基于RFID技术的考试管理系统设计与实现.docx

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基于RFID技术的考试管理系统设计与实现

摘要

射频识别技术（FRID）是自动识别技术的一种，它通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别，具有识别迅速、无磨损、不受环境影响、寿命长等优点。

论文着重阐述了RFID技术以及该技术在本系统中的具体应用。

比较了射频识别技术和其他自动识别技术的优缺点．在研究考勤管理系统业务流程的基上，对系统的硬件体系结构进行了设计，对相关RFID设备进行了选型。

系统WindowsXP/Windows2000为运行平台，采用c/s架构，sqlserver2000为后台数据库，C#为开发工具。

按照软件工程的方法开发，采用UML面向对象方法对系统进行了建模和分析，结合智能IC卡和考勤机采集原始刷卡数据，以ADO的方式连接数据库，应用WindowsAPI函数实现串口通信，加以先进的考勤管理理论，实现了考勤管理业务流程的自动化和科学化。

本系统与传统的考试管理系统相比，除了使用方便、功能完善、省时省力的特点外，还具有刷卡注册，合理分配；师生考勤、试题管理；一次排场、终身可用；结算精确、报表详细；考勤处理结果多样化；这套考试管理系统可单机或联网使用等特点。

目的是为了解决大型考试的签到复杂性，合理安排考场，监考老师，试卷等问题。

杜绝了考勤做假、做人情，对学校提高管理水平、节约资源、提高办事效率有显著的应用效果。

关键词：

RFID：

C/S；ADO；C#；考试管理系统

Abstract

Radiofrequencyidentificationtechnology（RFID）isanautomaticidentificationtechnology,radiofrequencythroughnon-contactwayoftwo-waydatacommunicationstobeontargetrecognition,withtherapididentification,nowear,noenvironmentaleffect,longlifeandotheradvantages.

PaperfocusesontheRFIDtechnologyandthetechnologyinthesystemapplication.Comparisonofradiofrequencyidentificationtechnologyandotherautomaticidentificationtechnology.Theadvantagesanddisadvantagesinattendancemanagementsystembusinessprocessonthebaseofsystem,hardwaresystemstructuredesign,theRFIDequipmentfortheselection.SystemwithWindowsXP/Windows2000asoperationplatform,usingc/sstructure,sqlserver2000asbackgrounddatabase,C#fordevelopmenttools.Accordingtothemethodofsoftwareengineeringdevelopment,usingUMLobject-orientedmethodhascarriedonthesystemmodelingandanalysis,combinedwiththeintelligentICcardandattendancemachinecollectionoftheoriginalcarddata,intheformofADOconnecttothedatabase,usingWindowsAPIfunctiontorealizeserialcommunication,totheadvancedmanagementtheory,realizetheattendancemanagementbusinessprocessautomationandscientific.Thissystemandthetraditionalexaminationmanagementsystem,inadditiontotheuseofconvenient,perfectfunction,time-savingfeatures,alsohasacreditcardregistration,reasonableallocationofteachersandstudents;attendance,testquestionsmanagement;apomp,lifelongavailable;settlementofaccurate,detailedreporting;attendanceprocessingresultsdiversification;thissetofexaminationmanagementsystemcanbesingleorusethenetworkfeatures.Thepurposeistosolvethelarge-scaleexaminationincomplexity,reasonablearrangementofexaminationpapers,teachers,etc..Putanendtotheattendancetodoafavor,toschool,toimprovethemanagementlevel,tosaveresources,improveworkefficiencyhasremarkableapplicationeffect.

Keywords:

RFID；C/S；ADO;；C#；examinationmanagementsyste

1绪论

1.1课题研究的背景

射频识别（即RadioFrequencyIdentification，以下简称RFID）技术是从90年代开始兴起的一项自动识别技术。

它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，将数据自动识别、自动采集并且自动输入计算机进行处理。

它利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。

与磁卡、IC卡等接触式识别技术不同，RFID系统的射频卡和读写器之间无须物理接触就可完成识别，同时它可实现多目标识别、运动目标识别，可在更广泛的场合中应用。

其主要优点是环境适应性强，不受雨雪，冰雹、灰尘等的影响,可全天候、无接触地完成自动识别、跟踪与管理，且可穿透非金属物体进行识别，抗干扰能力强。

因此，它在各行业的广阔发展前景已经引起了各个国家、各个企事业的普遍重视。

RFID技术已在世界各地得到广泛的应用，以美国、日本和欧洲为首的发达国家对RFID技术的应用研究已达到相当高的水平，而我国则处于起步阶段，大多采用引进的技术成果．由此可见，研究该技术已成为当今社会发展的必需。

．

管理规范是学校考试的基本要求，而规章制度完善、考核合理与公正是规范管理的基础。

在各个学校中，学生的考勤老师的考勤工作不仅工作量大，而且时效性强。

过去，学校多采用签到和报表的形式进行管理，效率和透明度较差，并且也容易出错。

随着数据库技术的发展和企事业信息化建设的进行,使用计算机管理学校考试工作也成为大势所趋，它为学校的考勤工作节约了大量的人力和物力，也大大减轻了考勤工作人员的工作量。

考勤机作为一种准确记录的出勤状态，为分配教师、进行合理的考场安排提供直接依据的工具,在学校应该有着广泛的使用。

一些基于RS232串口的考勤机，提供了自动记录和统计的功能，但是,受限于网络的连接功能，多台考勤机的数据不能立即统一起来，考试数据和统计数据需要花费大量的时间和人力去统计和分析。

对于一些学校由于考试人数很多，考场很多，监考教师很多，管理比较困难．因此迫切需要采用非接触式IC卡进行考勤记录管理，分配教室，并开发出一套全新的网络考勤管理系统来解决上述问题。

由此产生本课题的研究。

1.2课题研究的意义

RFID技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了微波技术与电磁学理论，而且还包括通信原理及半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学科．因此，对RFID技术的认识和研究具有深远的理论意义．

非接触射频IC卡是最近几年发展起来的一项新技术，它能很好地克服条形码、磁卡、接触式IC卡所存在的问题。

非接触射频IC卡中，均含有芯片厂商在制造过程中固化的具有唯一性和独立性的序列号，非接触射频IC卡与读写器之间有双向鉴别机制，确保在进行数据交换之前，两者之间进行相互的身份合法性认证。

非接触式射频IC卡无任何裸露器件，卡与读写器之间交换数据过程中，无任何物理接触，也无方向性，所以卡本身使用寿命非常长。

本系统采用智能IC卡考勤设备及先进的管理理念，其目的是完善人事考勤管理制度，实现人事考勤管理的电脑化，从而达到提高管理水平、节约资源、提高办事效率。

本系统是人力资源管理系统的一个子系统，它将支持与人事管理系统、工资管理系统的信息传递，同时可以方便的与“一卡通”系统进行无缝连接。

考勤系统也可以作为一个独立的系统应用，具有非常广阔的应用范围，本系统开发的目的主要为企事业考勤应用，并作为“一卡通”系统的切入点。

1.3国内外研究发展历史、现状

1.3.1RFID技术发展历史

20世纪40年代，人们对雷达的改进和应用催生了RFID技术。

而最早使用这项技术的是美国国防部军需供应局。

1948年，哈里.斯托克曼发表的。

利用《反射功率的通讯》论文奠定了射频识别RFID的理论基础翻．在随后的几十年，RFID技术得到了迅猛的发展，其产品逐渐成为人们生活的一部分。

RFID技术的发展可按10年期划分如下：

1941-1950年，雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID技术的理论基础。

1951-1960年，早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室研究阶段。

1961-1970年，RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。

1971-1980年，RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术

铡试得到加速。

出现了一些最早的RFID应用。

1981-1990年，RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出

现。

．

1991-2000年，RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采

用，RFID产品逐渐成为人们生活的一部分．

2001年至今，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半

无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。

1.4国内外RFID技术应用现状

1.4.1RFID技术在国外应用的现状

RFID在世界范围内的应用有三大经典领域，交通与配送、制造与加工、防伪与认证．具体的应用领域有物品追踪与追溯（SCM/有害物质）、库存监控与控制（智能货架）、资产监控与管理（动物管理、车队管理）、防盗、电子支付（不

停车收费）、门禁控制（门禁/会议管理，楼宇安全）、防伪（药品/现金）．在零售行业，也已经有很多企事业开始了RFID技术的应用。

世界零售连锁巨头沃尔玛在世界范围内率先宣布采用RFID技术，。

“不遗余力”地推行RFID技术在零售供应链中的应用。

到2007年底，安装RFID设备的连锁店将达到1000家，采用RFID技术的供应商将达到600多家。

世界第三大零售商麦德龙集团在2002年就公布了其“未来商店”计划，号召了50多家伙伴携手开发及测试崭新的RFID应用程序，涵盖零售供应链的各个环节，包括物流及零售店内顾客体验等方面。

除此之外英国最大的连锁超市公司泰斯科，全美最大的消费类电子产品零售商百斯买等企业的RFID发展计划也已启动。

在技术研究方面，德州仪器、飞利浦、Alien公司和讯宝等国际大型设备生

产商，都已看到将从现在的17亿美元迅速增加到2008年的59亿美元的无线射

频标签市场，所以这些公司正在加快脚步进行研究试验，以避免落后于市场发展速度．

1.4.2RFID技术在中国应用的现状

从1994年首次在国内得到应用至今十余年来，RFID技术凭借其无接触读取、群体识别、信息实时动态更新、高度真实可靠等优点在各行各业得到一定程度的推广，应用覆盖交通运输业、生产制造业、零售业、政府后勤、海关监管、司法监督和动物监管等各个方面，但整体范围偏小。

由于射频识别技术起步较晚，应用的领域不是很广．在我国RFID应用比较典型的是在中国铁路车号自动识别系统建设中，推出了完全拥有自主知识产权的远距离自动识别系统。

在近距离RFID应用方面，许多城市已经用了预付费的射频卡作为电子车票或饭卡等。

目前，在我国的第二代身份证上就采用了RFID技术，这是迄今为止该技术在国内最大的单项应用。

1.5研究工作主要内容和目标

本课题研究的主要目的是要结合RFID技术和考勤管理理论，将RFID技术应用于考勤管理业务流程自动化。

具体研究内容如下：

1.全面了解射频识别技术，并与其他自动识别技术做比较，分析出其优劣

势；

2.深入分析现代考勤管理的业务流程；

3.对基于RFID技术的现代考勤管理系统进行分析与设计。

研究目标如下：

1.开发出一套实用的系统管理软件；

2.实现多网点和多用户之间的信息共享，相互之间的信息传递要做到准确、

快捷和顺畅；

3.RFID系统维护方便可靠，满足实用性、先进巨碰至济性的要求。

1.6论文结构

全文共分为7章，具体章节安排如下：

第1章是前言，简述RFID技术背景，介绍RFID技术的历史、发展及其现状，最后介绍了本文的主要研究工作内容和目标。

第2章对RFID技术进行了详细的介绍，包括RFID定义、基本组成、工作

原理、涉及的主要技术、与其他自动识别技术的比较。

第3章是系统分析与建模，概要介绍了系统需求分析、开发目标以及功能特点，并采用UML对系统进行建模。

第4章是系统设计，主要介绍了基于RFID系统的硬件体系结构，RFID硬件设备的选型，系统开发工具，功能模块、数据流程以及数据库设计．

第5章是系统具体实现，主要介绍RFID技术在系统中的具体应用。

另外，简要介绍考试软件系统（考场安排）的实现。

第6章是系统测试。

第7章是总结与展望。

2RFID技术介绍

2.1定义及特征

射频识别是一种非接触式的自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合和传输特性实现对静止或移动物体的自动识别及数据交换。

RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

RFID的特征是利用无线电波来传送识别信息，不受空间限制。

它最大的优点在于可以对高速移动的远距离目标进行非接触自动识别，这一点是条形码等任何其它的自动识别技术所不具备的。

利用RFID技术的这一特性，可以解决很多数据采集的瓶颈问题。

2.2RFID系统基本组成

RFID常称为电子标签或感应式电子非接触IC卡（射频卡）、电子条码等等。

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。

最基本的RFID系统由电子标签、读写器（阅读器）、天线三部分组成。

而一个完整的RFID系统还需要管理软件．读写器用于读取或写入非接触IC卡信息；天线则起到在非接触IC卡和读写器间传递射频信号作用。

RFID系统还可通过读写器的RS232或RS485接口与外部计算机（上位机系统）连接，进行数据交换，如图2-1所示。

图2-1RFID系统与计算机系统连接图

2.2.1读写器

读写器在RFID系统中扮演着重要的角色，读写器主要负责与电子标签的双

向通信，同时接受来自于主机系统的控制指令。

读写器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。

读写器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。

读写器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。

其内部结构如图2-2所示。

图2.2读写器内部结构图

1.射频接口模块具有以下主要任务：

①产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量；

②对发射信号进行调制，用于将数据传输给电子标签；

③接收并调制来自电子标签的射频信号。

在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别用于来往于电子标签与读写器两个方向的数据传输。

传送往电子标签的数据通过发射器分支通道，而来自于电子标签的数据则通过接收器分支通道接收。

2.逻辑控制单元也称为读写模块，其具有以下主要任务：

①与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令；

②控制与电子标签的通信过程；

⑤信号的编码与解码；

④对读写器和标签之间传输的数据进行加密和解密；

⑤执行防冲突算法；

⑥对读写器和标签之问的身份进行验证。

3.天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波的装置。

在ＲＦＤ系统中读写器必须要通过天线来发射能量，形成电磁场，通过电磁场来对电子标签进行识别。

2.2.2电子标签

电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和读写器进行通信。

系统工作时，读写器发出查询（能量）信号,电在标签（无源）收到查询（能量）信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回读写器。

电子标签是射频识别系统真正的数据载体。

电子标签的内部结构如图2-3所示:

图2-3电子标签的内部结构图

其内部各模块功能如下所述：

①天线：

用来接收由读写器送过来的信号，并把所要求的数据送回给读写器；

②电压调节器：

把由标签读写器送过来的射频讯号转换成DC电源，并经大电容储存能量，再经稳压电路以提供稳定的电源；

③调制器：

逻辑控制电路所送出的数据经调制电路调制后加载到天线送给读写器；

④解调器：

把载波去除取出真正的调制信号；

⑤逻辑控制单元：

用来译码读写器所送过来的信号，并依其要求回送数据给读写器：

⑥存储单元：

包括EEPROM与ROM，作为系统运行及存放识别数据的位置。

按照不同的方式，电子标签有以下几种分类：

1.按供电方式分为有源电子标签和无源电子标签。

有源是指电子标签内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限，体积较大，成本高，且不适合在恶劣环境下工作；无源电子标签内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源电子标签短,但寿命长且对工作环境要求不高。

2.按载波频率分为低频电子标签、中频电子标签和高频电子标签。

低频电子标签主要有125kHz和134.2kHz两种，中频电子标签频率主要为13.56MHz高频电子标签主要为433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz等．低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园电子标签、动物监管、货物跟踪等。

中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。

3.按调制方式的不同可分为主动式和被动式。

主动式电子标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式电子标签使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的电子标签。

在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来回穿过障碍物两次。

而主动方式的电子标签发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的电子标签主要用于有障碍物的应用中，距离更远（可达30米）。

4.按作用距离可分为密藕合电子标签（作用距离小于1厘米）、近藕合电子标签（作用距离小于15厘米），疏藕合电子标签（作用距离约1米）和远距离电子标签（作用距离从1米到10米，甚至更远）．

5.按芯片分为只读电子标签、读写电子标签。

只读标签的特点是一次写入，多次读出，只读标签可以由标签制造者写入标签的标识信息，也可以由使用者按照需要写入相应的编码信息，只读标签价格相对低廉，通常被应用于追踪低价值商品的场合。

与只读标签相比，可读写电子标签附带有可编程存储器，可以多次读出、多次写入数据，由于可反复更新其中数据，可读写电子标签被广泛应用于需要存储过程状态信息的场合，如不停车收费、物流运作等应用中，读写器可以根据后台系统的指令实时更新标签中的数据。

无论是只读标签还是可读写标签，其中的标签Ｄ号是出厂时就设定好的，永不可修改的。

2.3RFID系统工作原理

RFID系统的基本工作原理是：

由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量被激活，使电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；读写器的接收天线接收到从标签（射频卡）发送来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关处理。

主机系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，识别该标签的身份，针对不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成不同的读写操作。

2.4非接触式射频卡系统涉及的主要技术

非接触式射频卡系统是一个典型的跨学科的专业领域，一个多技术融合的系统。

主要涉及以下技术。

2.4.1射频通信技术

非接触式射频卡系统是一个典型的射频识别系统，它采用的是射频通信技术，射频通信细节有：

数据的调制和解调、能量的传输和通信协议。

2.4.1.1数据的调制和解调

读写器和射频卡之间采用半双工通信方式，以一定频率的电磁波为媒介进行通信。

由于基带数字信号不可以直接进行传输，那么在读写器和射频卡之间进行通信时，必须对该基带信号进行调制和解调处理。

由于射频卡系统是一个数字通信系统，因此一般采用数字调制的方法进行调制。

数字调制是用载波信号参量的离散状态来表征所传输的数字信息，在解调时只需对载波信号的受调参量进行检测和判决．数字调制信号因此称为键控信号．由于载波信号是正弦波信号，其三个参量幅度、频率和相位都能携带信息，相应有调幅、调频和调相三种基本形式。

在射频卡中常采用调幅形式。

在读写器发送给射频卡数据的过程中，采用100％或10％的幅度调制。

在射频卡返回给读写器数据的过程中，采用负载调制方式。

负载调制是幅度调制的一种形式，它是通过改变天线的负载，从而改变天线两端信号幅度。

2.4.1.2能量的传输

射频卡在工作时，本身没有电源，因此需要从读写器发送的电磁波中提取能量，在射频卡接受数据期间，它一方面从接受到的信号中解调出数据信息，另一方面从接受到的信号中提取能量。

当射频卡返回数据时，射频卡的数据是通过负载调制的方式，使射频卡的天线上的信号幅度发生变化，这样藕合到读写器的天线上的信号幅度也就发生相应的变化，从而使读写器得到射频卡返回的信息，同时射频卡将读写器上的电磁波信号藕合过来，提供射频卡工作所需的能量。

2.4.1.3通信协议

RFID系统至少由一个读写器和一个射频卡组成．为了使系统具有高性能价格比，通常在整个系统中加入相关通信协议，使一个读写器可以同时和多个射频卡通信