工程硕士专业学位论文-基于rfid家校通智能考勤系统关键技术设计(编辑修改稿)

工程硕士专业学位论文-基于rfid家校通智能考勤系统关键技术设计(编辑修改稿)内容摘要：

研究课题 ，该课题主要研究家校通发展 ，同时将这两项课题列入 部门 十二五规划，表明了国家对家校互动平台的关注和迫切希望。 随着数十家 公司进入这一行业，加入到研发和生产的行列中来，在随后的几年，家校通如雨后春笋般应用到不少学校。 媒体和网络开始疯狂的报道，这进一步将家校通带入到普通人的耳边，使人们慢慢对家校通有了初步的认识。 家校通顾名思义，是连接家和学校的桥梁，固其首当其冲的功能就是通信功能，依托这个平台，家长可以随时了解孩子的动态，为学校和家长之间的沟通提供了一个管道。 同时学校依靠这个平台可以发布各类通知，比如说临时通告、教育信息、考试安排等等，实现了学校和家长的及时沟通，让家庭和学校有了更多的交集，也有利于学生的发展和身心健康。 说完 了沟通这个功能，也不能忘了智能考勤这个功能，由于传统考勤要么通过人工考勤，要么通过刷卡考勤，这两种方式存在一个很严重的问题就是耗时、管理工作量大，同时后期统计还会出现错误。 为了减轻学校管理的压力，研究新一代智能考勤系统很有必要，既能位置学校管理的高效运作，又能缩短学校与家长、老师与孩子之间的距离。 实现学校信息化的教学与管理，进一步将学校信息化的步伐推进了一大步。 在 目前的 家校通 应用 系统 里面 ， 系统处理分为三个步骤 ： 数据采集 ， 数据传输和短信触发。 后面两个步骤在现在已经是很完善、成熟了，所以区别不是很大，唯一产生 区别的地方在于信息采集部分，也就是说哪家厂商能够在数据采集上做到较好，那么该厂商就能在这个领域占据一席之地。 市场上主流的采集方式为以下三种 ： 一、近距离刷卡 模式 ，一般其工作频段为 125K 或者 ， 其中 125K 主要应用为电子标签（贴在物体上、货运箱上等等）， 一般是大家常用的校 3 园卡或者公交卡，以上这种方式的好处在于稳定和便宜，但是有时稳定和便宜便不能满足市场需求。 所以其劣势优势比较明显，识别距离很多，一般 10cm 左右。 如果将这种方式应用与家校通考勤系统，有个明显的特点就是学生考勤需要排队一 个一个的刷卡，这种方式较传统手写登记有所进步，但是其效率还是没有得到显著改善，依旧很低。 所以这种方式在面对人很多的学校环境时，就不能实现高效考勤这一目标。 二、远距离无源 模式 ，在这种模式下可以做到识别距离远 ， 可以做到 10 米左右， 同时系统主要在 433M、 868M、 915M 这些频段工作 ， 距离远、读卡数多等特点较之上一种方式具有很大的进步。 但是其缺点又是很致命 ： (1)成本高，导致不能推广，市场很难接收它。 (2)对障碍物比较敏感，导致其传输效果在恶劣环境时较差。 三、远距离有源模式 ， 系统的工作频段处在 ， 读写器可以在 80 米左右识别标签信息 ， 通过采用不同的天线方位，定向天线或全向天线做到依据环境而定，可以有效的解决障碍物遮挡问题。 同时通过采用先进的防碰撞算法，可以增加同时读取标签数量，做到最多六百张。 由于其距离远、读卡多等巨大优势，外加制造成本不高，成为家校通系统的优选方案。 目前市场上广泛使用的家校通产品存在以下几个问题：学生佩戴的大都为 的学生卡，学生进出学校需要排队刷卡；学生考勤数据不能及时上传到各班老师手中，造成数据割裂；在学生刷卡签到时，家长不会接收到任何关于孩子何时到达学校的短 信通知。 所以家校通的发展趋势是不需要学生排队签到，只要学生进校门就能够被识别，因此研究远距离识别很具有现实意义；同时只要学生信息被识别，老师就能够通过网络客户端查看今日出勤情况，将数据衔接起来；家长会收到关于孩子何时到校短信通知，使家长对孩子放心 [610]。 论文的意义 教育 是一个长期和庞大的城墙 ， 传统方式的教育以学校为主体，家长教孩子送入学校，完全依耐老师来教导孩子，几乎不存在家长和学校间的有效沟通。 随着社会发展进步，现代的教育体质更加注重学生和老师、老师和家长、家长和孩子之间的全方位互动，已 经不仅仅局限于传统的德智体美劳教育 ， 现代教育已经开始融入到社会，融入到家庭。 大家都知道，家庭环境对孩子的成长是至关重要的 ， 家长是孩子的启蒙老师。 建立一条渠道，这条渠道将 学校、老师、家长、孩子 连接起来 ， 组成一个 教育沟通网络 ， 对教育的发展是有着很深刻的意义。 是进 4 一步落实信息化教育建设的具体实施，是保证学校、家长、孩子有效沟通和信息畅通的基石。 随着社会经济的发展，越来越多的家长都希望能够有一个平台，可以让家长和老师准确把握孩子的动态，维持老师与学校间的有效沟通；同时学校也希望建立一个 信息化智能化平台来满足需求 ，既 能满足学校日常管理 要求 ，也能够满足学生家长的 要求。 所以研究家校通平台具有很重大的现实意义。 通过研究 基于 RFID 家校通智能考勤系统 可以满足学校和家长双方的需求，首先，有效的对学校学生进行考勤，已经不需要人工操作登记等等，全自动化操作，降低了错误，也减轻了学校管理人员的工作量，现在自需要在后台打开软件，就能一目了然的观看出 入 信息。 其次，学生家长能够及时获取子女出入校状况，出现问题能够及时和学校沟通，降低了由于没有有效沟通造成失误的概率，做到了让家长放心，让学校安心的这一理念。 我们可以将“家校通”比喻成联系学校和家长的桥梁，通过这座桥梁，双方可以保持有效的沟通，这也是现代信息化社会最本质的一条 — 有效沟通，因为现代一切信息化手段都是为了一个目的，让沟通更加简单。 所以我们的“家校通”平台具有很重要的研究意义。 鉴于市场上采用 近距离刷卡方式 或 远距离无源方式 的家校通应用技术具有先天性的劣势，而 远距离有源方式 能够弥补这种先天不足，同时能够表现得更好，所以研究 基于 远距离 RFID 家校通智能考勤系统 具有重要的现实意义。 本文的主要工作 我们这套系统是将 RFID 技术、计算机技术和无线通信技术 这三项技术融合在一起的 家校通 智能考勤 系统。 佩戴电子学生证的学生出入校园，勿需刷卡或登记，学校就能够对学生出勤状态进行统计 ， 最后以亲情 短信的方式发送 学生到校和离校信息 给家长， 让 学校 老师 和 学生 家长 都能够 对学生的去向一目了然。 同时我们对学生标签做了改进创新，我们将 低频模块 也融入到了电子标签中，采用双频标签作为学生证。 我们设计的双频 标签可以实现多个功能，在校园里面可以充当一卡通。 实现了学校、家庭和老师之间 快捷 、实时 有效地 沟通。 具体实现的功能可以总结为以下三点： (1) 在学校层面 ： 在学校里应用本系统，可以让学校考勤信息更加智能化，主要体现在 高效考勤，同时可以通过后台直观的了解各班出勤状态。 学校可以将学生信息集成到电子标签中，做到取代学生证的功能。 (2) 在家长层面 ： 家长可以更加便捷的了解到子女的进出校状态，对于子女在规定时间内未进出学校的，家长可以及时和学校联系。 (3) 在学生层面 ： 由于我们的电子标签融合了亲情电话的功能，所以可以让 5 学生更加方便的和家长进行沟通。 电子标签集合电子学生证的功能，可以更加智能化的管理学生信息。 而且还集合了校园卡的功能，可以直接通过一张卡进行校园消费，将校园中的几大类活动统一于一张卡和一个平台，有利于教育信息 化进程。 在本文论述过程中 ， 先从项目的背景入手，分析了项目的现状和发展趋势。 对市面上存在的几类产品进行了分析，从应用范围 和技术特点作了详细分析。 然后对系统需求作了阐述，构架了基本系统结构，为设计实际系统提供了思路。 在接下来的章节中，详细介绍了 RFID 技术，系统组件，系统构架等等。 接下来结合实际测试评估了系统的性能。 最后对 文章总体 进行了总结， 指出了在文章写作过程中的漏洞和缺点 ， 对未来工作和努力方向做了展望。 第二章 RFID 技术 RFID 简介 RFID 中文称 为射频识别技术， 英文 Radio Frequency Identification， 它的中文名字 ， 兴起于上世纪九十年代 ， 射频识别技术 (RFID)作为 一种自动识别技术而开始兴起 ，射频识别技术 达到了无接触传递数据信息的目的，主要是通过 交变磁场或电磁场 的 空间耦合 来 实现。 RFID 技术是一个很热门的话题，同时也是近几年高校和研究机构重点研究的方向。 根据行业发展趋势和未来市场估计 ， RFID 技术 将会在未来市场上占据一席之地 ， 随着国内外物联网概念的提出和国务院关于未来中国可以发展的定位，智 能 城市一词来到了我们生活中， RFID 技术将会给智 能 城市带了基础 经络。 未来的电脑 、 电视、 商业管理软件、顾问服务 、 物流服务 ， 以及周边产品对 RFID技术的支持，市场会出现井喷趋势，所以 RFID 毫无疑问 会开拓出未来 一个巨大市场。 现在许许多多的著名公司也开始进入到 RFID 的开发中来，其中包括硬件厂商，如 Intel；更多是软件厂商，如 Oracle、 Microsoft、 SUN、 SAP。 特别是在物流商品配送行业， RFID 技术得到了巨大的推动。 沃尔玛 2020 年申明，“ 2020年 1 月 前，沃尔玛 要求前 100 家 供货商使用 RFID 技术 进行物流运输 ”。 将 RFID技术推向前台 ，推动了技术的发展 [1112]。 6 RFID 的工作原理及系统组成 电磁场基本理论 电磁场理论 是无线通信的基础 ，因此要了解 RFID 技术，首先应该了解电磁场基本理论。 读 头 与标签之间 也是 通过 无线通信的方式实现沟通。 所以 要 深刻理解 RFID 技术，解决 实际应用中 阻碍 RFID 技术 发展 的 系列问题 ， 我们 就必须 剖析 电磁场的本质。 1884 年 ， 麦克斯韦 将 电磁场的基本定律总结 为 麦克斯韦方程组 ， 就是 四个微分方程 ， 并 预言 电磁波存在 于 人类生活的空间 之中。 “ 交变电场产生磁场 ” ，直到 1887 年赫兹 通过线圈 实验验证了电磁波的 确实存在。 这 是通过 电磁学的 基本理论传达给 我们 的知识。 麦克斯韦方程频域表达形式如下 ，方程组是 对电磁场的这种性能进行了描述 ： E=jwB (21) H=JjwD (22) D= (23) B=0 (24) 其中：以 α/αt=jwt 在方程（ 21） —— （ 24） 中： E 为电场强度 (V/m) H 为磁场强度 (A/m) B 为磁感应强度 (T) D 为电感应强度 (C/m2) J 为电流密度 (A/m3)  为电荷密度 (C/m3) 空中信道 是读头 和标签是 信息传输的信道 ， 由 两组 收发 天线 构成 ， 空中信道的 表现 性能 是由 天线周围的电磁场 的分布 特征 决定 的。 我们 根 据各种指标 (距离等 )将周围 磁 场 划分 为 三 个 区间。 (1)第一 近场区 我们将最近的一个区域称为近场区 ，是 离 天线最近的 一个 区 ， 这个区域的 特点为： 在天线 /2距离以内， 在此区域内体现为 电抗性占 强势 ， 所以我们又将其叫做 电抗近场区。 这个场区是一个 能量存储场区 ， 相互 变化的 电场和磁场 可以 7 看作与 变压器 变化 类似。 如果有围绕此区域的金属物体，作为天线的一部分。 (2)辐射近场区 辐射场区 就是在第一近场区之外的区域 ， 电磁场通过以 电磁波 的 形式进入空间 ，同时它 在 这个场区已经不会受到天线的 束缚。 根据天线的尺寸 、 辐射面积 可以将场区 细分远和近区。 支配近区的辐射， 收到下列因素制约 ，辐射场 与天线孔径的距离和天线方向角 ， 区域称为“菲涅耳带”。 (3)辐射 远离区 此场区离天线较远，故基本不受各种因素的影响。 工作原理 RFID 的 运行 机理 是：标签 处在 磁场 环境中，读头会发出信号激活脉冲，标签接收到之后， 会激活标签板上的芯片，标签就会周期性的向外广播芯片中存储的信息，这种类型的标签叫做无源标签；还有一种标签就是标签不需要激活，会直接向外广播消息，当阅读器收到消息后，就会解析和上传，这类标签叫做有源标 签。 有源标签有一个优点就是传输距离远，抗干扰能力强。 RFID 技术 最初的研发机构为 AutoID 研究 机构 ，它的 类别分 为卡 （标签）和标签（ Tag）设备。 RFID 设备 由 芯片和天线 组成 ， 有 3 种类型： 有源 ，半无源的和被动的。 考虑到 设备成本和配置， 目前市场上用得最多的还是被动式的标签卡。 无源标签 必须处在激活磁场中才能和 设备 进行通信。 这种标签适用于短距离信息识别，如 公交卡、校园卡、门禁卡等等。 RFID 芯片 是设计为可读可写，应用于不同场合。 被动 Tag 装载 E2PROM 芯片（擦可编程只读存储器（ ROM），可以通过相应的 电子 写 入 设备写入数据。 AutoID 研究机构 的电子产品代码（ EPC）规范 即可以辨识 ID，又可以读取特定目前中存储的信息。 EPC 系统使用了 一套较便利的操作流程系统，可以让用户清晰的使用和管理。