ZIGBEE結(jié)合指紋采集的學(xué)生在校查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)﹡

李 政，陳向東，謝 睿

（①西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610031；②成都信息工程學(xué)院 通信工程學(xué)院，四川 成都 610225）

0 引言

學(xué)生的“在校“就是指學(xué)生的日常活動是在學(xué)校規(guī)定的范圍之內(nèi)，不會出現(xiàn)較長時(shí)間的在不請假的情況下的離校。現(xiàn)代大學(xué)普遍采用寬松式管理，以便學(xué)生有更多的可自由支配時(shí)間、推動學(xué)生的全面發(fā)展和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，但是容易出現(xiàn)少數(shù)學(xué)生利用這種寬松式管理而長期不在校從而引發(fā)管理事故的情況[1]，如少數(shù)學(xué)生連續(xù)幾天不假外出游玩或在校外網(wǎng)吧連續(xù)幾天夜不歸宿，上述情況在目前的大學(xué)校園中比較普遍。如果學(xué)校沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些學(xué)生長期不在校的狀態(tài)，一旦學(xué)生在上述過程中出現(xiàn)意外，那么學(xué)校將面臨極大的責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)，因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的離校情況對于減少學(xué)生自身安全隱患以及學(xué)校的責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。

由于學(xué)校學(xué)生人數(shù)眾多、作息時(shí)間不一，并考慮到學(xué)生的分散性以及不影響學(xué)生正常活動的情況下，設(shè)計(jì)了一種利用ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合指紋采集方式實(shí)現(xiàn)的學(xué)生在校狀態(tài)查詢系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)，學(xué)校管理人員如輔導(dǎo)員、班級導(dǎo)師甚至學(xué)生家長都可以及時(shí)地查詢到學(xué)生的在校狀態(tài)。根據(jù)作者對學(xué)生離校狀態(tài)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)學(xué)生離校3天是學(xué)校及時(shí)發(fā)現(xiàn)情況并處理的“黃金時(shí)間段”。如果該系統(tǒng)有 3天或3天以上沒有采集到某一學(xué)生的指紋，系統(tǒng)就會自動通知輔導(dǎo)員等學(xué)校管理人員有學(xué)生的在校狀態(tài)異常，以便學(xué)校管理人員能及時(shí)采取措施進(jìn)行相應(yīng)的處理，以保證學(xué)生安全并提高管理效率。

1 系統(tǒng)工作流程

學(xué)生利用該系統(tǒng)可以在一天內(nèi)的任何時(shí)間方便的錄取自己的指紋并由系統(tǒng)將指紋匹配信息上傳到服務(wù)器。學(xué)校管理人員和學(xué)生家長可以利用網(wǎng)頁的形式來遠(yuǎn)程查看學(xué)生的在校情況。如果有學(xué)生在學(xué)校規(guī)定的“黃金時(shí)間段”內(nèi)一直沒有錄取指紋，系統(tǒng)會自動通知該學(xué)生的輔導(dǎo)員和導(dǎo)師該學(xué)生的在校信息異常。輔導(dǎo)員在收到學(xué)生的異常信息后首先會向該學(xué)生所在班級的班長和導(dǎo)師來了解該學(xué)生的在校情況，如果還未能清楚知道該學(xué)生的近期狀況，則會向院系領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)生家長來反饋該學(xué)生的離校情況。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下位機(jī)是采用TI公司的CC2530片上系統(tǒng)[2]組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)指紋信息的采集和同上位機(jī)通信。上位機(jī)是利用C#和ASP.NET語言分別編寫的基于C/S(客戶端/服務(wù)器端)架構(gòu)[3]和 B/S(瀏覽器端/服務(wù)器端)架構(gòu)[4]的數(shù)據(jù)管理軟件，通過C/S架構(gòu)的軟件將從串口接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、提取有用信息，并存儲在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。用戶通過B/S架構(gòu)的軟件對用戶信息進(jìn)行訪問。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3 下位機(jī)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 下位機(jī)節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)

ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)獲取指紋信息的節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)則是建立并啟動無線網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)、也是數(shù)據(jù)的匯聚節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)功能由協(xié)議棧自動完成，外圍結(jié)構(gòu)比較簡單此處不作介紹。終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)分別如圖2和圖3所示。

圖2 終端節(jié)點(diǎn)

圖3 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

終端節(jié)點(diǎn)是利用串口給指紋傳感器模塊發(fā)送指令來獲取指紋匹配信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將信息上傳給協(xié)調(diào)器。終端節(jié)點(diǎn)的LCD模塊用來顯示指紋是否匹配成功以及節(jié)點(diǎn)是否成功入網(wǎng)的詳細(xì)信息。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收終端節(jié)點(diǎn)傳輸過來的數(shù)據(jù)，并通過DMA方式的串口同PC機(jī)端的C/S架構(gòu)軟件通信。

3.2 下位機(jī)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)在上電后就自動加入 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)并循環(huán)檢測是否有指紋檢測命令的按鈕按下。當(dāng)發(fā)現(xiàn)該按鈕按下時(shí)，CC2530控制器就通過串口向指紋檢測模塊發(fā)送指紋檢測和匹配的指令。如果指紋匹配成功，則根據(jù)指紋特征來獲取學(xué)生的學(xué)號并封裝成幀發(fā)送給上位機(jī)，并在LCD上顯示學(xué)生的學(xué)號和SUCCESS。 路由節(jié)點(diǎn)的主要作用是作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站,它的軟件設(shè)計(jì)由ZSTACK協(xié)議棧自動完成。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要是負(fù)責(zé)各個(gè)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，并不停的檢測是否有數(shù)據(jù)發(fā)送過來，在收集到終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)之后通過串口發(fā)送給上位機(jī)。

4 上位機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

4.1 基于C/S架構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)

C/S結(jié)構(gòu)可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。系統(tǒng)是使用C#語言，并結(jié)合3層架構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，在Visual Studio 2010環(huán)境下開發(fā)[5]。使用 SerialPort控件進(jìn)行串口通信編程，通過.NET Framework框架的ADO.NET對SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。系統(tǒng)C/S架構(gòu)的PC端軟件主要是用于兩方面的用途，首先是接收協(xié)調(diào)器傳輸過來的指紋匹配信息，其次就是用于調(diào)試和初始化指紋模塊。其中調(diào)試和初始化指紋模塊的界面如圖4所示。

圖4 調(diào)試和初始化指紋模塊界面

4.2 基于B/S架構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)

為了方便學(xué)校的老師和輔導(dǎo)員查看學(xué)生的在校信息，系統(tǒng)是使用ASP.NET語言來開的基于B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序[6]。ASP.NET是一種使嵌入網(wǎng)頁中的腳本可由因特網(wǎng)服務(wù)器執(zhí)行的服務(wù)器端腳本技術(shù)，運(yùn)行于IIS之中[7]。系統(tǒng)提供給五類用戶使用，包括院系輔導(dǎo)員、學(xué)生導(dǎo)師、學(xué)生家長、系統(tǒng)管理員和學(xué)生。院系輔導(dǎo)員、導(dǎo)師可以查看自己院系的學(xué)生在校情況，學(xué)生家長只能查看自己孩子的歷史記錄，系統(tǒng)管理員則負(fù)責(zé)管理軟件的后臺配置。圖5是輔導(dǎo)員用戶界面。

圖5 輔導(dǎo)員用戶界面

5 結(jié)語

系統(tǒng)利用 ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)和指紋識別的結(jié)合，能夠有效的獲取到學(xué)生的在校情況。當(dāng)有學(xué)生的在校情況異常時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)的通知輔導(dǎo)員等學(xué)校管理人員進(jìn)行處理。學(xué)校也可根據(jù)自身的情況來設(shè)置不同的“黃金時(shí)間段”。在后續(xù)的工作中可以在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)之間加入 ARM網(wǎng)關(guān)，方便用于數(shù)據(jù)傳輸距離較長的環(huán)境；還可以在節(jié)點(diǎn)上擴(kuò)展寢室安防的功能，保護(hù)學(xué)生財(cái)產(chǎn)安全。

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