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

田永曄，陳長順（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

田永曄，陳長順
（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)推動了“數(shù)字校園”向“智慧校園”的升級發(fā)展，實現(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)計校園一卡通的主要功能，闡述電子支付平臺、考勤門禁系統(tǒng)、超市收費系統(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.

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID技術(shù)；一卡通；考勤門禁；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)用越來越廣泛了，但學(xué)校各部門采用的卡系統(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、圖書卡、上機(jī)卡、銀行卡以及電話卡等等，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、活動和消費均只憑校園卡便可進(jìn)行，并與銀行卡實現(xiàn)自助圈存，最終實現(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RFID（射頻識別）、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，以實現(xiàn)智能化識別、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、信息存儲與處理三部分，在校園一卡通項目中的應(yīng)用主要涉及以下幾個關(guān)鍵技術(shù).

2.1無線傳感器技術(shù)

眾所周知，到目前為止絕大部分計算機(jī)處理的都是數(shù)字信號，自從有計算機(jī)以來就需要傳感器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號計算機(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)感知層的一個關(guān)鍵技術(shù)，也是傳感器技術(shù)的一種，又被稱為射頻識別技術(shù)，它利用射頻信號通過空間電磁耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息實現(xiàn)物體識別.由于RFID具有無需接觸、自動化程度高、耐用可靠、識別速度快、適應(yīng)各種工作環(huán)境、可實現(xiàn)高速和多標(biāo)簽同時識別等優(yōu)勢，因此RFID在自動識別、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)中的身份識別、電子支付、圖書管理等應(yīng)用都離不開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)與計算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng).它以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，而且軟硬件可以裁剪，因而是能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng).因為這種系統(tǒng)具有軟件代碼小、高度自動化和響應(yīng)速度快等特點，校園一卡通系統(tǒng)終端大多都基于此技術(shù)開發(fā)設(shè)計.

3　校園一卡通系統(tǒng)設(shè)計

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服務(wù).因此，系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計如圖1所示.

（1）身份識別功能類.主要包括考勤、門禁等各類驗證身份的應(yīng)用.

（2）商品消費功能類.主要包括就餐、超市、水電費繳納等各類消費應(yīng)用.

（3）混合功能類.主要包括上機(jī)管理、圖書管理等既要驗證身份，又要進(jìn)行收費結(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

根據(jù)現(xiàn)有學(xué)校管理者的傳統(tǒng)習(xí)慣和可實現(xiàn)的技術(shù)，本著功能齊全、方便拓展的原則，設(shè)計校園一卡通系統(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)的實現(xiàn)

4.1電子支付平臺

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)在個人消費、學(xué)費繳納、水控電控等環(huán)節(jié).電子支付是指單位部門或個人通過POS機(jī)、消費機(jī)等終端，實現(xiàn)貨幣支付或資金轉(zhuǎn)移的過程.本文構(gòu)建的電子支付平臺主要包括一卡通管理平臺、銀行轉(zhuǎn)賬、統(tǒng)一身份認(rèn)證和人工充值系統(tǒng)等平臺系統(tǒng)軟件.

4.1.1綜合前置機(jī)和一卡通管理平臺

綜合前置機(jī)是校園一卡通系統(tǒng)的控制中心，通過本機(jī)安裝加密卡，配置通用讀卡器，并安裝一卡通管理平臺，用以控制系統(tǒng)的綜合業(yè)務(wù).該平臺就像銀行的電子柜員機(jī)，安裝在學(xué)校各人工網(wǎng)點中，主要實現(xiàn)開戶、普通賬戶管理、持卡人賬戶管理、商戶賬戶的維護(hù)和管理、商戶之間的轉(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)主要實現(xiàn)銀行卡向校園卡單向轉(zhuǎn)賬、銀行卡賬戶和校園卡賬戶余額查詢、校園卡掛失和解掛、更改賬戶密碼和消費密碼、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)是為零散型消費提供服務(wù)的終端設(shè)備，可用于消費或充值，還可以通過內(nèi)置的打印機(jī)打印各類報表.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，操作簡單，安全可靠.

4.1.5查詢前置機(jī)與信息查詢系統(tǒng)

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

4.2考勤門禁系統(tǒng)

考勤門禁系統(tǒng)用于需對出入人員進(jìn)行控制管理的場所，如教室、實驗室、辦公樓等，通過刷卡實現(xiàn)師生的考勤管理、出入控制及人數(shù)統(tǒng)計，這樣既可以控制非法人員進(jìn)入，也對師生的出行時間進(jìn)行了記錄，提高了學(xué)校的安全防范能力.該系統(tǒng)的用戶包括?？记陂T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)計如圖3所示，主要包括門禁考勤控制器、讀卡器、感應(yīng)卡、考勤系統(tǒng)等.

圖3　考勤門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

門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，將實際情況傳給計算機(jī)，有單門、雙門、四門、八門等型號；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)、信號傳輸距離長、感應(yīng)距離遠(yuǎn)等特點；感應(yīng)卡相當(dāng)于持有人的

證件、開門鑰匙，磁力線圈產(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)則與請假種類的設(shè)置，正常出勤情況和異常出勤情況統(tǒng)計，加班管理，在每次刷卡時還能自動記錄發(fā)生的詳細(xì)信息，以便查詢，并生成完善的考勤報表輸出.

4.3超市消費系統(tǒng)

超市消費系統(tǒng)是校園一卡通系統(tǒng)中的常用消費網(wǎng)絡(luò)，用于在校園內(nèi)超市購物的消費結(jié)算.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示，主要包括商務(wù)網(wǎng)關(guān)、消費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)庫與各商場或超市網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信的樞紐，通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)與校園網(wǎng)之間的連接，并利用RS- 485通訊方式與消費POS機(jī)組成商務(wù)子網(wǎng).持校園感應(yīng)卡即可在消費POS機(jī)上消費，交易過程無須找零，使用方便；可實現(xiàn)消費數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計的自動化，工作人員對消費情況的管理更加快捷.

圖4　超市消費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4上機(jī)收費管理系統(tǒng)

上機(jī)收費管理系統(tǒng)是一套針對于機(jī)房管理的系統(tǒng)，用戶主要包括機(jī)房工作人員、到機(jī)房上機(jī)的在校師生，由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管理工作站、刷卡機(jī)、打印服務(wù)器、客戶端等組成.數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲和備份各種重要數(shù)據(jù)和記錄；管理工作站完成發(fā)卡、購買機(jī)時、安排機(jī)位、統(tǒng)計查詢、機(jī)房實時監(jiān)控等功能；刷卡機(jī)完成上下機(jī)驗卡功能.

上機(jī)收費管理流程是：（1）學(xué)生進(jìn)入機(jī)房，通過工作機(jī)上的POS終端刷卡，由上機(jī)管理系統(tǒng)自動分配機(jī)號、記錄時間并開始計時；（2）學(xué)生下機(jī)，離開時刷卡，上機(jī)管理系統(tǒng)計算消費金額并鎖定計算機(jī)，發(fā)送指令到POS機(jī)，扣除相應(yīng)費用，完成上機(jī)的收費管理.

5　RFID技術(shù)在校園一卡通系統(tǒng)中的應(yīng)用

5.1RFID技術(shù)在智能門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能門禁系統(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).

智能門禁系統(tǒng)主要由RFID電子標(biāo)簽卡、天線、視頻接入圖像比對驗證、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、院系、班級和標(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，可通過閱讀器自動識別，實現(xiàn)對持卡人非接觸式的身份識別.當(dāng)攜帶射頻校園卡的人員通過裝有門禁系統(tǒng)的大門時，校園卡中的信息被系統(tǒng)自動采集，無需人工干預(yù)，使門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；安裝門禁系統(tǒng)，晚上規(guī)定時間后必須刷卡才能進(jìn)入宿舍，系統(tǒng)自動記錄晚歸學(xué)生信息，輔導(dǎo)員可準(zhǔn)確掌握學(xué)生的夜間活動情況.顯然，基于RFID技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)超越了傳統(tǒng)意義上的門道及鑰匙管理功能，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，將手機(jī)作為信息載體，利用RFID標(biāo)簽、傳感器、無線通信技術(shù)實時采集各類信息，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?，?jīng)智能化處理后，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的溝通.

針對原有一卡通系統(tǒng)的升級改造具體方案如下：用戶無需換號，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，從而實現(xiàn)靈活高效的自動身份識別和信息管理.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)部存儲器可劃分為多張“卡”，集一卡通和電子錢包為一體，可應(yīng)用于門禁、考勤等校園管理功能和校內(nèi)消費、小額支付等功能.

6　結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計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，真正實現(xiàn)“一卡在手，走遍校園”.毫無疑問，校園一卡通系統(tǒng)的建立實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，更好地推動了“智慧校園”建設(shè)，必將對學(xué)校的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響！

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

中圖分類號：TP274.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673- 260X（2015）03- 0018- 03