基于物联网技术的智慧校园建设研究

张喜云，左利钦

（湖南邮电职业技术学院，湖南 长沙 410015）

基于物联网技术的智慧校园建设研究

张喜云，左利钦

（湖南邮电职业技术学院，湖南 长沙 410015）

物联网技术是一种将各种物体附着各类传感器而获取相关信息，并能实现信息提取、传输、保存、分析计算等功能的网络技术。文章探讨了将物联网技术运用在校园生活管理形成的智慧校园所带来的影响，并重点讨论以RFID和传感网为物联网主要技术在智慧校园的运用。

物联网；智慧校园；RFID；传感网

物联网是以“万物相连”为核心理念，实现物物通信，物物有组织，可控可管理的新型网络。实现物联网是运用射频甄别技术（Radio Frequency Identification，RFID）、温度、位置、气味等信息感知设备，遵循通信约定，将现实世界物体信息互联互通，进行信息交换、分析和存储，以实现对物体的特征信息检测跟踪监控，形成可控可管网络，并能对数据进行分析运算从而预测其发展趋势。校园中食堂、教室、图书馆、供水系统、实验室、围墙等各种与师生学习生活息息相关的物体，将这些物体嵌入传感器，获取相关信息，并且形成物体信息连接，形成 具有智慧，能简化管理工作，整合资源，优化配置，形成便捷、高效、人性化、安全、环保、和谐的校园使用环境。

1　以RFID为主要技术的智慧校园运用

根据RFID的在校园场景中的用途可大致分为RFID电子钱包功能、RFID智能管理功能两类。前者对应的具体场合有学校食堂、浴室热水、宿舍电费、学校超市；后者对应的有如图书馆、宿舍门禁，学生出勤管理、学生考试签到、实验室设备使用管理等。一般的RFID系统结构基本类似，图1为一般的RFID系统结构图，只是不同用途中所使用的感应刷卡终端的形式有所不同。

图1　RFID系统结构图

1.1RFID电子钱包功能的运用

如图1所示，用户持有的卡上记录有金额信息，当消费时，用户需将卡靠近主机即可完成扣款，即付费。用户手持卡是没有电源的，其能量是用刷卡主机通过13.56 MHz射频提供完成用户卡的识别、扣款，也是通过这个射频完成信息交互的。用户手持卡都有一个唯一的身份编号，刷卡时，主机识别到用户编号，然后再与刷卡主机系统存储的用户做对比，如果刷卡主机系统查询到用户存在，则进一步查询账户余额；刷卡主机持有者（商户）输入扣款金额，若小于余额，则进行扣款，即从对应编号下的数组中减去扣款余额；若大于余额，则本次扣款失败。充值卡则是用户用现金缴费，商家将用户卡下的余额度加上充值金额并写入系统。充值时，用户可以选择输入用户编号或者通过刷卡识别身份。值得指出的是，一般管理用户与用户余额的是由上位机数据库完成的。刷卡主机将交易信息上传下达，最终记录的是数据库。当然，刷卡主机也可以离线操作，最后再将交易数据导入电脑数据库即可。仅当扣款操作成功，一些服务设备才执行相应的动作，如浴室刷卡热水机会打开热水阀出热水，等到水流量计统计出扣款金额的水后关闭水阀，停止供水。

终端系统主要由RFID识别单元、微控制单元、人机交互单元、无线通信单元构成。RFID单元电路负责实现用户RFID卡的识别以及信息读写等功能；微控制单元电路实现对整个终端系统的控制；人机交互单元由键盘、显示器以及扬声器组成，实现用户对终端的操作输入和机器给人信息的反馈输出；无线通信单元实现终端与网络通信功能，可实现组网管理。

1.2RFID电子智能管理的运用

图1给出了RFID电子智能管理的运用的系统一般组成，但不同于电子钱包其在于管理系统方面侧重于用户身份的权限，而不是用户账户的金额。可以运用在校园的考勤管理、日常教学、智慧图书馆、实验室管理等方面。当用户使用特定的IC卡接近感应终端时，感应终端就能读出用户的身份，判断其权限，然后做出相应的动作，如图书馆的闸机，当识别出是本校学生，则打开闸机使其通过，且每张卡只能通过一人；若是管理员刷卡，可通过多人。

（1）人员管理。在日常的教学中，人员管理占据了大量的工作量，如日常的学生考勤、学籍管理、考试管理等。采取RFID技术，给每个学生发放一张具有学生详细信息的IC卡，涉及考勤时，学生持IC卡在刷卡器上刷一遍，刷卡器将信息传送到网络服务器，由服务器汇总整理，自动统计学生的考勤信息，教师或教学管理人员通过访问服务器即可了如指掌。同样的，学生开学注册，也只需刷卡就可以统计到校人数，学生进入考场刷卡就能知道考试人员信息是否匹配，防止替考，伪造证件等现象。

（2）物品管理。RFID技术运用在学校物品管理也能大显身手。如给实验设备贴上RFID标签，给每个对应的标签设备的使用教程、使用记录、维修记录等在网络数据库中关联起来，可以通过标签识别设备清楚地知道设备的状态情况。又比如，将图书馆的数据携带RFID标签，在网络服务器中同样将书籍的相关信息（书架号、借用记录、馆藏本数、配套光盘等）加以关联，同样方便了书籍的流通，减小管理工作量。

2　以传感网为主要技术的智慧校园运用

传感器可以将物理世界的许多物理信息采集转换成电信号，这种直接获得的电信号经过放大、模数转换后又可以进行计算、存储、传输等，将这种具有特点功能的节点通过一系列的布置形成庞大的网络，则将信息世界与物理时间融为一体，可以为人类生活带来巨大的效益与便利。传感网络的结构如图2所示。每个节点由电源、传感部件、处理单元、通信部件以及软件组成，还可以配置其他单元，如定位系统、移动系统、电源自动电系统等。传感单元将物理数据采集经处理单元处理后通过通信单元发送到网络输入到节点管理数据中心。节点和节点直接可以通信，节点能根据策略寻找一条策略最优路径将数据汇总传输。

在智慧校园中，传感网可将照明、校园围墙是否有人出入状态、存在安全隐患的建筑、植物等实施监控，并能根据检测数据做出相应策略措施，节约能源，将安全隐患消灭在萌芽之中。

图2　传感器网络结构

2.1智能照明

路灯或者教室灯通常是学校用电大户，实际上，在没有人经过或无人在教室的情况下，这些灯以最大的功率工作着，显然是一种不必要的浪费。通过给教室、路面等场所，安装光照度、人体红外传感器节点，节点则可以通过检测光照与是否有人使用等状态，将信息反馈给控制中心，由控制中心按照预定的策略，选择最优路径，发送控制命令，调节不同地方所需要的光照度来实现节能，又不会影响正常使用。

2.2校园安全布控

保证校园内的师生安全是开展正常教学的基本条件，关系到千家万户的幸福。传统的校园安保措施中或多或少地存在一些隐患，如不法分子翻越围墙作案、校园内设施存在倒塌、坠落等隐患。将带有人体红外检测的传感器节点布置在围墙上，将带有烟雾、倾斜度、振动、次声波传感器节点布置在建筑物、大树枝上，可通过检测到的微小的角度变化、振动、次声波等物理量，通过传感网传送到控制管理中心，经过分析计算，可提前预知火情、墙体倒塌、树枝断裂等危险的存在，从而提前排除。

3　结语

物联网在校园中运用的前景诱人，物联网的技术组成复杂多样，本文介绍了RFID和传感网两种技术在校园中的运用。RFID技术已经在实际智慧校园建设中占有重要地位，而传感网还在起步阶段。智慧校园离不开物联网，物联网的发展与应用也面临着技术和成本的限制。

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Research on smart campus construction based on Internet of things technology

Zhang Xiyun, Zuo Liqin
（Hunan Post and Telecommunication College, Changsha 410015, China）

Internet of things technologies refer to the Internet technology that attaches different objects to various sensors to acquire relevant information and realize such functions as information extraction, transmission, saving, analyzing and computing. This paper aims to exploring the impacts of the Internet of things technology on the campus life management of smart campus and focuses on how to use RFID and sensor network as the major Internet of things technology in smart campus.

Internet of things; smart campus; RFID; sensor network

张喜云（1967— ），女，湖南长沙，硕士，讲师；研究方向：IP网络技术及应用。