基于微信開(kāi)發(fā)的校園智能通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮志強(qiáng)　劉志勇

摘 要： 為了完善校園通信局域網(wǎng)建設(shè)，提高校園網(wǎng)的功能集成能力，提出基于微信開(kāi)發(fā)的校園智能通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境建立在CompactPCI總線(xiàn)協(xié)議控制和騰訊PXI通信協(xié)議環(huán)境上，采用物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別構(gòu)造方案進(jìn)行校園網(wǎng)的通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在微信平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)校園宿舍、圖書(shū)館、食堂以及學(xué)生信息管理系統(tǒng)的通信集成設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足校園智能通信和信息管理需求，并對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行了硬件構(gòu)造和軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明，利用該系統(tǒng)進(jìn)行校園智能通信，信息集成度較高，人工智能性較強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞： 微信； 校園網(wǎng)； 智能通信系統(tǒng)； CompactPCI總線(xiàn)； 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

中圖分類(lèi)號(hào)： TN915.5?34； TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）22?0045?03

Abstract： In order to improve the construction of campus communication local area network and the function integrated capability of campus network， a design scheme of campus intelligent communication system based on WeChat is put forward in this paper. The development environment of the system is based on CompactPCI bus protocol control and Tencent PXI communication protocol environment. The communication infrastructure of campus network is constructed by means of the structural scheme of wireless RF recognition and Internet of Things. The communication integrated design of of campus dormitory， library， dining hall and student information management system is realize on the WeChat platform to meet the needs of the campus intelligent communication and information management. The hardware construction and software design of the communication system are carried out. The test results show that the system has a high degree of information integration， strong artificial intelligence and high stability for campus intelligent communication.

Keywords： WeChat； campus network； intelligent communication system； CompactPCI bus； network protocol

0 引 言

高校校園管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要通過(guò)智能化集成信息管理，把校園管理建立在智能通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)高校各項(xiàng)事務(wù)和設(shè)施的集成化信息處理和調(diào)度，提高高校的信息管理綜合化水平。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，在移動(dòng)通信設(shè)備終端的APP中進(jìn)行校園智能通信設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)高校信息的互通共享，在微信平臺(tái)廣泛應(yīng)用的時(shí)代背景下，通過(guò)微信公眾號(hào)和微信群建立校園智能通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的人氣基礎(chǔ)。因此，研究基于微信開(kāi)發(fā)的校園智能通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在提高校園智能信息管理和信息通信能力方面具有重要意義[1]。本文設(shè)計(jì)的校園智能通信系統(tǒng)建立在騰訊微信公眾平臺(tái)基礎(chǔ)上。首先進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架分析，建立校園智能通信系統(tǒng)的功能模塊，并給出設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)；然后通過(guò)硬件模塊化設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)校園智能通信系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試分析，得出有效性結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理介紹與設(shè)計(jì)指標(biāo)

本文研究的基于微信開(kāi)發(fā)的校園智能通信系統(tǒng)的功能主要包括：互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的接入功能；微信公眾平臺(tái)開(kāi)發(fā)；多通道校園網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)記錄分析；通信傳輸?shù)目偩€(xiàn)控制。其硬件模塊主要包括收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)A/D采集、模擬信號(hào)預(yù)處理機(jī)、通信信號(hào)的頻譜分析以及功率放大等部分。在輸入信號(hào)頻帶范圍已知的情況下，校園網(wǎng)通信平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用FIR帶通濾波作為頻譜分析儀，通過(guò)多通道數(shù)據(jù)記錄分析記錄校園智能通信信息處理的通信信息數(shù)據(jù)，結(jié)合校園網(wǎng)與DSP進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸，在微信平臺(tái)的參數(shù)面板上根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器輸出的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理，將處理結(jié)果及時(shí)傳輸?shù)絇C機(jī)[2]。在微信平臺(tái)中，手機(jī)用戶(hù)植入微信APP，并采用射頻識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行圖書(shū)館、食堂、宿舍管理、校園門(mén)禁管理等信息采樣，記錄學(xué)生的個(gè)人信息，并上傳到數(shù)據(jù)處理中心，通過(guò)專(zhuān)用短程通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息發(fā)布和大數(shù)據(jù)處理[3]。在微信平臺(tái)中進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)和檢索，分析出學(xué)生的圖書(shū)館借閱喜好、個(gè)人飯?zhí)玫娜粘ｉ_(kāi)銷(xiāo)等信息，并通過(guò)這些信息輸入到微信通信系統(tǒng)中，方便校方進(jìn)行學(xué)生的管理評(píng)估，為進(jìn)行助學(xué)資金發(fā)放、學(xué)生學(xué)習(xí)和消費(fèi)評(píng)估等提供參量依據(jù)。根據(jù)上述分析，構(gòu)建校園智能通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)界面設(shè)置和功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在對(duì)系統(tǒng)的功能模塊化建模分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)分析，本文構(gòu)建的校園智能通信系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)電射頻識(shí)別技術(shù)和RFID技術(shù)進(jìn)行信息特征采集。在微信平臺(tái)中接入互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)信息終端，通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化集成管理調(diào)度。通信系統(tǒng)進(jìn)行信息采樣的通道數(shù)設(shè)定為8通道同步、異步采樣，輸入電壓控制在±12 V，采用16位定點(diǎn)STM32內(nèi)核進(jìn)行微信平臺(tái)的集成控制。在微信開(kāi)發(fā)中，平均端到端時(shí)延設(shè)定為2.334 B/s，平均送達(dá)率為12 Kb/s，數(shù)據(jù)包分組送達(dá)率為2.893 KB/s，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境建立在CompactPCI總線(xiàn)協(xié)議控制環(huán)境中，微信通信采用騰訊PXI通信模型下的PC133 SDRAM貪婪轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，通信系統(tǒng)設(shè)定有CAN2.0B接口，以此作為RFID輸出端口。endprint

1.2 系統(tǒng)功能模塊組成

本文設(shè)計(jì)的校園智能通信系統(tǒng)采用RS 232/RS 422時(shí)鐘自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行通信A/D采樣，采用物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別構(gòu)造方案進(jìn)行校園網(wǎng)的通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完成同步授時(shí)服務(wù)。在Telephonics自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)據(jù)處理服務(wù)器接收校園通信數(shù)據(jù)，讀取同步時(shí)鐘信號(hào)，在微信平臺(tái)終端建立IPDS 綜合信息顯示系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)6通道的校園通信數(shù)據(jù)RFID射頻識(shí)別和信息采樣。通信系統(tǒng)的微處理器采用低功耗的PC133 SDRAM處理器，在微信平臺(tái)的NOR FLASH中修改用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，在SDRAM中建立微信校園智能通信系統(tǒng)的緩存區(qū)域，通信輸出接口包括了LinearLayout，TableLayout， RelativeLayout[4]。在通信帶寬滿(mǎn)足輸出頻段需求時(shí)，構(gòu)建DSP處理器和PCI總線(xiàn)兩模塊，在外部I/O設(shè)備中進(jìn)行邏輯控制。當(dāng)用戶(hù)有瀏覽、 搜索行為時(shí)，讀取A/D采樣值進(jìn)行處理，在后臺(tái)管理程序中進(jìn)行程序控制和數(shù)據(jù)加載，根據(jù)采樣值幅度調(diào)整通信輸出，構(gòu)建硬件模塊，設(shè)置合理的采樣頻率，通過(guò)模擬信號(hào)預(yù)處理機(jī)放大接收到的校園通信信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園通信信號(hào)的有效性檢測(cè)和PCI通信。綜上，得到本文設(shè)計(jì)的基于微信開(kāi)發(fā)的校園智能通信系統(tǒng)功能模塊組成如圖2所示。

在通信系統(tǒng)的總線(xiàn)控制中，采用DSP控制D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)的穩(wěn)壓狀態(tài)下，校園智能通信系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)電平控制動(dòng)態(tài)增益控制碼進(jìn)行微信開(kāi)發(fā)中多路諧振抑制，采用控制信息服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理。通信服務(wù)器（CM）采用數(shù)據(jù)信息處理芯片進(jìn)行集成控制，對(duì)公共感知信息進(jìn)行分析，進(jìn)行校園信息的智能傳輸與信息共享。信息服務(wù)系統(tǒng)與公共控制系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理服務(wù)器獲知的外部信息并轉(zhuǎn)換成微信能傳輸通信信號(hào)[5]，對(duì)微信軟件的通信數(shù)據(jù)采用調(diào)制解調(diào)模塊實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)解調(diào)，為通信模塊和傳感器模塊提供數(shù)據(jù)支撐和存儲(chǔ)服務(wù)。

2 系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在微信平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)校園宿舍、圖書(shū)館、食堂以及學(xué)生信息管理系統(tǒng)的通信集成設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足校園智能通信和信息管理需求。對(duì)校園智能通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括了硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)兩大部分[6]，描述如下：

（1） A/D模塊設(shè)計(jì)。校園智能通信系統(tǒng)的A/D設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)校園通信信息采樣和模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能，采用MVB總線(xiàn)控制技術(shù)在微信平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳感采樣，對(duì)校園宿舍進(jìn)出、圖書(shū)館借閱、食堂消費(fèi)等通信信息進(jìn)行采樣，使用FPGA和ARM處理器數(shù)據(jù)云計(jì)算處理和信息融合。

（2） 上位機(jī)通信模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)手機(jī)與路由器終端的藍(lán)牙傳輸和信息通信功能，是整個(gè)校園智能通信系統(tǒng)的核心，上位機(jī)通信硬件平臺(tái)上采用一款高性能的ARM Cortex?M3為內(nèi)核，通過(guò) I/O 通信模塊在微信終端平臺(tái)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，上位機(jī)輸出采用32位RISC多通道傳輸協(xié)議，通信的應(yīng)用程序在采用 Qt/E 集成開(kāi)發(fā)工具設(shè)計(jì)，應(yīng)用跨平臺(tái)的C++應(yīng)用程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)擴(kuò)展[7]。在通信系統(tǒng)的終端產(chǎn)生幀同步脈沖，配置發(fā)送寄存器，串口發(fā)送時(shí)鐘后[8]，在設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行并行處理，實(shí)現(xiàn)校園智能通信的雙緩沖存儲(chǔ)。

（3） 功率放大模塊設(shè)計(jì)和智能傳感裝置設(shè)計(jì)。功率放大模塊是實(shí)現(xiàn)校園智能通信系統(tǒng)的輸出放大功能，采用壓控放大器進(jìn)行功率放大模塊設(shè)計(jì)，包括了在微信輸出平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳感器采集。采用動(dòng)態(tài)增益控制碼進(jìn)行收發(fā)轉(zhuǎn)換控制，輸出的校園通信數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線(xiàn)傳至PC實(shí)現(xiàn)功率放大和智能管理[9]，并將校園通信數(shù)據(jù)的處理結(jié)果發(fā)送到PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信。

3 軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用測(cè)試

在微信平臺(tái)上進(jìn)行校園通信系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)，采用跨平臺(tái)的C++應(yīng)用程序以及UI 開(kāi)發(fā)框架進(jìn)行通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建。在CCS 2.20開(kāi)發(fā)平臺(tái)下進(jìn)行微信公眾號(hào)設(shè)計(jì)和通信應(yīng)用處理程序設(shè)計(jì)，微信界面管理端采用VB，VC等可視化開(kāi)發(fā)平臺(tái)，首先對(duì)校園智能通信系統(tǒng)進(jìn)行信道模型設(shè)計(jì)，在匯編器中進(jìn)行在線(xiàn)編程（Emulator）和鏈接程序編譯。采用C5409A XDS510 Emulator仿真器進(jìn)行A/D采樣數(shù)據(jù)以及智能傳感裝置采集數(shù)據(jù)的加載和寫(xiě)入，用ASM語(yǔ)言進(jìn)行程序編譯控制，經(jīng)過(guò)在線(xiàn)編程和鏈接程序編譯生成.out文件。使用CAN功能對(duì)RAM緩存區(qū)的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，設(shè)定CAN傳輸?shù)奈粫r(shí)序，并進(jìn)入中斷子程序，實(shí)現(xiàn)校園通信數(shù)據(jù)的正確采樣。為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)進(jìn)行校園通信中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，利用DSP的[IOSTRB]端口寫(xiě)入外部I/O的讀寫(xiě)信號(hào)。通信的測(cè)試信號(hào)為L(zhǎng)FM波，采樣通道的脈寬為16 ms，帶寬強(qiáng)度為12 dB。通過(guò)微信平臺(tái)進(jìn)行通信信息傳輸，測(cè)試通信的準(zhǔn)確性，得到測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。分析表中結(jié)果得知，采用本文系統(tǒng)進(jìn)行校園智能通信的準(zhǔn)確傳輸性能較好，誤碼率較低，提高了數(shù)據(jù)的整合傳輸能力，信息集成度較高，人工智能性較強(qiáng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文進(jìn)行了校園智能通信系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于微信開(kāi)發(fā)技術(shù)，采用物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別構(gòu)造方案進(jìn)行校園網(wǎng)的通信設(shè)施建設(shè)。研究得出，該系統(tǒng)在校園智能通信的信息集成度較高、誤碼率較低、系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定。

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