張文明，劉利波

(新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830021)

0 引言

隨著高等教育的不斷發(fā)展和改革，學(xué)生教學(xué)和日常行為管理日趨多樣化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用于校園管理起著重要的作用[1]。目前部分高等院?；蚵殬I(yè)技術(shù)學(xué)院已經(jīng)廣泛使用RFID技術(shù)，例如：門禁卡、就餐卡、圖書卡、上機卡等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在學(xué)生管理工作中的應(yīng)用，為實現(xiàn)“智慧校園”奠定了堅實基礎(chǔ)[2-3]。

分布廣泛的無線網(wǎng)絡(luò)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用提供了可靠保障。學(xué)?？稍谑程?、操場、圖書館、教學(xué)樓、實訓(xùn)基地等區(qū)域安裝RFID設(shè)備[4]。利用RFID卡和接收器來實時顯示學(xué)生行蹤和具體位置，可用于預(yù)防突發(fā)事件[5-6]。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)常用的三層架構(gòu)，整個系統(tǒng)包括：感知層，負責(zé)RFID信息的采集和判定，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳感器安裝和數(shù)據(jù)采集；網(wǎng)絡(luò)層，將所采集數(shù)據(jù)可靠、高速地向上傳輸；應(yīng)用層，負責(zé)數(shù)據(jù)分析和處理。采用模塊化設(shè)計方法，上位機基于.NET開發(fā)；局域網(wǎng)構(gòu)建，包括串口服務(wù)器、服務(wù)器、交換機等；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則是基于ZigBee-CC2530搭建。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，第1部分為集成RFID的各種卡片，如門禁卡、就餐卡或一卡通等；第2部分為利用ZigBee技術(shù)進行校園內(nèi)環(huán)境監(jiān)測，包括：攝像頭、讀卡器、接收器等，利用.NET開發(fā)上位機并將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器；第3部分基于Android 開發(fā)的遠程訪問，利用TCP/IP 協(xié)議與手機端進行通訊，及時傳輸重要信息。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

2 硬件和軟件設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

硬件電路主要包括數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)傳輸端構(gòu)成，硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬件電路結(jié)構(gòu)

硬件電路包括以下幾個模塊：RFID發(fā)射器和接收器、攝像頭、讀卡器等；MCU主控模塊、CC2530無線通信模塊；MC509 3G通信模塊等。

數(shù)據(jù)傳輸主要采用ZigBee通信和MC509 3G通信。ZigBee通信基于CC2530模塊搭建，該模塊適用于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)；ZigBee性能穩(wěn)定而且功耗較低，主要負責(zé)單一區(qū)域數(shù)據(jù)采樣問題而且不存在盲區(qū)。

MC509 3G通信則選用華為MC509-CDMA2000無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。該模塊是專門針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的CDMA2000-EVDO工業(yè)級專用模塊，數(shù)據(jù)傳輸速率支持上行1.8Mbos、下行3.1Mbps；同時支持TCP/IP協(xié)議，故能夠較方便地進行網(wǎng)絡(luò)鏈接；另外，還支持全USB2.0接口、UART工業(yè)串口等。

STM32微控制器可利用UART串口驅(qū)動將MC509通信模塊接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺數(shù)據(jù)的傳送。

2.2 軟件設(shè)計

采用C#語言編寫上位機監(jiān)測軟件，C#是.NET開發(fā)環(huán)境的重要組成部分，是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。通過NET Framework類庫，可以直接訪問操作系統(tǒng)及其他類，可明顯加快開發(fā)周期。

本文主要利用C#的數(shù)據(jù)庫、圖表控件Chart、Serial Port 類、窗口控件等，用于實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)曲線圖、網(wǎng)絡(luò)拓撲圖、數(shù)據(jù)實時顯示等，軟件架構(gòu)如圖3所示。采用3層結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、數(shù)據(jù)庫查詢和更新、實時數(shù)據(jù)顯示、節(jié)點數(shù)據(jù)曲線、網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置、節(jié)點信息采集周期設(shè)置等。

圖3 軟件架構(gòu)

3 測試

文中重點測試數(shù)據(jù)包發(fā)送成功率，即各節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包和接收數(shù)據(jù)包的比值，可用式(1)進行計算：

(1)

式中：P表示數(shù)據(jù)包發(fā)送成功率；Nr表示接收數(shù)據(jù)包正確個數(shù)；Ns表示發(fā)送數(shù)據(jù)包個數(shù)。測試結(jié)果如表1所示。

表1 測試結(jié)果

由表1數(shù)據(jù)可以看出，隨距離增加所述系統(tǒng)通信質(zhì)量呈下降趨勢，在150 m范圍內(nèi)，通信成功率可達到90%，滿足通信要求。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用日趨廣泛，將其用到校園中可以提高校園管理水平、提高管理效率，有利于教學(xué)活動向健康、有序的方向發(fā)展。以校園智能管理系統(tǒng)搭建為研究對象，利用ZigBee、3G通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)校園活動數(shù)據(jù)采集、處理、上傳、監(jiān)控等。測試結(jié)果表明：該套系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率比較理想。

[1] 嚴(yán)大虎, 陳明選. 物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù), 2011(6): 123-125.

[2] 陳明. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)與發(fā)展研究[J]. 遠程教育雜志, 2012(4): 61-65.

[3] 沈潔, 黃宇星. 智慧校園及其構(gòu)建初探[J]. 福建教育學(xué)院學(xué)報, 2011(6): 122-125.

[4] 陳愛武. 基于LabVIEW 學(xué)生宿舍智能監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2013(1): 114-116.

[5] 焦偉平. 基于WSN的宿舍監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 通信技術(shù), 2012(5): 77-79.

[6] 黃榮懷, 張進寶, 胡永斌,等. 智慧校園: 數(shù)字校園發(fā)展的必然趨勢[J]. 開放教育研究, 2012(4): 12-17.