基于物联网的多元化智慧校园方案设计

朱朝平

摘要：针对高校师生易于接受新事物这一特点，提出了一个的多元化的智慧校园设计方案，为学生、教师、管理者提供更便利更快捷的服务。该系统将RFID、NFC、传感器、二维码等感知技术作为智慧校园的前端技术，利用现有的互联网、有线/无线通信网等网络设施实现智慧服务、智慧教学和智慧管理。

关键词：物联网；RFID；NFC；二维码；智慧校园

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）19-0048-02

高校智慧校园需要有先进的理念，还需要新技术的支持。从高校校园需求分析，智慧校园建设应从智慧服务、智慧教学和智慧管理三个方面去设计和建设。方案设计的理念就是在生活上为师生提供最便利最快捷最实惠的方式，在教学上搭建最科学最有监督力最有效的系统，在管理上设计全方位的创新系统。在原有千兆校园网络通信基础、无线网络通信基础上，融入物联网新技术这一新型技术。

1 物联网关键技术

物联网：物联网是在互联网的基础上，通过嵌入了具有无线射频识别技术（RFI D） 、传感器技术、嵌入式智能技术或图像识别技术等智能传感设备，给每一个实体对象分配一个唯一的代码，按照协议标准，把物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别 、定位 、跟踪 、监控和管理的一种覆盖世界上万事万物的实物互联网。

物联网的体系结构可分为3个层次：感知层、网络层和应用层，如图1物联网系统结构。感知层是物联网的皮肤和五官：用于识别物体，采集信息，是物联网的核心技术之一。其关键技术为：RFID技术、NFC技术、传感器技术、二维码技术。网络层把感知层获取到的信息通过互联网、有线/无线通信网等网络，实时、准确、安全可靠地进行传送。目前互联网、通信网等技术较成熟，基本能 够满足物联网的数据传输。应用层是物联网的大脑，它接收来自感知层采集的大量数据，并通过云计算、数据挖掘等技术对数据进行存储、分析和处理，从而实现各行业所需的实际应用。

RFID：射频识别技术，是一种非接触的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。RFID系统只有两个基本器件：阅读器和标签。RFID系统具有读取方便快捷、识别速度快、数据容量大、标签数据可动态更改、标签价格实惠等优势，是智慧校园的重要技术支撑。

NFC技术：是RFID功能和网络通信功能的结合。由飞利浦半导体、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互联技术。NFC技术提出的初衷是两台电子设备之间更加方便快捷地进行数据交换，具有“通信距离短”、“私密”、“安全”，适用于移动支付等区域。现在市面上的移动终端都集成了NFC技术，为智慧校园NFC支付提供了硬件基础。

传感器技术：是一种能感知环境变化，捕捉被测物的原始数据的技术，是物联网的神经元。能够通过无线传感器网络将数据输送到处理中心。例如，可以在校园的各个教室安装红外传感器实现自动控制灯光。

二维码技术：一种新型的条形码技术，用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的。最新发展的手机二维码识别技术，可以通过手机摄像头代替条码扫描仪，这一技术突破为二维码带来巨大的市场前景，也为智慧校园提供了天然的设备。

2 多元化的智慧校园

高校智慧校园服务的对象是具有高素质的易于接受新事物的教师、早期蓬勃的追求新事物的学生及其希望有所创新和改革的管理者。为了满足这些需求，本文提出了一个值得期待的智慧校园系统。该系统是基于RFID、NFC、传感器和二维码等技术将教学管理、后勤服务、和校园生活紧密联系在一起，通过智慧校园系统师生可以享受更便利更快捷更实惠的服务，管理者可以更科学更省力地监督，师生之间有更紧密的互动。在功能上该系统分为四个子系统，各个子系统的功能如下图2。

3 智慧校园设计方案

智慧校园要求数据结构的多样化，校园应用多元化，显然单一的技术平台无法满足广大师生的需求。本文提出了多元化、多种物联网技术共存的智慧校园方案。借助已有的web校园平台和通信网络，利用师生现有的智能手机等，实现“教、学、管”资源的利用最大化。本文将在技术层面上讲述多元化的智慧校园的详细设计。

3.1 基于RFID技术的校园通/图书管理/智能停车系统

基于RFID技术的校园通/图书管理/智能停车系统的硬件基础是每个学生、老师都持有一张一卡通。一卡通其实就是RFID系统的两个基本器件的其中一个：标签。一卡通可以采用可读可写的卡片型的射频标签，可以存储姓名、身份（学生或教师），根据身份的不同赋予不同的服务，如图3。

学生一卡通的服务范围包括：食堂/校园商业街消费，宿舍水电充值，图书馆借/还书。教师一卡通的服务范围包括：食堂/校园商业街消费，图书馆借/还书，校车公交卡，智能停车卡。另外教师和学生的可借的图书数量也可以不同。

RFID系统的两个基本器件的另外一个：阅读器。阅读器的放置的位置比较固定，如食堂的刷卡处，图书馆的借阅处，校园的出入口等。

RFID系统的通信基础是互联网，高校的网络设施是很完备的，为RFID系统提供了通信保障。

3.2 基于NFC的考勤/移动支付/智能海报系统

基于NFC的考勤系统使用的设备就是具有NFC的智能手机和NFC标签。在校园中可应用的场景之一：学生考勤。在每个教室布置好NFC标签，来上课的同学只需用手机读取该NFC标签就完成了签到服务。这一考勤系统节省了老师点名的时间，同时也方便教学管理者统计上课率。

基于NFC的手机移动支付服务，利用NFC芯片代替信用卡的功能。学生在校园商业街或者饭堂将手机靠近NFC刷卡机就可完成支付功能。基于NFC的智能海报系统利用NFC标签可以存储一定量的信息，校园活动中心将带有NFC标签的海报贴出，感兴趣的同学通过手机靠近海报就能轻松获取海报的简要内容，不需花费手机流量就可获取信息，提供一个为学生节流的方便、快捷的方式。

3.3基于传感器的安全报警/节能减排系统

基于传感器的安全报警/节能减排系统利用烟雾探测器、红外线传感器等具有安防作用的传感器，置于环境的最前端，通过Zigbee网络及时地将异常/控制信息传送到控制中心。

在每个教学楼和宿舍楼的楼道上安装烟雾探测器，一旦出现异常，可以自动触发报警器，并将异常信息通知相关人员。

在每个教室都安装红外线传感器。红外线传感器可以检测教室中是否有学生在，如果没有检测到学生，可以熄灭教室的灯光，做到省时省力的节能。

3.4基于二维码的教学信息推送/学生校园活动系统

基于二维码的成绩教学信息系统主要是利用推送平台将课表信息、调课信息、考试信息分发到学生/教师手机中。并且教师录完考试成绩后可以第一时间推送到学生手机上。班主任可以利用这一平台在每个学期结束时将学生的成绩推送到家长手机中。

二维码的应用很广，可以为每一个校园协会注册一个公众号，让感兴趣的同学通过扫描二维码获取更多的信息。

4 总结

文中论述了物联网体系结构，重点论述了物联网感知层的关键技术，并提出了一个多元化的智慧校园方案，为高校的校园建设提供一个参考。当然智慧校园是一个复杂的系统，除了现有的网络设施和硬件资源，需要建立完整的数据管理中心，防止信息的泄露。还需要手机端的APP应用，这都需要高校领导的重点支持。

参考文献：

[1]张永波. RFID 技术在“智慧校园”中的应用[J].软件导刊，2011（5）.

[2]韩雪.基于物联网技术的智慧校园系统的设计研究[J].电子设计工程，2011（4）.

[3]刘建华.基于物联网技术构建智慧校园系统方案设计[J]. 甘肃联合大学学报（自然科学版），2013（5）.

[4]陆桑璐，谢磊.射频识别技术——原理、协议及系统设计[M].北京：科学出版社，2014.