基于物联网的新一代校园一卡通系统的设计

田永晔，陈长顺（扬州职业大学，江苏　扬州　225000）



基于物联网的新一代校园一卡通系统的设计

田永晔，陈长顺
（扬州职业大学，江苏扬州225000）

摘要：物联网技术推动了“数字校园”向“智慧校园”的升级发展，实现了学校的智能化管理，而校园一卡通的规划和建设是目前智慧校园建设的基础和核心.本项目结合物联网技术，探析校园一卡通的应用需求，设计校园一卡通的主要功能，阐述电子支付平台、考勤门禁系统、超市收费系统和上机管理系统的系统方案，进而提出新一代校园一卡通的发展趋势.

关键词：物联网；RFID技术；一卡通；考勤门禁；上机管理

互联网的高速发展促进了新一代网络技术——物联网的形成与发展，也促进了新一代校园一卡通的研究与建设，对教育教学模式、师生学习和生活方式、校园数字化建设产生了重要的影响，为高校数字化资源与信息化系统的高效整合提供更有利的条件.本文将基于物联网技术应用研究，探究校园一卡通的系统设计和构建方案.

1　校园一卡通概述

随着高校信息化的推进，校园卡的应用越来越广泛了，但学校各部门采用的卡系统技术与规范都不统一，造成了各种卡应用系统无法兼容，资源不能合理配置和共享.这种情况下学生手中往往持有多种校园卡如学生证、食堂饭卡、图书卡、上机卡、银行卡以及电话卡等等，除了使用不便以外，学校也难以统一管理，而且容易造成数据的不一致，带来不必要的麻烦.

新一代“校园一卡通”是指全校师生员工每人持一张校园卡，这张卡取代以前的各种证件功能，师生员工在学校各处出入、办事、活动和消费均只凭校园卡便可进行，并与银行卡实现自助圈存，最终实现“一卡在手，走遍校园”.

2　物联网关键技术介绍

物联网的概念是1999年提出的，就是“物物相连的互联网”，即通过RFID（射频识别）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议将物品与互联网连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络.物联网主要包括信息感知、信息传递、信息存储与处理三部分，在校园一卡通项目中的应用主要涉及以下几个关键技术.

2.1无线传感器技术

众所周知，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号，自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理.传感器是摄取信息的关键器件，它是物联网中不可缺少的信息采集手段.

2.2RFID技术

RFID（Radio Frequency Identification）是物联网感知层的一个关键技术，也是传感器技术的一种，又被称为射频识别技术，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递，并通过所传递的信息实现物体识别.由于RFID具有无需接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应各种工作环境、可实现高速和多标签同时识别等优势，因此RFID在自动识别、物品物流管理等方面有着广阔的应用前景，而校园一卡通系统中的身份识别、电子支付、图书管理等应用都离不开RFID技术支持.

2.3智能嵌入式技术

嵌入式系统是指将应用程序、操作系统与计算机硬件集成在一起的系统.它以应用为中心，以计算机技术为基础，而且软硬件可以裁剪，因而是能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统.因为这种系统具有软件代码小、高度自动化和响应速度快等特点，校园一卡通系统终端大多都基于此技术开发设计.

3　校园一卡通系统设计

3.1系统功能架构

校园一卡通系统是一种基于数字化校园的开放型系统，调研表明该系统典型应用主要集中于以下三大类服务.因此，系统功能架构设计如图1所示.

（1）身份识别功能类.主要包括考勤、门禁等各类验证身份的应用.

（2）商品消费功能类.主要包括就餐、超市、水电费缴纳等各类消费应用.

（3）混合功能类.主要包括上机管理、图书管理等既要验证身份，又要进行收费结算的系统.

图1　校园一卡通系统功能架构

3.2系统拓扑结构设计

根据现有学校管理者的传统习惯和可实现的技术，本着功能齐全、方便拓展的原则，设计校园一卡通系统拓扑结构，如图2所示.

图2　校园一卡通系统拓扑架构

4　校园一卡通系统的实现

4.1电子支付平台

随着数字化校园的发展，电子支付成为校园一卡通系统功能拓展的主要方向，主要表现在个人消费、学费缴纳、水控电控等环节.电子支付是指单位部门或个人通过POS机、消费机等终端，实现货币支付或资金转移的过程.本文构建的电子支付平台主要包括一卡通管理平台、银行转账、统一身份认证和人工充值系统等平台系统软件.

4.1.1综合前置机和一卡通管理平台

综合前置机是校园一卡通系统的控制中心，通过本机安装加密卡，配置通用读卡器，并安装一卡通管理平台，用以控制系统的综合业务.该平台就像银行的电子柜员机，安装在学校各人工网点中，主要实现开户、普通账户管理、持卡人账户管理、商户账户的维护和管理、商户之间的转账管理、操作员的权限管理等功能.

4.1.2身份前置机与统一身份认证系统

身份前置机为校园一卡通系统及其他子系统提供基础数据.统一身份认证系统则实现统一身份认证中心与校园一卡通身份信息的同步，及时将变更的身份信息发送到综合前置机，维护校园一卡通自身身份数据.

4.1.3转账前置机与银行转账系统

转账前置机专用于和银行通讯，与自助转账终端构成银行转账系统.该系统主要实现银行卡向校园卡单向转账、银行卡账户和校园卡账户余额查询、校园卡挂失和解挂、更改账户密码和消费密码、圈存机的接入等功能.

4.1.4以太网POS机与人工充值系统

该POS机是为零散型消费提供服务的终端设备，可用于消费或充值，还可以通过内置的打印机打印各类报表.而人工充值系统是银行转账和圈存系统的补充.主要实现在综合业务系统或该POS机上的手工充值功能，操作简单，安全可靠.

4.1.5查询前置机与信息查询系统

查询前置机作为WEB服务器，具备各项查询功能，是校内全部查询终端与校园卡中心之间的枢纽，为客户提供账户信息、记录、数据查询与密码修改及公告通知等功能.信息查询系统支持网上查询、触摸屏查询及电话查询，持卡人可用浏览器进行各项查询服务.

4.2考勤门禁系统

考勤门禁系统用于需对出入人员进行控制管理的场所，如教室、实验室、办公楼等，通过刷卡实现师生的考勤管理、出入控制及人数统计，这样既可以控制非法人员进入，也对师生的出行时间进行了记录，提高了学校的安全防范能力.该系统的用户包括校考勤门禁管理员、系统维护员、以及在校的师生员工.系统结构设计如图3所示，主要包括门禁考勤控制器、读卡器、感应卡、考勤系统等.

图3　考勤门禁系统结构

门禁考勤控制器是系统的核心部分，用于接收、运算数据、发布指令等，将实际情况传给计算机，有单门、双门、四门、八门等型号；读卡器是系统的前端设备，用于读取感应卡的数据，并将此信息传输给控制器，具有抗电磁干扰性强、信号传输距离长、感应距离远等特点；感应卡相当于持有人的

证件、开门钥匙，磁力线圈产生感应电流向读卡器，有RFID射频卡、RFID- SIM卡等；考勤系统主要完成日常考勤规则与请假种类的设置，正常出勤情况和异常出勤情况统计，加班管理，在每次刷卡时还能自动记录发生的详细信息，以便查询，并生成完善的考勤报表输出.

4.3超市消费系统

超市消费系统是校园一卡通系统中的常用消费网络，用于在校园内超市购物的消费结算.系统结构设计如图4所示，主要包括商务网关、消费POS机或以太网POS机、校园卡等.商务网关是系统中心数据库与各商场或超市网关进行通信的枢纽，通过TCP/IP协议实现与校园网之间的连接，并利用RS- 485通讯方式与消费POS机组成商务子网.持校园感应卡即可在消费POS机上消费，交易过程无须找零，使用方便；可实现消费数据采集、统计的自动化，工作人员对消费情况的管理更加快捷.

图4　超市消费系统结构

4.4上机收费管理系统

上机收费管理系统是一套针对于机房管理的系统，用户主要包括机房工作人员、到机房上机的在校师生，由数据库服务器、管理工作站、刷卡机、打印服务器、客户端等组成.数据库服务器用于存储和备份各种重要数据和记录；管理工作站完成发卡、购买机时、安排机位、统计查询、机房实时监控等功能；刷卡机完成上下机验卡功能.

上机收费管理流程是：（1）学生进入机房，通过工作机上的POS终端刷卡，由上机管理系统自动分配机号、记录时间并开始计时；（2）学生下机，离开时刷卡，上机管理系统计算消费金额并锁定计算机，发送指令到POS机，扣除相应费用，完成上机的收费管理.

5　RFID技术在校园一卡通系统中的应用

5.1RFID技术在智能门禁系统中的应用

智能门禁系统是目前校园一卡通系统中最常用的出入口通道管制系统，是一种基于RFID技术的新型现代化安全管理系统.

智能门禁系统主要由RFID电子标签卡、天线、视频接入图像比对验证、上位机软件控制和基于LAN/WAN的远程控制软件组成.学校通过一卡通系统给师生制作发放射频校园卡，卡表面印有持卡人的照片、姓名、学号、院系、班级和标志，易于辨认；卡片相当于持卡人随身携带的电子标签，可通过阅读器自动识别，实现对持卡人非接触式的身份识别.当携带射频校园卡的人员通过装有门禁系统的大门时，校园卡中的信息被系统自动采集，无需人工干预，使门禁管理工作变得更为便捷；在学生公寓楼内安装通道机，学生必须刷卡出入，有效防止闲杂人员进入；安装门禁系统，晚上规定时间后必须刷卡才能进入宿舍，系统自动记录晚归学生信息，辅导员可准确掌握学生的夜间活动情况.显然，基于RFID技术的智能门禁系统超越了传统意义上的门道及钥匙管理功能，使高校更加安全，管理更加精准可靠.

5.2基于RFID- SIM卡的新型校园一卡通系统方案

手机一卡通是基于RFID技术的新型校园一卡通系统，它以校园网为传输平台，将手机作为信息载体，利用RFID标签、传感器、无线通信技术实时采集各类信息，再通过网络传输到信息处理中心，经智能化处理后，实现人与人、人与物、物与物之间的沟通.

针对原有一卡通系统的升级改造具体方案如下：用户无需换号，只需更换手机SIM卡，将RFID电子标签嵌入到手机SIM中，从而使SIM卡具有了射频识别的功能，使手机可以与读卡器之间进行非接触式数据交换，从而实现灵活高效的自动身份识别和信息管理.RFID- SIM卡是一种智能CPU卡，内嵌操作系统，硬件加密，安全性高；此卡内部存储器可划分为多张“卡”，集一卡通和电子钱包为一体，可应用于门禁、考勤等校园管理功能和校内消费、小额支付等功能.

6　结语

基于物联网技术设计的新型校园一卡通系统是依托校园网，以校园卡为信息载体，利用计算机、网络设备、终端设备并采用银校合作模式，真正实现“一卡在手，走遍校园”.毫无疑问，校园一卡通系统的建立实施既方便了教职工和学生的生活，也进一步健全了校园信息化管理，更好地推动了“智慧校园”建设，必将对学校的发展产生深远的影响！

参考文献：

〔1〕郁春江，等.“校园一卡通”门禁学生考勤系统研究[J].计算机光盘软件与应用，2012（2）.

〔2〕叶镒娟，等.基于智慧校园的下一代校园卡系统设计[J].中国教育信息化，2013（5）.

〔3〕肖文雅，姚红星.物联网在智慧校园建设中的应用[J].信息技术，2013（04）.

〔4〕王巍.数字化校园平台下“校园一卡通”系统的设计与实现[D].电子科技大学，2012.

基金项目：本文为江苏省现代教育技术研究2011年度课题“基于普适计算的高职院校新型数字语音教学平台研究”相关成果（2011-R-19517）；也是2013年度江苏省大学生创新项目“基于物联网的校园一卡通系统的设计与实现”成果

中图分类号：TP274.2

文献标识码：A

文章编号：1673- 260X（2015）03- 0018- 03