人員定位與門禁管理系統(tǒng)設(shè)計

劉文舉，馮錫煒，徐偉炫，陳 槊，魏 銘，馬國皓

（1.遼寧石油化工大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，遼寧撫順 113001；2.遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，遼寧撫順 113001；3.遼寧石油化工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，遼寧撫順 113001；4.遼寧石油化工大學(xué)機械工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

2020 年春，新冠肺炎席卷全球，在疫情期間高校應(yīng)更加高效地管理學(xué)生[1]，保證學(xué)生安全，防止疫情傳播，因此該系統(tǒng)設(shè)計的主要目的便是保證同學(xué)們的安全。手機以及微信是大學(xué)生日常生活學(xué)習(xí)必不可少的工具，該系統(tǒng)中學(xué)生端打開微信小程序[2-3]，開啟手機定位[4]，小程序?qū)W(xué)生的位置信息進(jìn)行實時采集，將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)庫[5]供管理平臺進(jìn)行調(diào)用查詢，管理員可實時查詢學(xué)生位置；通過對百度地圖進(jìn)行二次開發(fā)[6]，用戶端微信小程序能夠方便用戶查看校園地圖，顯示行程軌跡，查詢天氣信息，以及在用戶接近設(shè)定范圍邊界及或有門禁的樓宇時會對用戶進(jìn)行提示。門禁[7]部分采用較為流行的嵌入式開發(fā)，選用ESP8266 開發(fā)板[8]，通過Arduino[9]開發(fā)對其嵌入代碼，實現(xiàn)開閘、關(guān)閘、測溫等功能，同時將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。

如此便可對人員位置進(jìn)行實時監(jiān)控，對校園內(nèi)人員以及安全進(jìn)行全方位管理。

1 整體系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)的主要設(shè)計目的是幫助高校更好地管理學(xué)生，能夠調(diào)取學(xué)生在校期間的行程數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠了解學(xué)生的行程信息，進(jìn)而保護學(xué)生安全。同時在疫情期間，大多數(shù)高校實行封閉式管理，該系統(tǒng)能有效緩解高校的管理壓力。

系統(tǒng)主要分為三大部分，分別是微信小程序、管理平臺、門禁系統(tǒng)，結(jié)合前后端開發(fā)對系統(tǒng)的各個部分進(jìn)行設(shè)計，管理員可通過管理平臺實現(xiàn)門禁查詢、路線查詢、歷史記錄查看、日周月報查看等功能，用戶端則具有查看天氣、樓宇門禁提示、圍欄警示等功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖

1.1 管理平臺

管理平臺采用IDEA 開發(fā)工具對頁面進(jìn)行設(shè)計，管理員登錄管理平臺即可實現(xiàn)對校園管理系統(tǒng)的管理，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對超出學(xué)校圍欄的進(jìn)行通報，以及查詢?nèi)藛T的行蹤軌跡數(shù)據(jù)，查看周報、月報與日報。

1.2 微信小程序

微信小程序用于移動端檢驗查詢系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[10]，主要涵蓋登錄頁面、地圖頁面、個人中心頁面，其中地圖主頁面有“天氣查詢”“開始記錄軌跡”“軌跡記錄”三個按鈕，以及校園電子地圖界面。小程序能夠?qū)τ脩舻奈恢眠M(jìn)行采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，同時能顯示用戶的行程軌跡，超出范圍時進(jìn)行警示。

1.3 門禁部分

門禁部分由ESP8266WiFi 開發(fā)模塊、DS1820 溫度傳感器和舵機組成，通過Arduino 開發(fā)工具給ESP8266 開發(fā)板嵌入代碼，以實現(xiàn)對進(jìn)入人員進(jìn)行測溫，以及控制舵機旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)門禁開閉。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 微信小程序設(shè)計

注冊微信小程序后，準(zhǔn)備百度地圖微信小程序JavaScript API 相關(guān)配置獲取開發(fā)者密鑰（AK），小程序JSAPI 對百度地圖Web 服務(wù)API 中的部分接口按照微信小程序的規(guī)范進(jìn)行前端JS 封裝，方便微信小程序開發(fā)者進(jìn)行調(diào)用。

2.2 后端開發(fā)

2.2.1 IDEA

IDEA 能夠為創(chuàng)建可擴展的集成開發(fā)環(huán)境提供一個穩(wěn)固可靠的開放平臺，在該系統(tǒng)中，IDEA 用于Web 的前后端開發(fā)，同時作為百度地圖開發(fā)的平臺，并將其嵌入微信小程序中。

2.2.2 MySQL設(shè)計

MySQL 是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫[11]管理系統(tǒng)，是包括有關(guān)聯(lián)的邏輯組織和存取數(shù)據(jù)的一套程序，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要包括以下實體：

1）門禁：地點、時間、ID；

2）溫度：ID（自動增長）、時間、體溫、地點；

3）開關(guān)：ID（自動增長）、按鈕；

4）用戶：ID（自動增長）、學(xué)號、用戶名；

5）天氣：時間、文本、風(fēng)向、風(fēng)力級別；

6）管理員：ID、用戶名；

7）地點：經(jīng)度、緯度、地點名、半徑、ID；

8）行跡：經(jīng)度、緯度、時間。

2.3 前端開發(fā)

前端主要使用了和微信小程序類似的開發(fā)技術(shù)，使用HTML 對頁面進(jìn)行編寫；CSS 可以對整個頁面進(jìn)行編輯，其與div 的結(jié)合使得頁面更加美觀；標(biāo)簽里嵌入JS 函數(shù)，可以讓標(biāo)簽更活躍，當(dāng)標(biāo)簽被點擊或者需要數(shù)據(jù)時可以通過JS 函數(shù)來獲取。

2.4 DS18B20與ESP8266

數(shù)字溫度傳感器DS18B20 是溫度采集系統(tǒng)中常用的一個新型數(shù)字溫度傳感器，其具有體積小、精度高、適用電壓寬及采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點[12]，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。

ESP8266 是專為移動設(shè)備和電子產(chǎn)品等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計的，通過Arduino 開發(fā)平臺給ESP8266開發(fā)板嵌入門禁程序，令其控制舵機，實現(xiàn)門禁的開閉。

門禁控制電路如圖2 所示，DS18B20 端的溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，由ESP8266 開發(fā)板處理后根據(jù)溫度判斷是否低于合格溫度37.3 ℃，如果小于37.3 ℃，則門禁屏幕顯示“體溫正常開”，同時ESP8266 開發(fā)板控制舵機P-Motor 轉(zhuǎn)動，門禁打開；反之如果大于合格溫度，屏幕顯示異常，門禁關(guān)閉。

圖2 門禁控制電路原理圖

2.5 MQTT技術(shù)

MQTT 協(xié)議[13]是為工作在低帶寬、不可靠網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程傳感器和控制設(shè)備通信而設(shè)計的協(xié)議，通過MQTT 消息代理者通信來間接實現(xiàn)交互消息。

MQTT 傳輸?shù)男畔⒅饕怯芍黝}（Topic）和負(fù)載（Playload）兩部分組成[14]，可以把所有聯(lián)網(wǎng)物品和外部連接起來，通過單片機的聯(lián)網(wǎng)功能實現(xiàn)校園監(jiān)控和門禁測溫相結(jié)合，學(xué)生每次進(jìn)入建筑物時進(jìn)行測溫，通過MQTT 傳遞信息，以判斷是否體溫正常，MQTT 連接ESP8266 示意圖如圖3 所示。

圖3 MQTT連接ESP8266示意圖

MQTT 工作流程圖如圖4 所示。

圖4 MQTT工作流程

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)可行性分析

第一，對技術(shù)可行性進(jìn)行分析，通過較為成熟的MySQL 數(shù)據(jù)庫以及Java 編程語言和C 語言的相關(guān)結(jié)合應(yīng)用，使用IDEA 和微信開發(fā)工具，在Tomcat 服務(wù)器[15]上進(jìn)行部署，前端在微信小程序上運行，后端在瀏覽器上運行，因此技術(shù)方面可行。

第二，對操作可行性進(jìn)行分析，學(xué)生只要打開微信小程序，便可實現(xiàn)定位功能，管理員只需登錄平臺便可實現(xiàn)對校內(nèi)人員的行程信息進(jìn)行管理。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)工具

開發(fā)工具有jdk-12.02、MySQL、navicat.exe、Arduino.exe、IntelliJ IDEA、Postman.exe、微信開發(fā)者工具及Mqttx.exe。

3.3 管理平臺界面與功能實現(xiàn)

1）登錄界面

為了平臺的安全性，管理員查看用戶數(shù)據(jù)時，需要先輸入自己的用戶名和密碼，以防止信息泄露。

2）平臺主界面

平臺主界面用來展示管理員主頁面，顯示管理員有哪些功能和管理范圍，其中管理員的權(quán)限有天氣查詢，體溫檢測，門禁查詢，人員行程歷史記錄，日報、周報、月報查看，以及人員體溫查詢等。管理平臺主界面如圖5 所示。

圖5 管理平臺主界面

3）體溫查詢

管理員可以在平臺查詢?nèi)藛T體溫信息。

4）天氣查詢

管理員可以在平臺查詢天氣信息。

5）門禁查詢

管理員通過管理平臺能夠查看學(xué)生經(jīng)過哪些門禁，間接的說明學(xué)生進(jìn)入過哪些建筑物，查詢樣例結(jié)果如圖6 所示。

圖6 門禁查詢樣例結(jié)果圖

6）路線查詢

管理員可查詢?nèi)藛T在地圖上的行蹤軌跡。

7）歷史查詢

用來查看用戶的身份信息和去過的路線，查詢樣例如圖7 所示。

3.4 微信小程序?qū)崿F(xiàn)

基于百度地圖的二次開發(fā)[16]，注冊百度地圖密鑰，連接百度地圖API，利用IDEA 開發(fā)平臺調(diào)出校園電子地圖，百度地圖能夠較為詳細(xì)地顯示校內(nèi)地圖，并將其嵌入微信小程序中。

當(dāng)用戶接近或超出設(shè)定范圍時，微信小程序會發(fā)出警告，當(dāng)用戶接近或進(jìn)入帶有門禁的樓宇時，小程序也會發(fā)出提示，提示用戶該建筑物有門禁測溫，其實現(xiàn)的提示及報警功能如圖8 所示。

圖8 小程序功能實現(xiàn)圖

3.5 門禁系統(tǒng)實現(xiàn)

門禁系統(tǒng)模型采用ESP8266 串口以WIFI 模塊為主體，該模塊能夠?qū)崟r聯(lián)網(wǎng)、上傳數(shù)據(jù)，當(dāng)測溫合格時則門禁打開，待其通過后，門禁關(guān)閉。

當(dāng)溫度合格時門禁打開，舵機控制閘刀打開，如圖9 所示。

圖9 門禁打開圖

等待通過后門禁關(guān)閉，舵機旋轉(zhuǎn)，閘刀下拉，門禁閉合，如圖10 所示。

圖10 門禁關(guān)閉圖

4 結(jié)束語

該文設(shè)計的校園定位管理系統(tǒng)主要基于微信小程序，通過該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確定位校內(nèi)人員，并在人員進(jìn)入門禁及時進(jìn)行提醒、超出范圍時進(jìn)行報警，同時管理員能夠?qū)π?nèi)人員行蹤進(jìn)行管理，全方位管理校園，保證了學(xué)生安全。