基于RFID的校园安全管理平台的设计与实现毕业作品.docx
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基于RFID的校园安全管理平台的设计与实现毕业作品
基于RFID的校园安全管理平台的设计与实现
摘要
连年频发的校园暴力事件让学生的在校安全问题变成社会治安的重点，也被学校视为重点关注的工作。
基于RFID的校园安全管理平台的设计与实现展现了在现代化时代，学校对学生考勤管理方式的自动化、智能化、信息化的发展趋势。
本平台不仅可以提高管理人员的管理程度、管理效率，而且可以使学校和家长实时掌握学生出入学校信息，及时对特殊情况作出反应，使建设平安校园更加便捷。
此外，该平台属于跨平台设计、可为多校提供校园安全管理平台的功能。
系统能够自动识别持有RFID电子标签卡的学生的身份，并以微信模板消息的形式实时推送学生出入校园的详细信息给家长。
另外，学校可以对学生到校情况、学生和教师的相关信息进行查询等操作。
系统设计时以灵活性和可扩展性为目标，进行模块划分，实现本平台在变更时具有较好的适应能力。
本文从研究背景、技术工具开始讲述，在需求分析中，详细的分析了本系统的功能及目标，同时介绍了数据库和系统总体设计及实现。
在详细设计中，分析说明了系统各界面的功能实现，最后对平台进行了测试、总结和展望。
关键词：
RFID技术；校园安全管理；.NET
ABSTRACT
Inrecentyears,frequentviolenceincidentshappenedatschools,whichmadetheissuesofstudentsafetybecomethefocusofsocialsecurity,butalsobecomeanimportantpartoftheeducationandmanagementofprimaryandsecondaryschools.
ThedesignandimplementationofcampussecuritymanagementplatformbasedonRFIDshowsthedevelopmenttrendoftheautomation,intelligenceandinformationoftheschoolattendancemanagementmodeinthemoderntimes.Theplatformcannotonlyimprovethemanagementofpersonnelandmanagementefficiency,butalsocanmaketheschoolandparentsreal-timegraspthestudents’accessontheschool,makeapromptandresponsetospecialcircumstances,theconstructionofsafecampusmoreconvenient.Inaddition,theplatformisacrossplatformdesignwhichcanprovidecampussecuritymanagementserviceforanumberofschool.
Thissystemcanautomaticidentifythestudents’informationwhichontheRFIDcard,andsendingthestudents’accessdetailedinformationintheformofthemicrochannelmessagetemplatetoparentsreal-time.Inaddition,theschoolcanquerytheinformationofthestudentstotheschool,students’informationandteachers’information.Thesystemisdesignedwithflexibilityandextensibility,themodulesaredivided,andtheplatformhasbetteradaptabilitytochange.
Thispaperbeginwiththebackgroundandtechnicaltools.Analysisofthesystemfunctionsandobjectivesindetail,atthesametime,itintroducedtheoveralldesignandimplementationofthedatabaseandsysteminthedemandanalysis.Inthepartofdetaileddesign,thispaperanalysisthefunctionoftheinterfaceofthesystemtoachieve.Finally,talkingaboutthetestdesignoftheplatform,havingasummaryandaoutlook.
KeyWords:
RFIDtechnology;campussafetymanagement;.NET
第1章绪论
1.1研究背景
在社会治安工作中，校园安全占据着很大的比重，校园是否安全与师生、家长和社会有着密切的关系。
近年来，随着国家实力增强，国家对教育的关注度和投入的越来越重视，我国基础教育事业欣欣向荣，招生规模的不断扩大。
但随之也产生了一些问题，学校的安全管理工作负担越来越重，加上近年来频繁发生的校园安全事件，家长对了解孩子的在校安全越来越有需要。
但以人工点名或者刷卡为主要方式的传统考勤方法复杂而没有效率，所以，提高学生考勤管理的水平和效率，建立智能化的校园安全管理平台成为学校管理现代化关注的重点[1]。
因此，研究如何实现智能化、安全化、跨平台、高效率的校园安全管理平台有着重要意义。
RFID技术近50年的发展历史使它已经发展得较成熟，加上物联网行业的飞速发展，因此RFID技术也在不断革新层面的水平。
各式各样的RFID设备在物联网中获得充分运用，对移动物体能快速识别、多目标识别、非接触识别、使用寿命长、安全性、实时传递消息、电子标签卡可循环使用等特点。
因此，在校园安全管理工作上运用RFID技术，不但能够提高校园安全管理中作的效率，而且也契合当今国家倡导的环保理念。
1.2国内外研究现状
近年来，RFID产品种类越来越多，生产规模也不断扩大，因此RFID技术也广泛的运用到工作、生活中。
RFID技术在校园安全管理中的应用要追溯到1996年美国UF开始使用的的校园智能卡系统。
学生的助学金、助学贷款和各种消费都是通过校园卡进行，这使校园管理的效率有了质的提高，从这个案例以后，掀起了校园卡研究热，很多学校进行效仿。
随着时代前进的步伐不断加快，信息化时代逐步到来，校园卡将蓬勃发展[2]。
在我国，RFID相关的技术产业虽然比较落后，可是发展前景和速度却有很大的提升空间。
2004年我国开始提倡推广RFID技术，之后RFID在国内得到发展。
与国外相比，我国虽然也有校园卡的使用，但应用水平则远远落后。
1.3研究目的和意义
基于RFID的校园安全管理平台主要针对当今校园在校园安全管理工作上效率、智能化不够高的问题以及家长对于在校孩子的情况了解的需求所提出的一种服务平台，主要运用RFID技术和互联网技术，在不影响RFID系统的情况下，通过系统集成的方式将RFID技术应用在校园安全管理上，软硬件相联合而设计一个校园安全管理平台。
通过RFID技术的应用，通过灵敏的阅读器来采集学生的RFID标签信息，然后通过物联网微型服务器将数据上传到后台服务器，服务器一方面实时同步RFID数据到该平台数据库，学校通过学校管理平台的统计功能得到学生的出勤情况，根据数据统计的情况增强对学生的管理，并设定相应的校规校纪；另一方面触发微信公众号，将学生进出校园时间等信息以微信模板消息方式推送给家长，让家长实时得到孩子进出校园的情况。
基于RFID的校园安全管理平台不仅可以提高学校的管理水平效率，而且可以使学校和家长实时掌握学生出入学校信息，及时对特殊情况作出反应，使建设平安校园更加便捷。
1.4论文的研究内容和结构安排
本文重点研究的是基于RFID的校园安全管理平台的设计目标、需求和实现，描述了系统的需求、功能与系统设计，对系统的设计和实现进行了详细描述，最后做出了总结和工作展望。
总共分为七章，总体结构为：
第一章：
简要说明本文的研究背景、内容、结构安排、目的、意义和国内外现状。
第二章：
介绍主要技术工具：
.Net技术、RFID技术、SQLServer2008数据库。
第三章：
进行了系统的需求分析，对系统的目标和适用领域进行简要说明，详细说明了用户的要求、功能和非功能需求描述等。
第四章：
对系统设计的说明，包含架构、模块、数据库和系统安全设计等。
第五章：
简明扼要的介绍系统的实现，开发环境、整体架构、系统功能界面、主要代码等。
第六章：
对该平台的测试设计，包括数据、登录和功能界面测试。
第七章：
对该系统建设进行总结与展望。
第2章系统主要技术及工具
2.1.Net平台
.NetFramework作为.Net平台的基础构造，供应了功能完善的开发环境，这种环境能与所有语言进行集成。
.netFramework使高灵活性的开发特点使开发设计变得容易。
ASP.Net是建立、部署及执行网页应用程序的同一的网页开发模型，本平台在ASP.Net的支持下完成设计和实现。
ASE.Net的网页运用己完成编译后并由事件所驱动的编程模型，该种模型可以大大提高运行性能并完全支持将应用程序的逻辑和用户的界面彼此隔离。
网页上的应用程序和XML网页上的服务共用了.Net中公共语言运行库的语言互操作、继承、类型安全、集成安全性和版本控制等功能[3]。
ASP.Net的性能特点：
（1）页面仅一次编译即可，这大大提升了频繁访问的速度。
（2）通过ADO.Net提供的元件即可与数据库关联。
（3）ASP.NET支持应用程序的实时更新。
在网络服务器，程序的使用的情况下及时更新。
（4）ASP.NET的编写方式使开发人员可以分离开Web页面的设计工作和后端的编码工作，大大减轻了开发人员的工作负担。
（5）更简单、更灵活的配置
基于XML配置的灵活的模型，使应用程序很容易的用在页面和组件中。
使得部署更简单。
基于ASP.Net的网页中，通过“Code.Behind”代码分离出接口，从而达到用户交互，使增加代码的可读性。
2.2射频识别技术
及优势
RFID（射频识别）技术是一种通信技术，它不用辨认系统和指标间的接触，而以辨认无线讯号的方法认定目标，同时对数据进行读取和写入。
RFID阅读器、电子标签和数据处理软件构成整个RFID系统。
选择RFID技术应用在本平台上，是因为RFID技术拥有以下优势：
（1）扫描识别方面：
电子标签（RFID）能够进行穿透和无屏障阅读，解决了本课题针对的传统考勤方式效率低的问题，使数据读取更加准确，识别的距离更灵活[4]。
（2）数据的记忆体容量：
RFID技术的大容量可有效解决校园中数据量大的问题；
（3）可重复使用：
RFID标签具有抗污染能力和耐久性，通过对RFID标签卡中储存的数据进行增删改操作循环使用，不但方便信息更新，也可以针对学生毕业等情况进行收回重置循环使用，契合中国当今倡导的环保理念；
（4）安全性：
电子标签卡中存储的是学生的相关信息，需要保证好学生的信息不被泄露，RFID存储的数据内容通过密码保护，使其内容不易被伪造及变造，更好的保证了学生信息的安全。
在本平台的应用
RFID技术对于现代社会来说已经不是一项新技术，实际上RFID系统本身已经很成熟，但是应用在校园管理中需要花费人工去查看，因而效率还是不够高。
而系统集成是指将两种类型及以上的应用系统通过二次开发的方式将他们集成在一起，可以进行信息资源共享和交互调用。
因而将RFID技术通过系统集成的方式，在不影响RFID本身系统的基础上，实现数据的共享，实时同步到平台的后台数据库，使家长可以实时得到消息，而不用学校的人工去统计后才了解考勤的情况，大大的提高了效率。
2.3SQLSERVER2008
SQLServer2008是关系型数据库管理系统，因此选择其作为本平台的数据库软件。
便捷、伸缩性好、集成水平高等优点使SQLServer2008可以服务于大型多处理器的服务器等多种平台。
特殊的引擎为多种数据给予安全可靠的存储、高可用和高性能的数据管理程序。
第3章系统需求分析
3.1系统的目标和范围
本系统旨在向用户提供一个平台用于实时查询学生出入校园记录、教师学生管理、学校发布的校园安全教育公告管理等操作，实现多种用户账号以及用户账号登录管理流程。
利用系统集成的方式一方面实时同步RFID数据到该平台数据库，学校通过学校管理平台的统计功能获取学生的出勤情况，参照统计情况对学生的管理工作和校规校纪进行调整；另一方面触发微信公众号，将学生进出校园时间等信息以微信模板消息方式推送给家长，让家长实时获得孩子进出校园的信息，从而达到建设平安校园、提高校园安全管理工作效率的目的。
该系统适用于各类中小学，可为多个学校提供安全管理的公共平台。
3.2用户需求分析
通过与用户沟通，了解了用户对系统的需求，本系统是专门为学校架构的一个基于RFID的校园安全管理平台。
本平台上涵盖了多个功能，主要有：
中心数据管理、学校基础数据管理、平台数据管理、前端门禁控制，系统集成。
图3.1总体功能结构图
系统的基本业务流程图如下：
图3.2基本业务流程图
因为本平台涉及的模块较多，因此选取学生出入校园管理模块进行流程分析。
图3.3出入管理流程图
（1）中心数据管理：
包括学生出入校园记录的查询，统计和展示。
学生出入校园记录查询即用户可以对系统提供的搜索条件任意组合，对学生的出入校园记录进行查询；数据统计即系统对学生的进出校园情况做统计；数据展示即系统将数据统计以折线图等形式向用户直观的展示不同分类方式下的学生出勤情况。
（2）学校基础数据管理：
学校宣传通知、教师、学生、用户信息的管理。
学校宣传通知管理即对各个学校的宣传安全教育所发布的通知的管理；系统可对教师、学生的信息管理，包括教师、学生的删、改、导入、导出、权限设置等操作；用户信息管理即对用户名、密码、用户绑定认证和角色分配的管理。
（3）平台数据管理：
学校管理、校方账户管理。
系统对使用该平台的学校进行管理；校方账户管理即系统对各个校园提供一个校园的管理员的账户，系统将对各个校园的管理员账户进行管理，包括校园管理员的权限等。
（4）前端门禁控制：
RFID信息的获取、RFID数据同步、屏蔽无效数据。
根据各个学校的不同情况，通过设置应用程序接口（API）来设置RFID信息的获取；当阅读器读取到学生持有的RFID电子标签卡，传输到物联网微型服务器，物联网微型服务器将数据上传到后台服务器，最后将数据传入数据库且同步到平台的数据库中；在校门内外设置两个RFID阅读器，进行远距离读取，如果持有RFID电子标签卡的学生在两分钟内通过两个RFID阅读器，则根绝先读取到的阅读器的先后顺序确定为学生走出校园或者进入校园；否则不记录。
（5）系统集成：
在不影响RFID系统的情况下，通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术，将各个分离的设备、功能和信息等集成到相互关联、统一协调的系统之中[5]，将RFID读取到的信息同步到本平台的数据库中。
（1）学校管理员：
图3.4学校管理员用例图
学校的管理员对中心数据和本校基础数据实行管理。
中心数据包括学生出入校园记录的查询，统计和数据展示功能。
学校基础数据包含学校、教师发布的关于安全教育及相关的学科通知、教师信息、学生信息、用户的管理。
其中教师还有科目的区别，因此还有科目管理，教师和学生有班级的属性，所有还要进行班级管理。
用户管理即用户手机绑定，用户名、密码管理和角色分配。
角色主要包括教师、家长、校管。
（2）系统管理员：
图3.5系统管理员用例图
系统管理员主要对使用该平台进行校园安全管理的学校和学校账户进行管理。
因用例较多且有些操作相同，所以以下只列举部分用例做描述。
表3.1出入记录管理用例
用例名称
出入记录查询
执行者
学校管理员
前置条件
学生持电子标签卡出入校园
后置条件
数据库中已经同步了学生进出校园的数据
基本路径
（1）RFID阅读器获取到学生电子标签卡的信息，并同步到本平台的数据库中。
（2）系统在既定时间内，以微信模板消息将学生出入校园的信息推送给教师和家长。
扩展
学校管理员通过任意组合查询条件，查询学生出入校园记录
表3.2数据统计展示用例
用例名称
数据统计展示查询
执行者
学校管理员
前置条件
学生持电子标签卡出入校园
后置条件
数据库中已经同步了学生进出校园的数据
基本路径
RFID阅读器获取到学生电子标签卡的信息，并同步到本平台的数据库中。
扩展
学校管理员通过任意组合查询条件进行学生出入校园记录的查询，点击数据统计，显示相应的学生出入校园记录的统计展示图。
表3.3教师管理（增加）用例
用例名称
教师管理（增加）
执行者
学校管理员
前置条件
学校管理员登录系统
后置条件
无
基本路径
（1）点击新增按钮，系统转到新增界面；
（2）输入教师的相关信息（姓名、性别、工号、电话）分配权限（发布公告、校管角色）、分管的班级和科目。
表3.4教师管理（修改）用例
用例名称
教师管理（修改）
执行者
学校管理员
前置条件
需要修改的教师已经存在于系统中
后置条件
无
基本路径
（1）选择需要改动信息的教师，点击修改按钮，系统转到修改信息的界面；
（2）对信息进行修改，并保存即可。
表3.5教师管理（删除）用例
用例名称
教师管理（删除）
执行者
学校管理员
前置条件
需要删除的教师已经存在于系统中
后置条件
无
基本路径
（1）选择要删除的教师，点击删除按钮；
（2）系统提醒是否删除，管理员需要确认删除或者取消删除。
表3.6学生管理（增加）用例
用例名称
学生管理（增加）
执行者
学校管理员
前置条件
学校管理员登录系统
后置条件
无
基本路径
（1）点击新增按钮，系统转到新增界面；
（2）输入学生的相关信息（姓名（必填项）、学号、性别、RFID编号（必填项）、班级、年级、家长姓名、家长电话、亲情称呼（其他家属）、亲情电话）；
（3）点击保存即可。
表3.7学生管理（修改）用例
用例名称
学生管理（修改）
执行者
学校管理员
前置条件
需要修改的学生已经存在于系统中
后置条件
无
基本路径
（1）选择要改动信息的学生，点击修改按钮，系统转到修改信息的界面；
（2）对信息进行修改，并保存即可。
表3.8学生管理（删除）用例
用例名称
学生管理（删除）
执行者
学校管理员
前置条件
需要删除的学生已经存在于系统中
后置条件
无
基本路径
（1）选择要删除的学生，点击删除按钮；
（2）系统提醒是否删除，管理员需要确认删除或者取消删除。
表3.9学校账户管理（增加）用例
用例名称
学校账户管理（增加）
执行者
系统管理员
前置条件
系统管理员登录系统
后置条件
无
基本路径
（1）点击新增按钮，系统转到新增界面；
（2）选择已经存在的学校名称，输入学校账户的相关信息（用户名、密码）；
（3）点击保存即可。
表3.10学校账户管理（修改）用例
用例名称
学校账户管理（修改）
执行者
系统管理员
前置条件
需要修改的学校账户已经存在于系统中
后置条件
无
基本路径
（1）选择需要改动信息的学校账户，点击修改按钮，系统转到修改信息的界面；
（2）对信息进行修改，并保存即可。
3.3非功能需求
软件产品除用户要求的功能外的需求被称作非功能性需求，即必须拥有的性能。
主要有系统的性能、可靠性、可维护性、可扩充性、易用性、安全性、适应性等。
校园安全管理平台是应用软件，其中安全性、可靠性和易用性本次设计和实现的平台最重要的非功能性需求。
基于RFID的校园安全管理平台的安全由多个方面组成，内部安全问题有平台的系统级、功能级、数据域的安全，安全性与平台的业务和技术紧密相关的，而该平台涉及到学生、教师、学校等的详细信息，所以确保系统的安全性非常重要。
学生信息存储在RFID电子标签卡中，需要RFID阅读器才能读取到信息，但是RFID已电子信息的形式存储学生相关信息，数据内容经过加密，使之不会轻易被伪造及变造。
教师家长通过微信公众号注册绑定手机号，该平台的用户管理中，也对用户注册绑定和认证进行了设定。
通过后台数据库录入教师的信息，教师注册的时候，通过发送验证码后绑定，系统通过对比后台数据库的信息，对教师身份进行验证。
而家长的手机绑定，需要填写孩子的姓名、RFID号从而进行验证家长的身份，此外，当家长变化手机号码后，不用再去学校变更等等，减轻了老师、学校的负担，同时对系统的安全性有了保障。
平台设计的重要原则便是可靠性，系统的安全性、正常运行率可以对可靠性指标进行评价。
该平台是通过系统集成的方式将RFID技术应用到校园安全管理工作上，软硬件相结合的方式使得系统的可靠性影响因素较多，主要有系统集成的情况，RFID系统的拓扑结构、硬件设备的选型等。
在日常的维护和管理中，可以制定和落实相应的计划来进行可靠性的提高，通过制定应对措施来减少网络故障、硬件故障以及软件故障带来的对系统可靠性降低的程度。
因本系统用于学校的安全管理，因此可靠性要求需要达到较好的程度。
此外，发送给家长的学生进出校园的信息经过处理，防止学生频繁的通过RFID阅读器而导致家长收到多条推送消息。
基于RFID的校园安全管理平台是一个可供多学校共用的校园安全管理的跨平台系统，前台采用微信公众号的形式，无需安装，提高了系统的易用性，有操作向导、界面简洁、输入方式简单等易用性特点等等。
第4章系统的设计
4.1系统架构设计
本平台是基于B/S架构的一个系统，持有RFID电子标签卡的学生在两分钟内通过校门内外放置的RFID读写器时，阅读器将会把读取到的数据信息通过物联网微型服务器传到RFID的数据库，本平台通过系统集成后，在不影响RFID系统的情况下能实时同步数据到本平台的后台数据库，完成数据的获取和同步；而学校的管理员在浏览器上登陆系统，对数据和系统实行维护等操作。
系统的物理架构模型为基于Intemet的五层架构模型，分别是监管客户端浏览器、Web服务器、业务逻辑层、数据访问层、数据库层。
运用RFID技术，在校门内外各安装一个RFID阅读器，当持有电子标签卡的学生在两分钟内经过这两个阅读器时，根据内外读写器读取的顺序判定为进校或者出校，通过物联网微型服务器上传到
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