，本著功能齊全、方便拓展的原則，設(shè)計(jì)校園一卡通系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示.

圖2　校園一卡通系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)

4　校園一卡通系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1電子支付平臺(tái)

隨著數(shù)字化校園的發(fā)展，電子支付成為校園一卡通系統(tǒng)功能拓展的主要方向，主要表現(xiàn)在個(gè)人消費(fèi)、學(xué)費(fèi)繳納、水控電控等環(huán)節(jié).電子支付是指單位部門(mén)或個(gè)人通過(guò)POS機(jī)、消費(fèi)機(jī)等終端，實(shí)現(xiàn)貨幣支付或資金轉(zhuǎn)移的過(guò)程.本文構(gòu)建的電子支付平臺(tái)主要包括一卡通管理平臺(tái)、銀行轉(zhuǎn)賬、統(tǒng)一身份認(rèn)證和人工充值系統(tǒng)等平臺(tái)系統(tǒng)軟件.

4.1.1綜合前置機(jī)和一卡通管理平臺(tái)

綜合前置機(jī)是校園一卡通系統(tǒng)的控制中心，通過(guò)本機(jī)安裝加密卡，配置通用讀卡器，并安裝一卡通管理平臺(tái)，用以控制系統(tǒng)的綜合業(yè)務(wù).該平臺(tái)就像銀行的電子柜員機(jī)，安裝在學(xué)校各人工網(wǎng)點(diǎn)中，主要實(shí)現(xiàn)開(kāi)戶(hù)、普通賬戶(hù)管理、持卡人賬戶(hù)管理、商戶(hù)賬戶(hù)的維護(hù)和管理、商戶(hù)之間的轉(zhuǎn)賬管理、操作員的權(quán)限管理等功能.

4.1.2身份前置機(jī)與統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)

身份前置機(jī)為校園一卡通系統(tǒng)及其他子系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證中心與校園一卡通身份信息的同步，及時(shí)將變更的身份信息發(fā)送到綜合前置機(jī)，維護(hù)校園一卡通自身身份數(shù)據(jù).

4.1.3轉(zhuǎn)賬前置機(jī)與銀行轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)

轉(zhuǎn)賬前置機(jī)專(zhuān)用于和銀行通訊，與自助轉(zhuǎn)賬終端構(gòu)成銀行轉(zhuǎn)賬系統(tǒng).該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)銀行卡向校園卡單向轉(zhuǎn)賬、銀行卡賬戶(hù)和校園卡賬戶(hù)余額查詢(xún)、校園卡掛失和解掛、更改賬戶(hù)密碼和消費(fèi)密碼、圈存機(jī)的接入等功能.

4.1.4以太網(wǎng)POS機(jī)與人工充值系統(tǒng)

該P(yáng)OS機(jī)是為零散型消費(fèi)提供服務(wù)的終端設(shè)備，可用于消費(fèi)或充值，還可以通過(guò)內(nèi)置的打印機(jī)打印各類(lèi)報(bào)表.而人工充值系統(tǒng)是銀行轉(zhuǎn)賬和圈存系統(tǒng)的補(bǔ)充.主要實(shí)現(xiàn)在綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)或該P(yáng)OS機(jī)上的手工充值功能，操作簡(jiǎn)單，安全可靠.

4.1.5查詢(xún)前置機(jī)與信息查詢(xún)系統(tǒng)

查詢(xún)前置機(jī)作為WEB服務(wù)器，具備各項(xiàng)查詢(xún)功能，是校內(nèi)全部查詢(xún)終端與校園卡中心之間的樞紐，為客戶(hù)提供賬戶(hù)信息、記錄、數(shù)據(jù)查詢(xún)與密碼修改及公告通知等功能.信息查詢(xún)系統(tǒng)支持網(wǎng)上查詢(xún)、觸摸屏查詢(xún)及電話(huà)查詢(xún)，持卡人可用瀏覽器進(jìn)行各項(xiàng)查詢(xún)服務(wù).

4.2考勤門(mén)禁系統(tǒng)

考勤門(mén)禁系統(tǒng)用于需對(duì)出入人員進(jìn)行控制管理的場(chǎng)所，如教室、實(shí)驗(yàn)室、辦公樓等，通過(guò)刷卡實(shí)現(xiàn)師生的考勤管理、出入控制及人數(shù)統(tǒng)計(jì)，這樣既可以控制非法人員進(jìn)入，也對(duì)師生的出行時(shí)間進(jìn)行了記錄，提高了學(xué)校的安全防范能力.該系統(tǒng)的用戶(hù)包括?？记陂T(mén)禁管理員、系統(tǒng)維護(hù)員、以及在校的師生員工.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示，主要包括門(mén)禁考勤控制器、讀卡器、感應(yīng)卡、考勤系統(tǒng)等.

圖3　考勤門(mén)禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

門(mén)禁考勤控制器是系統(tǒng)的核心部分，用于接收、運(yùn)算數(shù)據(jù)、發(fā)布指令等，將實(shí)際情況傳給計(jì)算機(jī)，有單門(mén)、雙門(mén)、四門(mén)、八門(mén)等型號(hào)；讀卡器是系統(tǒng)的前端設(shè)備，用于讀取感應(yīng)卡的數(shù)據(jù)，并將此信息傳輸給控制器，具有抗電磁干擾性強(qiáng)、信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)、感應(yīng)距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)；感應(yīng)卡相當(dāng)于持有人的

證件、開(kāi)門(mén)鑰匙，磁力線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電流向讀卡器，有RFID射頻卡、RFID- SIM卡等；考勤系統(tǒng)主要完成日?？记谝?guī)則與請(qǐng)假種類(lèi)的設(shè)置，正常出勤情況和異常出勤情況統(tǒng)計(jì)，加班管理，在每次刷卡時(shí)還能自動(dòng)記錄發(fā)生的詳細(xì)信息，以便查詢(xún)，并生成完善的考勤報(bào)表輸出.

4.3超市消費(fèi)系統(tǒng)

超市消費(fèi)系統(tǒng)是校園一卡通系統(tǒng)中的常用消費(fèi)網(wǎng)絡(luò)，用于在校園內(nèi)超市購(gòu)物的消費(fèi)結(jié)算.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示，主要包括商務(wù)網(wǎng)關(guān)、消費(fèi)POS機(jī)或以太網(wǎng)POS機(jī)、校園卡等.商務(wù)網(wǎng)關(guān)是系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫(kù)與各商場(chǎng)或超市網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信的樞紐，通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與校園網(wǎng)之間的連接，并利用RS- 485通訊方式與消費(fèi)POS機(jī)組成商務(wù)子網(wǎng).持校園感應(yīng)卡即可在消費(fèi)POS機(jī)上消費(fèi)，交易過(guò)程無(wú)須找零，使用方便；可實(shí)現(xiàn)消費(fèi)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化，工作人員對(duì)消費(fèi)情況的管理更加快捷.

圖4　超市消費(fèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4上機(jī)收費(fèi)管理系統(tǒng)

上機(jī)收費(fèi)管理系統(tǒng)是一套針對(duì)于機(jī)房管理的系統(tǒng)，用戶(hù)主要包括機(jī)房工作人員、到機(jī)房上機(jī)的在校師生，由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、管理工作站、刷卡機(jī)、打印服務(wù)器、客戶(hù)端等組成.數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于存儲(chǔ)和備份各種重要數(shù)據(jù)和記錄；管理工作站完成發(fā)卡、購(gòu)買(mǎi)機(jī)時(shí)、安排機(jī)位、統(tǒng)計(jì)查詢(xún)、機(jī)房實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能；刷卡機(jī)完成上下機(jī)驗(yàn)卡功能.

上機(jī)收費(fèi)管理流程是：（1）學(xué)生進(jìn)入機(jī)房，通過(guò)工作機(jī)上的POS終端刷卡，由上機(jī)管理系統(tǒng)自動(dòng)分配機(jī)號(hào)、記錄時(shí)間并開(kāi)始計(jì)時(shí)；（2）學(xué)生下機(jī)，離開(kāi)時(shí)刷卡，上機(jī)管理系統(tǒng)計(jì)算消費(fèi)金額并鎖定計(jì)算機(jī)，發(fā)送指令到POS機(jī)，扣除相應(yīng)費(fèi)用，完成上機(jī)的收費(fèi)管理.

5　RFID技術(shù)在校園一卡通系統(tǒng)中的應(yīng)用

5.1RFID技術(shù)在智能門(mén)禁系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能門(mén)禁系統(tǒng)是目前校園一卡通系統(tǒng)中最常用的出入口通道管制系統(tǒng)，是一種基于RFID技術(shù)的新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng).

智能門(mén)禁系統(tǒng)主要由RFID電子標(biāo)簽卡、天線(xiàn)、視頻接入圖像比對(duì)驗(yàn)證、上位機(jī)軟件控制和基于LAN/WAN的遠(yuǎn)程控制軟件組成.學(xué)校通過(guò)一卡通系統(tǒng)給師生制作發(fā)放射頻校園卡，卡表面印有持卡人的照片、姓名、學(xué)號(hào)、院系、班級(jí)和標(biāo)志，易于辨認(rèn)；卡片相當(dāng)于持卡人隨身攜帶的電子標(biāo)簽，可通過(guò)閱讀器自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)持卡人非接觸式的身份識(shí)別.當(dāng)攜帶射頻校園卡的人員通過(guò)裝有門(mén)禁系統(tǒng)的大門(mén)時(shí)，校園卡中的信息被系統(tǒng)自動(dòng)采集，無(wú)需人工干預(yù)，使門(mén)禁管理工作變得更為便捷；在學(xué)生公寓樓內(nèi)安裝通道機(jī)，學(xué)生必須刷卡出入，有效防止閑雜人員進(jìn)入；安裝門(mén)禁系統(tǒng)，晚上規(guī)定時(shí)間后必須刷卡才能進(jìn)入宿舍，系統(tǒng)自動(dòng)記錄晚歸學(xué)生信息，輔導(dǎo)員可準(zhǔn)確掌握學(xué)生的夜間活動(dòng)情況.顯然，基于RFID技術(shù)的智能門(mén)禁系統(tǒng)超越了傳統(tǒng)意義上的門(mén)道及鑰匙管理功能，使高校更加安全，管理更加精準(zhǔn)可靠.

5.2基于RFID- SIM卡的新型校園一卡通系統(tǒng)方案

手機(jī)一卡通是基于RFID技術(shù)的新型校園一卡通系統(tǒng)，它以校園網(wǎng)為傳輸平臺(tái)，將手機(jī)作為信息載體，利用RFID標(biāo)簽、傳感器、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)實(shí)時(shí)采集各類(lèi)信息，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?，?jīng)智能化處理后，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的溝通.

針對(duì)原有一卡通系統(tǒng)的升級(jí)改造具體方案如下：用戶(hù)無(wú)需換號(hào)，只需更換手機(jī)SIM卡，將RFID電子標(biāo)簽嵌入到手機(jī)SIM中，從而使SIM卡具有了射頻識(shí)別的功能，使手機(jī)可以與讀卡器之間進(jìn)行非接觸式數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)靈活高效的自動(dòng)身份識(shí)別和信息管理.RFID- SIM卡是一種智能CPU卡，內(nèi)嵌操作系統(tǒng)，硬件加密，安全性高；此卡內(nèi)部存儲(chǔ)器可劃分為多張“卡”，集一卡通和電子錢(qián)包為一體，可應(yīng)用于門(mén)禁、考勤等校園管理功能和校內(nèi)消費(fèi)、小額支付等功能.

6　結(jié)語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的新型校園一卡通系統(tǒng)是依托校園網(wǎng)，以校園卡為信息載體，利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端設(shè)備并采用銀校合作模式，真正實(shí)現(xiàn)“一卡在手，走遍校園”.毫無(wú)疑問(wèn)，校園一卡通系統(tǒng)的建立實(shí)施既方便了教職工和學(xué)生的生活，也進(jìn)一步健全了校園信息化管理，更好地推動(dòng)了“智慧校園”建設(shè)，必將對(duì)學(xué)校的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響！

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：本文為江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2011年度課題“基于普適計(jì)算的高職院校新型數(shù)字語(yǔ)音教學(xué)平臺(tái)研究”相關(guān)成果（2011-R-19517）；也是2013年度江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)的校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”成果

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673- 260X（2015）03- 0018- 03