基于物聯網的新一代校園一卡通系統的設計

田永曄，陳長順（揚州職業大學，江蘇　揚州　225000）

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基于物聯網的新一代校園一卡通系統的設計

田永曄，陳長順
（揚州職業大學，江蘇揚州225000）

摘要：物聯網技術推動了“數字校園”向“智慧校園”的升級發展，實現了學校的智能化管理，而校園一卡通的規劃和建設是目前智慧校園建設的基礎和核心.本項目結合物聯網技術，探析校園一卡通的應用需求，設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、超市收費系統和上機管理系統的系統方案，進而提出新一代校園一卡通的發展趨勢.

關鍵詞：物聯網；RFID技術；一卡通；考勤門禁；上機管理

互聯網的高速發展促進了新一代網絡技術——物聯網的形成與發展，也促進了新一代校園一卡通的研究與建設，對教育教學模式、師生學習和生活方式、校園數字化建設產生了重要的影響，為高校數字化資源與信息化系統的高效整合提供更有利的條件.本文將基于物聯網技術應用研究，探究校園一卡通的系統設計和構建方案.

1　校園一卡通概述

隨著高校信息化的推進，校園卡的應用越來越廣泛了，但學校各部門采用的卡系統技術與規范都不統一，造成了各種卡應用系統無法兼容，資源不能合理配置和共享.這種情況下學生手中往往持有多種校園卡如學生證、食堂飯卡、圖書卡、上機卡、銀行卡以及電話卡等等，除了使用不便以外，學校也難以統一管理，而且容易造成數據的不一致，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，師生員工在學校各處出入、辦事、活動和消費均只憑校園卡便可進行，并與銀行卡實現自助圈存，最終實現“一卡在手，走遍校園”.

2　物聯網關鍵技術介紹

物聯網的概念是1999年提出的，就是“物物相連的互聯網”，即通過RFID（射頻識別）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議將物品與互聯網連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡.物聯網主要包括信息感知、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用主要涉及以下幾個關鍵技術.

2.1無線傳感器技術

眾所周知，到目前為止絕大部分計算機處理的都是數字信號，自從有計算機以來就需要傳感器把模擬信號轉換成數字信號計算機才能處理.傳感器是攝取信息的關鍵器件，它是物聯網中不可缺少的信息采集手段.

2.2RFID技術

RFID（Radio Frequency Identification）是物聯網感知層的一個關鍵技術，也是傳感器技術的一種，又被稱為射頻識別技術，它利用射頻信號通過空間電磁耦合實現無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息實現物體識別.由于RFID具有無需接觸、自動化程度高、耐用可靠、識別速度快、適應各種工作環境、可實現高速和多標簽同時識別等優勢，因此RFID在自動識別、物品物流管理等方面有著廣闊的應用前景，而校園一卡通系統中的身份識別、電子支付、圖書管理等應用都離不開RFID技術支持.

2.3智能嵌入式技術

嵌入式系統是指將應用程序、操作系統與計算機硬件集成在一起的系統.它以應用為中心，以計算機技術為基礎，而且軟硬件可以裁剪，因而是能滿足應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統.因為這種系統具有軟件代碼小、高度自動化和響應速度快等特點，校園一卡通系統終端大多都基于此技術開發設計.

3　校園一卡通系統設計

3.1系統功能架構

校園一卡通系統是一種基于數字化校園的開放型系統，調研表明該系統典型應用主要集中于以下三大類服務.因此，系統功能架構設計如圖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用.

（3）混合功能類.主要包括上機管理、圖書管理等既要驗證身份，又要進行收費結算的系統.

圖1　校園一卡通系統功能架構

3.2系統拓撲結構設計

根據現有學校管理者的傳統習慣和可實現的技術，本著功能齊全、方便拓展的原則，設計校園一卡通系統拓撲結構，如圖2所示.

圖2　校園一卡通系統拓撲架構

4　校園一卡通系統的實現

4.1電子支付平臺

隨著數字化校園的發展，電子支付成為校園一卡通系統功能拓展的主要方向，主要表現在個人消費、學費繳納、水控電控等環節.電子支付是指單位部門或個人通過POS機、消費機等終端，實現貨幣支付或資金轉移的過程.本文構建的電子支付平臺主要包括一卡通管理平臺、銀行轉賬、統一身份認證和人工充值系統等平臺系統軟件.

4.1.1綜合前置機和一卡通管理平臺

綜合前置機是校園一卡通系統的控制中心，通過本機安裝加密卡，配置通用讀卡器，并安裝一卡通管理平臺，用以控制系統的綜合業務.該平臺就像銀行的電子柜員機，安裝在學校各人工網點中，主要實現開戶、普通賬戶管理、持卡人賬戶管理、商戶賬戶的維護和管理、商戶之間的轉賬管理、操作員的權限管理等功能.

4.1.2身份前置機與統一身份認證系統

身份前置機為校園一卡通系統及其他子系統提供基礎數據.統一身份認證系統則實現統一身份認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送到綜合前置機，維護校園一卡通自身身份數據.

4.1.3轉賬前置機與銀行轉賬系統

轉賬前置機專用于和銀行通訊，與自助轉賬終端構成銀行轉賬系統.該系統主要實現銀行卡向校園卡單向轉賬、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、圈存機的接入等功能.

4.1.4以太網POS機與人工充值系統

該POS機是為零散型消費提供服務的終端設備，可用于消費或充值，還可以通過內置的打印機打印各類報表.而人工充值系統是銀行轉賬和圈存系統的補充.主要實現在綜合業務系統或該POS機上的手工充值功能，操作簡單，安全可靠.

4.1.5查詢前置機與信息查詢系統

查詢前置機作為WEB服務器，具備各項查詢功能，是校內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、數據查詢與密碼修改及公告通知等功能.信息查詢系統支持網上查詢、觸摸屏查詢及電話查詢，持卡人可用瀏覽器進行各項查詢服務.

4.2考勤門禁系統

考勤門禁系統用于需對出入人員進行控制管理的場所，如教室、實驗室、辦公樓等，通過刷卡實現師生的考勤管理、出入控制及人數統計，這樣既可以控制非法人員進入，也對師生的出行時間進行了記錄，提高了學校的安全防范能力.該系統的用戶包括?？记陂T禁管理員、系統維護員、以及在校的師生員工.系統結構設計如圖3所示，主要包括門禁考勤控制器、讀卡器、感應卡、考勤系統等.

圖3　考勤門禁系統結構

門禁考勤控制器是系統的核心部分，用于接收、運算數據、發布指令等，將實際情況傳給計算機，有單門、雙門、四門、八門等型號；讀卡器是系統的前端設備，用于讀取感應卡的數據，并將此信息傳輸給控制器，具有抗電磁干擾性強、信號傳輸距離長、感應距離遠等特點；感應卡相當于持有人的

證件、開門鑰匙，磁力線圈產生感應電流向讀卡器，有RFID射頻卡、RFID- SIM卡等；考勤系統主要完成日?？记谝巹t與請假種類的設置，正常出勤情況和異常出勤情況統計，加班管理，在每次刷卡時還能自動記錄發生的詳細信息，以便查詢，并生成完善的考勤報表輸出.

4.3超市消費系統

超市消費系統是校園一卡通系統中的常用消費網絡，用于在校園內超市購物的消費結算.系統結構設計如圖4所示，主要包括商務網關、消費POS機或以太網POS機、校園卡等.商務網關是系統中心數據庫與各商場或超市網關進行通信的樞紐，通過TCP/IP協議實現與校園網之間的連接，并利用RS- 485通訊方式與消費POS機組成商務子網.持校園感應卡即可在消費POS機上消費，交易過程無須找零，使用方便；可實現消費數據采集、統計的自動化，工作人員對消費情況的管理更加快捷.

圖4　超市消費系統結構

4.4上機收費管理系統

上機收費管理系統是一套針對于機房管理的系統，用戶主要包括機房工作人員、到機房上機的在校師生，由數據庫服務器、管理工作站、刷卡機、打印服務器、客戶端等組成.數據庫服務器用于存儲和備份各種重要數據和記錄；管理工作站完成發卡、購買機時、安排機位、統計查詢、機房實時監控等功能；刷卡機完成上下機驗卡功能.

上機收費管理流程是：（1）學生進入機房，通過工作機上的POS終端刷卡，由上機管理系統自動分配機號、記錄時間并開始計時；（2）學生下機，離開時刷卡，上機管理系統計算消費金額并鎖定計算機，發送指令到POS機，扣除相應費用，完成上機的收費管理.

5　RFID技術在校園一卡通系統中的應用

5.1RFID技術在智能門禁系統中的應用

智能門禁系統是目前校園一卡通系統中最常用的出入口通道管制系統，是一種基于RFID技術的新型現代化安全管理系統.

智能門禁系統主要由RFID電子標簽卡、天線、視頻接入圖像比對驗證、上位機軟件控制和基于LAN/WAN的遠程控制軟件組成.學校通過一卡通系統給師生制作發放射頻校園卡，卡表面印有持卡人的照片、姓名、學號、院系、班級和標志，易于辨認；卡片相當于持卡人隨身攜帶的電子標簽，可通過閱讀器自動識別，實現對持卡人非接觸式的身份識別.當攜帶射頻校園卡的人員通過裝有門禁系統的大門時，校園卡中的信息被系統自動采集，無需人工干預，使門禁管理工作變得更為便捷；在學生公寓樓內安裝通道機，學生必須刷卡出入，有效防止閑雜人員進入；安裝門禁系統，晚上規定時間后必須刷卡才能進入宿舍，系統自動記錄晚歸學生信息，輔導員可準確掌握學生的夜間活動情況.顯然，基于RFID技術的智能門禁系統超越了傳統意義上的門道及鑰匙管理功能，使高校更加安全，管理更加精準可靠.

5.2基于RFID- SIM卡的新型校園一卡通系統方案

手機一卡通是基于RFID技術的新型校園一卡通系統，它以校園網為傳輸平臺，將手機作為信息載體，利用RFID標簽、傳感器、無線通信技術實時采集各類信息，再通過網絡傳輸到信息處理中心，經智能化處理后，實現人與人、人與物、物與物之間的溝通.

針對原有一卡通系統的升級改造具體方案如下：用戶無需換號，只需更換手機SIM卡，將RFID電子標簽嵌入到手機SIM中，從而使SIM卡具有了射頻識別的功能，使手機可以與讀卡器之間進行非接觸式數據交換，從而實現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，內嵌操作系統，硬件加密，安全性高；此卡內部存儲器可劃分為多張“卡”，集一卡通和電子錢包為一體，可應用于門禁、考勤等校園管理功能和校內消費、小額支付等功能.

6　結語

基于物聯網技術設計的新型校園一卡通系統是依托校園網，以校園卡為信息載體，利用計算機、網絡設備、終端設備并采用銀校合作模式，真正實現“一卡在手，走遍校園”.毫無疑問，校園一卡通系統的建立實施既方便了教職工和學生的生活，也進一步健全了校園信息化管理，更好地推動了“智慧校園”建設，必將對學校的發展產生深遠的影響！

參考文獻：

〔1〕郁春江，等.“校園一卡通”門禁學生考勤系統研究[J].計算機光盤軟件與應用，2012（2）.

〔2〕葉鎰娟，等.基于智慧校園的下一代校園卡系統設計[J].中國教育信息化，2013（5）.

〔3〕肖文雅，姚紅星.物聯網在智慧校園建設中的應用[J].信息技術，2013（04）.

〔4〕王巍.數字化校園平臺下“校園一卡通”系統的設計與實現[D].電子科技大學，2012.

基金項目：本文為江蘇省現代教育技術研究2011年度課題“基于普適計算的高職院校新型數字語音教學平臺研究”相關成果（2011-R-19517）；也是2013年度江蘇省大學生創新項目“基于物聯網的校園一卡通系統的設計與實現”成果

中圖分類號：TP274.2

文獻標識碼：A

文章編號：1673- 260X（2015）03- 0018- 03