基于RFID遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的校園考勤管理系統(tǒng)研究

姜 偉，李 勝(.合肥幼兒師范高等?？茖W(xué)校信息中心，安徽合肥 300；.馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，安徽馬鞍山 4303)

基于RFID遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的校園考勤管理系統(tǒng)研究

姜 偉1，李 勝2
(1.合肥幼兒師范高等專科學(xué)校信息中心，安徽合肥 230011；2.馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，安徽馬鞍山 243031)

本文針對(duì)在中小學(xué)最為突出的上學(xué)、放學(xué)考勤難等問題，以一種基于RFID遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的校園考勤管理系統(tǒng)應(yīng)用為依據(jù)，給出無線傳感器和中間件技術(shù)在系統(tǒng)軟件中的應(yīng)用。校園考勤管理系統(tǒng)由RFID門禁系統(tǒng)和監(jiān)控、面向?qū)W校的基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)、面向家長的校園出勤系統(tǒng)手機(jī)端平臺(tái)三部分組成，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、軟件技術(shù)和移動(dòng)4G技術(shù)的有機(jī)融合。通過校園考勤管理系統(tǒng)，家長實(shí)時(shí)獲取學(xué)生出入校門信息，學(xué)校降低了學(xué)生考勤成本和風(fēng)險(xiǎn)，有益于“學(xué)?！處煛议L”之間的互動(dòng)，有助于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的校園安全自動(dòng)化管理，提升校園安全管理效率。

物聯(lián)網(wǎng)；有源遠(yuǎn)距離識(shí)別RFID

中小學(xué)學(xué)生缺乏自我管理能力，促使中小學(xué)教師和門衛(wèi)花費(fèi)大量時(shí)間對(duì)到校學(xué)生進(jìn)行考勤，家長因?yàn)闊o法立刻得知子女到校上課情況，往往也寧肯上班遲到，也要接送。

近年來，在射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)快速提升和成本大幅降低的背景下，RFID技術(shù)逐漸在物流管理、食品溯源、高速收費(fèi)等領(lǐng)域成功應(yīng)用并普及，將RFID技術(shù)應(yīng)用到校園考勤系統(tǒng)，必將有力促進(jìn)和諧校園的建設(shè)工作[1]。

本文所述系統(tǒng)采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)校園門禁考勤的智能自動(dòng)化，是對(duì)當(dāng)前最新最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和遠(yuǎn)距離無線射頻識(shí)別技術(shù)(Long Distance Radio Frequency Identification)的一個(gè)高度集成和綜合運(yùn)用。本系統(tǒng)通過主動(dòng)上傳的基于UDP協(xié)議的NetRead系列通訊協(xié)議，達(dá)到了學(xué)生不用刷卡，通過遠(yuǎn)距離非接觸式傳感技術(shù)，利用RFID讀寫器遠(yuǎn)程自動(dòng)讀取學(xué)生卡標(biāo)簽的目的。校園門禁系統(tǒng)接收并處理這些信息，校園門禁系統(tǒng)有簡單方便、穩(wěn)定快速、可控性強(qiáng)的特征，為校園智能化管理提供安全準(zhǔn)確的學(xué)生出勤信息。再依據(jù)這些信息建立：(1)面向?qū)W校的基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)；(2)面向家長的校園出勤系統(tǒng)手機(jī)端平臺(tái)(ios/Andriod)?；贐/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)和手機(jī)端平臺(tái)共同實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的行蹤和出勤等情況的管制，保證了學(xué)生的安全和紀(jì)律的管理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代校園的信息化。

1 本系統(tǒng)使用的相關(guān)技術(shù)

1.1 電子標(biāo)簽的識(shí)別方式

當(dāng)前讀寫器識(shí)別電子標(biāo)簽的方式主要有三種：近距離人工刷卡、無源遠(yuǎn)距離識(shí)別和有源遠(yuǎn)距離識(shí)別(本系統(tǒng)采用)。在系統(tǒng)集成中，識(shí)別方式的選擇至關(guān)重要，將直接影響平安校園考勤管理系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性。

現(xiàn)將三種讀寫器識(shí)別電子標(biāo)簽方式的優(yōu)劣進(jìn)行分析。(1)近距離人工刷卡方式：采用高頻(HF)和低頻(LF)IC型電子標(biāo)簽，識(shí)別范圍不超過15cm，常應(yīng)用于公交卡、傳統(tǒng)門禁卡等電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備，用戶必須將電子標(biāo)簽貼近讀卡器才能完成識(shí)別。雖然這種電子標(biāo)簽識(shí)別率高且成本低廉，但是需要持電子標(biāo)簽用戶排隊(duì)“刷卡”，如果應(yīng)用于平安校園考勤管理系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致每天進(jìn)出校門高峰期時(shí)擁擠，拖長家長的接送時(shí)間，極易引發(fā)校園安全事故，屬于已經(jīng)被淘汰的識(shí)別方式。(2)無源遠(yuǎn)距離識(shí)別方式：采用超高頻(UHF)頻段以915M為主的無源ID型電子標(biāo)簽，讀卡設(shè)備識(shí)別范圍達(dá)到10m2，能有效地解決近距離人工刷卡方式識(shí)別效率低的問題。但是，無源遠(yuǎn)距離識(shí)別方式仍存有很多缺陷，比如：無源電子標(biāo)簽必須正對(duì)讀卡器天線且不能有人體或者金屬物遮擋，電子標(biāo)簽不能緊貼人體，電子標(biāo)簽與金屬物混放會(huì)干擾識(shí)別,當(dāng)識(shí)別流量過大時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較高誤碼率。這些缺陷的存在，使得這一技術(shù)難以應(yīng)用于校園考勤。(3)有源遠(yuǎn)距離識(shí)別方式：本技術(shù)以2.4～2.48G頻段為主，采用有源的讀卡器設(shè)備和電子標(biāo)簽。此識(shí)別方式可輕松識(shí)別50m半徑范圍的有源電子標(biāo)簽，支持200個(gè)電子標(biāo)簽的實(shí)時(shí)并發(fā)識(shí)別，并且有源電子標(biāo)簽無懼人體、背包、金屬的遮擋，抗干擾性強(qiáng)，在學(xué)生每天進(jìn)出校門高峰期時(shí)依然能保證接近100%的讀取準(zhǔn)確率。因此，有源遠(yuǎn)距離識(shí)別方式技術(shù)比較成熟，非常適用于校園安全領(lǐng)域[2]。

1.2 NetRead系列通信協(xié)議與調(diào)試工具

NetRead系列通訊協(xié)議為主動(dòng)式上傳的UDP工作模式。尤其適合高速移動(dòng)的目標(biāo)、亦可在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多標(biāo)簽的快速識(shí)別與數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)性能已滿足校園考勤項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用需求。

調(diào)試工具各功能(圖1)參數(shù)定義：

電腦端口：電腦端的數(shù)據(jù)接收通訊端口，默認(rèn)值32500。

設(shè)備編號(hào)：讀寫器設(shè)備的編號(hào)。若多臺(tái)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)則應(yīng)保證同網(wǎng)唯一性。

標(biāo)簽速率：電子標(biāo)簽無線發(fā)射信號(hào)的空中傳送速率。

標(biāo)簽類型：電子標(biāo)簽的種類。

CRC校驗(yàn)：CRC取消=不進(jìn)行通訊校驗(yàn)，CRC允許=進(jìn)行通訊校驗(yàn)。

發(fā)射增益(0-3)：0-3//用于調(diào)節(jié)讀寫器往標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度。

接收增益(00-1F)：0-31//調(diào)節(jié)接收標(biāo)簽數(shù)據(jù)時(shí)的靈敏度，直接用于調(diào)節(jié)標(biāo)簽識(shí)別距離。

蜂鳴開關(guān)：0=關(guān)閉蜂鳴器，1=開啟蜂鳴器//讀到標(biāo)簽時(shí)，以聲音提示。

上傳間隔：讀寫器上傳數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。默認(rèn)為0.0s，即不加延時(shí)實(shí)時(shí)上傳。

過濾時(shí)長：0=不進(jìn)行過濾全部實(shí)時(shí)送出，過濾時(shí)間范圍1～254對(duì)應(yīng)1s～254s。

圖1 NetRead調(diào)試工具及功能設(shè)置

2 平安校園考勤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，多數(shù)中小學(xué)的校園信息管理系統(tǒng)僅具備發(fā)布學(xué)校信息的功能。對(duì)于學(xué)生到校是否遲到、曠課、早退等情況，班主任和家長之間只能通過電話、手機(jī)等通信工具取得聯(lián)系。教師本來就要管理諸多學(xué)生，再加上班主任大多還要身兼授課任務(wù)，如果每天逐一與家長進(jìn)行電話溝通確實(shí)分身乏術(shù)。學(xué)?！處煛嘀魅沃g無法實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效的信息溝通，家長難以實(shí)時(shí)掌握孩子的到校、離校信息。管理效率低、成本高、功能有限等問題普遍存在于傳統(tǒng)校園考勤管理系統(tǒng)中。

在信息技術(shù)高速發(fā)展的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特別是遠(yuǎn)距離無線射頻識(shí)別技術(shù)得到了長足的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用，這些都為建立功能全面的校園考勤系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。平安校園考勤管理系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算無線通訊技術(shù)和RFID射頻識(shí)別技術(shù)，打造出：面向?qū)W校的基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)和面向家長的校園出勤系統(tǒng)手機(jī)端平臺(tái)(ios/Andriod)。平安校園考勤管理系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 平安校園考勤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 平安校園考勤管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 門禁系統(tǒng)

如圖3所示，每個(gè)學(xué)校門禁都安裝一臺(tái)低頻定位器，每臺(tái)定位器引出2路低頻激活天線，稱為1號(hào)天線和2號(hào)天線，將2路激活天線分別放置在門禁內(nèi)外兩側(cè)，在門禁旁邊，由一臺(tái)2.4G遠(yuǎn)距離讀寫器作為信號(hào)接收器。當(dāng)學(xué)生佩戴有源RFID標(biāo)簽進(jìn)入門禁時(shí)，1號(hào)天線和2號(hào)天線會(huì)依次激活，系統(tǒng)會(huì)辨識(shí)學(xué)生進(jìn)入門禁，反之，系統(tǒng)會(huì)辨識(shí)為學(xué)生離校[3]。在學(xué)生進(jìn)出門禁時(shí)，懸掛于門禁附近合適位置的監(jiān)控設(shè)備會(huì)同時(shí)截屏，這樣就完成了整個(gè)門禁系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)出判斷的管理。

圖3 門禁系統(tǒng)

3.2 面向?qū)W校的基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)

班主任和教師通過門禁考勤系統(tǒng)，清楚了解學(xué)生的出勤情況，并且通過常規(guī)班級(jí)管理，及時(shí)對(duì)特殊情況(請(qǐng)假、學(xué)?；顒?dòng)等)加以備注；校方得到了分別由門禁考勤系統(tǒng)和班主任、教師備注兩方面組成的全面的考勤信息。

3.3 面向家長的校園出勤系統(tǒng)手機(jī)端平臺(tái)(ios/Andriod)

校方可以通過平臺(tái)發(fā)布校園公告，如學(xué)習(xí)、考試、體檢、作業(yè)信息等；家長則可以通過平臺(tái)了解到學(xué)生的出勤情況和校園公告。在家長的手機(jī)端平臺(tái)中，家長在加入平臺(tái)時(shí)需要通過身份驗(yàn)證，這樣學(xué)生每天出入門禁的情況(出入門禁情況和監(jiān)控設(shè)備截屏)就會(huì)以實(shí)時(shí)彈出式公告出現(xiàn)在學(xué)生家長的手機(jī)通知欄中。

4 平安校園考勤管理系統(tǒng)的優(yōu)勢

平安校園考勤管理系統(tǒng)的應(yīng)用適用于上學(xué)放學(xué)出入門禁人流集中的中小學(xué)，學(xué)生只需要佩戴帶有RFID標(biāo)簽的出入卡，門禁系統(tǒng)就可以實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的出入校門信息并將信息同步至數(shù)據(jù)庫，家長通過校園出勤系統(tǒng)手機(jī)端平臺(tái)實(shí)時(shí)了解學(xué)生出入門禁情況和學(xué)校公告信息；班主任在實(shí)時(shí)了解本班出入門禁情況，還可以對(duì)特殊情況加以備注；學(xué)校在考勤系統(tǒng)中可以獲得添加備注的各個(gè)班級(jí)學(xué)生出勤情況的詳細(xì)資料，為學(xué)校對(duì)班級(jí)的垂直管理提供了方便，同時(shí)通過校園出勤系統(tǒng)手機(jī)端平臺(tái)，學(xué)?？梢詫W(xué)校的公告等直接傳遞給學(xué)生家長，可以大幅減少學(xué)生處、教務(wù)處等學(xué)校管理人員的工作量。

5 結(jié)語

基于RFID遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的校園考勤系統(tǒng)對(duì)于有效解決校園考勤工作瑣碎、繁重等問題意義重大，并且有力促進(jìn)智慧校園綜合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。通過校園門禁管理、基于B/S架構(gòu)的校園考勤系統(tǒng)、校園出勤系統(tǒng)手機(jī)端平臺(tái)(ios/Andriod)應(yīng)用，起到了學(xué)?！處煛议L的紐帶作用，增加了彼此之間的信任，減少了重復(fù)的工作量?？梢暬@綜合管理平臺(tái)的初步建立是全新智能化校園的奠基。

[1]王秀平.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011(8):103-106.

[2]李勝,呼家龍,李俞.RFID智慧校園安防管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2013(3):95-99.

[3]RFID世界網(wǎng).RFID校園考勤管理系統(tǒng)解決方案[EB/OL].(2015-04-01)[2016-05-07].http://project.21csp.com.cn/C181/201504/7455.html.

[4]游戰(zhàn)清,李蘇劍.無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[5]許毅.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理及方法[M].北京:清華大學(xué)出版社,2012:162.

A Study on the Campus Attendance Management System Based on RFID Long-Distance Automatic Identification Technology

JIANG Wei1，LI Sheng2

(1. Information Centre, Hefei Preschool Education College, HeFei Anhui 230011,China;2. Electronic Information System, Ma’anshan Technical College, Ma’anshan Anhui 243031,China)

Aiming at solving attendance difficulties in primary and middle schools, this paper proposes a campus attendance management system based on RFID long-distance automatic identification technology to describe applications of wireless sensor and middleware technologies in system software. The campus attendance management system is composed of an RFID access control system and monitoring, a campus attendance system based on the B/S architecture for the school, and a mobile platform of the campus attendance system for parents. It organically integrates the Internet of Things (IOT), software technology and mobile 4G technology. Through the campus attendance management system, parents can obtain information about students’ entering and leaving the campus in real time and the school can reduce student attendance costs and risks. This is beneficial to the interactions among the school, teachers and parents for automatic management of real-time campus security, thus improving the efficiency of campus security management.

Internet of things; RFID long-distance automatic identification technology

2016-10-10

安徽高校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目“基于RFID遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的校園安全管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用”(KJ2013Z314)。

姜 偉(1984- )，男，網(wǎng)絡(luò)工程師，講師，技師，從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究。

李 勝(1969- )，男，教授，碩士，從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究。

TP393.03

A

2095-7602(2017)04-0043-04