ZIGBEE结合指纹采集的学生在校查询系统设计﹡

李 政，陈向东，谢 睿

（①西南交通大学 信息科学与技术学院，四川 成都 610031；②成都信息工程学院 通信工程学院，四川 成都 610225）

0 引言

学生的“在校“就是指学生的日常活动是在学校规定的范围之内，不会出现较长时间的在不请假的情况下的离校。现代大学普遍采用宽松式管理，以便学生有更多的可自由支配时间、推动学生的全面发展和激发学生的创造力，但是容易出现少数学生利用这种宽松式管理而长期不在校从而引发管理事故的情况[1]，如少数学生连续几天不假外出游玩或在校外网吧连续几天夜不归宿，上述情况在目前的大学校园中比较普遍。如果学校没能及时发现这些学生长期不在校的状态，一旦学生在上述过程中出现意外，那么学校将面临极大的责任风险，因此及时发现学生的离校情况对于减少学生自身安全隐患以及学校的责任风险具有重要的意义。

由于学校学生人数众多、作息时间不一，并考虑到学生的分散性以及不影响学生正常活动的情况下，设计了一种利用ZIGBEE无线网络结合指纹采集方式实现的学生在校状态查询系统。利用此系统，学校管理人员如辅导员、班级导师甚至学生家长都可以及时地查询到学生的在校状态。根据作者对学生离校状态的调研，发现学生离校3天是学校及时发现情况并处理的“黄金时间段”。如果该系统有 3天或3天以上没有采集到某一学生的指纹，系统就会自动通知辅导员等学校管理人员有学生的在校状态异常，以便学校管理人员能及时采取措施进行相应的处理，以保证学生安全并提高管理效率。

1 系统工作流程

学生利用该系统可以在一天内的任何时间方便的录取自己的指纹并由系统将指纹匹配信息上传到服务器。学校管理人员和学生家长可以利用网页的形式来远程查看学生的在校情况。如果有学生在学校规定的“黄金时间段”内一直没有录取指纹，系统会自动通知该学生的辅导员和导师该学生的在校信息异常。辅导员在收到学生的异常信息后首先会向该学生所在班级的班长和导师来了解该学生的在校情况，如果还未能清楚知道该学生的近期状况，则会向院系领导和学生家长来反馈该学生的离校情况。

2 系统总体结构设计

下位机是采用TI公司的CC2530片上系统[2]组成的传感器网络。传感器网络主要负责指纹信息的采集和同上位机通信。上位机是利用C#和ASP.NET语言分别编写的基于C/S(客户端/服务器端)架构[3]和 B/S(浏览器端/服务器端)架构[4]的数据管理软件，通过C/S架构的软件将从串口接收的数据进行解析、提取有用信息，并存储在数据库服务器中。用户通过B/S架构的软件对用户信息进行访问。系统框架结构如图1所示。

图1 系统总体架构

3 下位机子系统设计

3.1 下位机节点硬件电路设计

ZIGBEE网络的终端节点是网络获取指纹信息的节点，路由节点主要负责数据的转发，协调器节点则是建立并启动无线网络的核心节点、也是数据的汇聚节点。路由节点功能由协议栈自动完成，外围结构比较简单此处不作介绍。终端节点和协调器节点结构分别如图2和图3所示。

图2 终端节点

图3 协调器节点

终端节点是利用串口给指纹传感器模块发送指令来获取指纹匹配信息，并通过无线网络将信息上传给协调器。终端节点的LCD模块用来显示指纹是否匹配成功以及节点是否成功入网的详细信息。协调器节点接收终端节点传输过来的数据，并通过DMA方式的串口同PC机端的C/S架构软件通信。

3.2 下位机节点软件设计

终端节点在上电后就自动加入 ZIGBEE网络并循环检测是否有指纹检测命令的按钮按下。当发现该按钮按下时，CC2530控制器就通过串口向指纹检测模块发送指纹检测和匹配的指令。如果指纹匹配成功，则根据指纹特征来获取学生的学号并封装成帧发送给上位机，并在LCD上显示学生的学号和SUCCESS。 路由节点的主要作用是作为数据传输的中转站,它的软件设计由ZSTACK协议栈自动完成。协调器节点主要是负责各个节点加入网络，并不停的检测是否有数据发送过来，在收集到终端节点发送过来的数据之后通过串口发送给上位机。

4 上位机应用程序设计

4.1 基于C/S架构的软件设计

C/S结构可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到客户端和服务器端来实现，降低了系统的通讯开销。系统是使用C#语言，并结合3层架构的设计思想，在Visual Studio 2010环境下开发[5]。使用 SerialPort控件进行串口通信编程，通过.NET Framework框架的ADO.NET对SQL Server 2008数据库进行操作。系统C/S架构的PC端软件主要是用于两方面的用途，首先是接收协调器传输过来的指纹匹配信息，其次就是用于调试和初始化指纹模块。其中调试和初始化指纹模块的界面如图4所示。

图4 调试和初始化指纹模块界面

4.2 基于B/S架构的软件设计

为了方便学校的老师和辅导员查看学生的在校信息，系统是使用ASP.NET语言来开的基于B/S架构的数据管理应用程序[6]。ASP.NET是一种使嵌入网页中的脚本可由因特网服务器执行的服务器端脚本技术，运行于IIS之中[7]。系统提供给五类用户使用，包括院系辅导员、学生导师、学生家长、系统管理员和学生。院系辅导员、导师可以查看自己院系的学生在校情况，学生家长只能查看自己孩子的历史记录，系统管理员则负责管理软件的后台配置。图5是辅导员用户界面。

图5 辅导员用户界面

5 结语

系统利用 ZIGBEE无线网络和指纹识别的结合，能够有效的获取到学生的在校情况。当有学生的在校情况异常时，系统能够及时的通知辅导员等学校管理人员进行处理。学校也可根据自身的情况来设置不同的“黄金时间段”。在后续的工作中可以在协调器节点与上位机之间加入 ARM网关，方便用于数据传输距离较长的环境；还可以在节点上扩展寝室安防的功能，保护学生财产安全。

[1]陈芳.浅谈基于物联网的校园管理[J].科技创新导报,2011(20):24.

[2]周林,陈玉,冯婷婷.基于ZigBee的自愈组网与协议实现[J].通信技术,2012,45(04):1-3.

[3]洪洲.题库管理系统的研究现状与发展探讨[J].通信技术,2009,42(07):185-187.

[4]胡冬梅.基于B/S架构Web应用安全防范[J].信息安全与通信保密,2011(01):31.

[5]周金桥.ASP.NET 夜话[M].北京:电子工业出版社,2009:287-310.

[6]王建宏,刘嘉勇.基于B/S 的实验管理系统设计与实现[J].通信技术,2010,43(06):135-136.

[7]王健,赵政文,樊晓翔.基于WAP的城市公交查询系统研究与实现[J].信息安全与通信保密,2009(03):66-68.