校园一卡通系统设计.docx
《校园一卡通系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《校园一卡通系统设计.docx（50页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
校园一卡通系统设计
毕业设计说明书
课题名称：
校园一卡通系统的设计
学生姓名
学号
二级学院（系）电气电子工程学院
专业楼宇智能化工程技术
班级
指导教师
起讫时间：
2014年12月1日～2015年1月23日
摘要
针对校园一卡通系统使用和管理的特点，为各大学、大专、中小学设计了高效实用的校园一卡通管理系统方案。
该系统方案综合先进的射频识别技术、IC卡管理及网络通讯技术有机地融合于一体，可以根据客户的需求，提供最合适的系统方案。
具有安全、稳定、实用、经济和可拓展等特点。
最后真正的实现校园一卡通系统统一的管理。
目前通过研究一卡通系统的重点及难点，经过调查，发现现在高校系统均是针对各单位和部门的具体工作进行设计的，缺少统一的规划和校园一体化考虑，系统仍存在一些问题，也是本次课题研究需要解决的关键问题。
如：
多个的身份、密码，师生使用不够方便，没有统一的信息标准。
关键词：
校园一卡通；数字化校园；IC卡；校园信息集成化；
第1章绪论
1.1引言
随着高校的发展，校园内的各种信息资源整合已经进入全面的规划和实施阶段，在这种情况下，“校园一卡通”作为信息管理的重要系统被引入高校。
校园一卡通使校园更信息化和数字化，校园一卡通以结合学校正在进行的统一身份认证、人事、学工等建设，通过共同的身份认证机制，实现数据管理的集成和共享，使校园一卡通系统成为校园信息化建设的重要组成部分之一，学校实现现代化的管理的需求，自主开发了校园“一卡通”。
利用校园卡实现了学生在学校的身份认证，对学生在学校的各种消费提供了方便的途径。
对于学校图书馆，将自动存储学生图书借阅情况，记录处罚情况。
对于任课教师可以及时、准确、方便的了解学生出勤、作业等情况。
是凭借发达的网络技术，在传统的信息交流平台上构建数字空间，提高资源共享度和信息管理水平，实现教育与交流的全面信息化。
一卡通的核心RFID（RadioFrequencyIdentification）无线射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。
射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
从结构上讲RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。
系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。
其基本组成部分为三个：
应答器，阅读器。
应用软件系统。
应答器：
由天线，耦合元件及芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。
阅读器：
由天线，耦合元件，芯片组成，读取（有时还可以写入）标签信息的设备。
应用软件系统：
是应用层软件，主要是把收集的数据进一步处理，并为人们所使用。
1.2应用的意义
校园一卡通建设是学校一项基础性和持久性的工作，是学校建设和培养人才的重要组成部分，其建设水平是学校整体办学水平、学校形象和地位的重要标志。
校园一卡通建设是高校适应信息时代发展的要求，高校进行校园一卡通建设对于高等教育实现现代化，高校实现跨越式发展具有十分深远的历史意义，主要表现在以下几点：
从管理层面看，作为一所现代化的大学，管理水平的高低，是大学培养人才质量的重要体现。
同时通过技术手段将先进的教育观念和管理观念引入到学校中去，从而提高高校的决策水平、管理水平和学生的培养质量，提高整个学校的办学水平。
从技术层面看，校园一卡通系统整体解决方案的实施，能使校园网得到合理的应用，校园一卡通有效地实现数据共享，消除对数据的重复管理、数据冗余以及数据不同步的问题，提高工作效率。
数字化的校园是新的教育思想的支撑。
近些年来，新的教学思想不断涌现，其中较为活跃的就是大力发展终身教育体系。
校园一卡通系统建设最重建设目标是创建数字化的生活空间，创建虚拟大学空间，让越来越多的学校能够通过互联网获得资源共享能力，可以打破学校的“围墙”形式，形成万网、万校的“数字化大学”，形成了一个庞大的永不过时的资源库。
在拥有丰富资源的基础之上，高校可以通过向社会开放及共享资源，来提高为社会服务的水平，逐步实现终身教育的目标。
建设一卡通校园是高校承担社会责任的必然要求。
高校作为向社会传播知识和文化的中心，肩负着为全社会培养高级技术与研究人才的重要使命。
不断从社会实践中总结规律、研究知识，然后再通过教学成果和科研成果表现出来，是高校义不容辞的责任。
高校的一卡通建设将直接或间接影响整个社会的信息化水平，是一个社会信息化程度的重要标志，也是社会信息的源泉，更是知识传播的发动机。
第2章校园一卡通系统概述
目前校园一卡通管理系统，包含十多项子系统，充分整合了各种硬件设备，以数据库和非接触IC卡技术为核心，以计算机技术和网络通信技术为辅助手段，将校园内的各项设施连接成一个有机的整体，系统管理者和投资者可以通过同一个数据库和软件平台方便的管理各种数据，最大限度的提高管理效率，达到办公自动化，实现更高的投资回报率；实现校园一卡通统一以后，一张卡就可以完成开门、考勤、就餐、消费、会议签到、借书、上机、用水、用电、公共设施使用等各项活动，使各个院校摆脱繁琐、低效的管理模式。
2.1校园一卡通系统主要特点：
校园一卡通系统主要特点在于＂全面、一库，一网，一卡＂：
（1）全面：
一个完整的校园一卡通系统包含校园管理所需的十多个子系统，覆盖了一卡通在校园里的全部领域。
（2）一库：
在同一软件平台、同一个数据库内实现卡的权限开通、卡的权限取消、卡的补办及挂失、卡用户的资料查询、黑名单提醒及报警、记录浏览处理统计等数据管理。
（3）一网：
统一的网络。
基于现有的局域网或基于TCP/IP的Internet网或无线网，系统将会把多种不同的设备接入同一个大型软件管理平台,集中控制，统一管理。
（4）一卡：
指用户使用同一张IC卡实现不同功能的智能化管理，一张IC卡用于很多功能不相同的机器设备。
2.2校园一卡通系统的优势：
校园一卡通系统将所有的子系统在同一个平台上有机的结合，共用一个统一的数据库。
具备以下的优势：
（1）可以在一卡通中心，集中对用户、IC卡及各设备进行管理和配置，系统统一的管理、维护、用户的使用、卡片处理等操作只需一次性就可以完成，不需要多次转换，非常方便。
（2）一卡通系统整合许多终端设备，可以根据用户不同的需求灵活增减配置（扩展）不同的子系统，实现多种功能集成化管理。
（3）一卡通各子系统之间网络互连，共享数据，信息共享速度快，准确实效；全面检查、实时查询及报警，及时生成信息统计报表。
2.3系统总体建设目标：
（1）数字化校园的目标:
一卡走遍校园，建成“校园卡”系统的骨干平台，身份认证统一、校内消费、校内门禁、校务管理的各个子系统都建在该平台下，以后可以随学校规模扩大和卡片功能增加只需要增加子系统，实现校园数字化的目标；
（2）一卡通的目标：
每个学生或教职工人员（用户）每人使用一张卡，此卡集身份卡、借书卡、消费卡、门禁卡、上机卡、校医疗卡等于一体，代表持卡人的身份，在卡上可自由充值和消费，也可以开门禁锁，在学校内做到一卡通用走遍校园。
（3）实现银行与学校结合:
一卡通系统采用实际一体、物理分离的校园卡与银行卡，银行卡在银行各个网点通用，进行电子货币结算，做到各个银行互通。
持卡人通过圈存等方式实现银行卡与校园卡之间的转账功能，赋予校园一卡通系统金融功能，也让校园卡走出校园。
第3章校园一卡通系统方案设计框架
3.1设计构思
校园一卡通系统网络由两部分组成：
设备控制网和管理信息网。
设备控制网中各子系统管理电脑通过RS485或TCP/IP连接和控制硬件设备；管理信息网采用了先进的多层客户/服务器结构和B/S结构相结合的方式。
数据层为中心数据库主机及存储设备，建议采用小型机集群方式；业务逻辑处理层由多台应用服务器组成。
结构图如下：
图1校园一卡通网络拓扑结构图
3.3.1系统应用说明：
（1）一卡通管理中心：
包含平台控制管理、人事管理中心、卡服务中心、门禁管理中心、结算中心等子系统；完成对整个一卡通系统的基本设置、人员管理、操作授权、卡片授权、卡片充值、系统信息数据查询、财务结算、报表打印等。
（2）消费管理子系统：
包括校园餐厅售餐机以及校园内商户消费机等设备的管理、黑名单管理、数据采集等。
通过扩展可应用于校园全部交易或收费的场合。
（3）电控管理子系统：
包括校园电控设备的管理、购电卡充值、换卡、退卡、换表等。
（4）水控管理子系统：
包括校园水控设备的管理、黑名单管理、数据采集等。
（5）WEB查询子系统：
通过校园网络查询个人的消费记录、考勤信息、上机信息、开门禁锁信息、图书馆借阅信息，以及修改密码、挂失卡片等操作。
（6）自助服务子系统：
通常安装在触摸屏查询设备上，除可查询各项信息、修改密码、挂失卡片外，还可完成卡内转帐、圈存等读写卡的操作。
（7）考勤管理子系统：
完成班次设置、人员排班、请假登记等操作；以及考勤结果的分析统计和导出报表等。
（8）门禁管理子系统：
与门禁机通讯，控制和管理门禁机，可实时监控和查询门禁包括出入信息。
（9）机房管理子系统：
可完成上机排课、自动分配机号、课时内免费、课时外收费等管理，和一卡通系统数据库联机，将收费数据实时写入数据库。
（10）图书馆管理子系统:
管理员可进行相关的图书入库、查询、统计、打印报表等管理；用户持卡片办理借书、还书；罚款或赔偿收费通过卡片扣取，收费数据直接写入数据库。
（11）金融服务子系统：
校园卡对应银行帐户余额查询、明细查询；个人银行卡账户和校园卡电子钱包（圈存））或者学校账户（扣款）之间的资金转账、代收代付。
3.2卡的设计和作用
3.2.1卡的设计
（1）头像照片＋射频卡＋条码
根据学校的特点，校园卡的设计为使用者头像照片、条码、射频卡组合成的卡，卡基的材料选用PVC材料，美观、方便、实用。
使该校园卡既是每个学生或教职员工一张卡，此卡集身份卡、借书卡、消费卡、上机卡、医疗卡等于一体，代表持卡人的身份，在卡上可自由充值和消费，在校园内做到一卡通用，同时卡面的背景图片可印刷为校园标志性图案，射频卡采用MIFAREONE卡。
正面可以印刷学生照片、系别、姓名、学号、班级、条码等信息。
背面可以印刷该卡使用规则及注意事项，也可以根据学校不同情况及需求进行设计。
（2）头像照片＋银行卡的磁条＋射频卡＋条码
如果将校园卡和银行卡的磁条结合，校园卡的设计为使用者头像照片、条码、银行卡的磁条、射频卡组合成的卡。
正面可以印刷学生照片、系别、姓名、学号、班级、条码等信息。
背面可以印制银行卡有关内容、磁条条码、银行卡账号及使用规范和注意事项。
（3）头像照片＋银行卡的CPU＋射频卡＋条码
如果将校园卡和银行卡的CPU相结合，正面同上。
背面可以印制银行卡相关内容、磁条条码、银行卡帐号及注意事项。
3.2.卡的作用
校园卡可以代替：
学生证、上机卡、工作证、门禁卡、身份证、借书证、医疗就诊证、会员卡、饭卡、购物电子钱包、存折。
3.3卡的使用范围
教职人员管理：
教师上下班打卡签到，会议打卡签到，工资发放。
学生管理：
学生证注册、学生信息注销、学生上下课签到、成绩管理。
身份识别：
图书馆、计算中心、门禁管理、学校医院。
交费管理：
学费、上网费、医药费、电费、水费。
用餐管理：
校园餐厅、食堂、校园快餐店。
娱乐管理：
校园舞蹈房、健身房、体育活动中心。
购物管理：
校园超市、小店、或者有银联标志（百货商场、大型超市商场、零售商店、新华书店）、话费、网购。
第4章校园一卡通系统设计原则
4.1安全性原则
校园一卡通系统具有安全性原则，安全性包括主机系统、网络系统、数据之间传输系统、数据信息存取系统的安全性，数据的备份和发生问题时数据恢复的可靠性。
为保证系统软件、应用软件及数据安全，系统严格选用操作系统平台，开发平台，设计防病毒入侵功能，保护系统的数据，并建立起数据备份系统，定期自动的进行备份数据。
在系统中采用射频证卡作为身份识别，并在关键信息的传输和处理过程中采用加密处理，防止信息被非法分子和破坏者攻击。
4.2稳定性原则
校园一卡通系统具有稳定性原则，稳定性包括网络运行、设备硬件设施、软件运行的可靠性，并在系统中加入断电保护，数据备份恢复等手段来保证系统的正常，保证长期的运行。
各子系统间无缝互连，数据共享，交换快，准确实效；全面检索、实时查询，及时生成统计报表。
系统管理中心有数据库，各子系统中又具有本地数据库库，各本地数据库与管理中心通过校园网实现数据传输，使各应用子系统依赖校园网，又可脱离校园网单独运行，这样增加了运行的稳定性。
消费终端都有储备电池，能在断电的情况保持正常工作，消费终端有存了储电，功能可保存正常的消费记录。
异常处理
在一卡通系统的设计中充分考虑到有可能出现的各种异常情况，如断电，网络线路故障，交易流量超载等。
在系统中提出各种异常情况的处理办法。
如配备延时电源以防止断电的发生，门轧机有手动落杆功能防止系统故障，一但故障发生能及时放行，不影响学生进出；门禁断电为开启状态；机房管理客户端设置单机脱网登录功能等。
4.3实用性原则
校园一卡通系统也非常的实用，每个子系统都是根据实际的操作情况及使用流程情况，有针对性开发出来的。
4.4经济性原则
在一卡通系统的设计过程中，经济性原则就是在保证产品质量前提下，尽量降低原材料成本。
一是要选用主机、设备等的性能好，价格实惠，在设计中，应采用多种方案进行评估选择，达到最优的方案效果。
二是要注意系统的运行效果和系统维护费用，确保系统的正常运行和维护，同时需要培养一批经验丰富维修工。
4.5可拓展性原则
所谓的可拓展性，是指系统根据实际需求整合了智能楼宇丰富的终端设备，可以根据不同用户的需求灵活配置（扩展）不同的子系统，实现多种功能应用。
4.6一卡通系统总体结构和应用门禁的特点
1、系统应用特点：
一卡通系统可以显著地提高门禁的安全性能和降低门禁保安的营运成本，系统采用了最新的计算机及感应式IC卡技术，能有效地控制、监测、管理门禁出入口的运作，它配置灵活容易满足用户的需要。
在校园，IC卡主要用于消费、身份识别和记录特征信息。
IC卡作为学生和教工在校内的证件，应用于教学、日常生活及其管理等方面，以实现个人基本信息的识别与管理及相应收费，实行一卡多用，一卡通用的特点。
全校分学生和教工两部分，建立校园卡的统一发行管理机制，并通过推进校园卡应用工程，逐步完善全校统一的基本数据管理系统，确保校园卡安全、有效的使用。
校园卡实行校内自主管理，丢卡者挂失后可以迅速补发新卡，方便持卡人，并有利于学校的管理。
一卡通系统是建立在RS-485工业分布网络的基础上。
这种网络通过一对双绞线或两芯屏蔽线、通讯转换器与控制管理微机的RS-232接口连接，距离可达2公里，它以最大的可靠性和灵活性提供实时数据传输。
在校园，利用校园网络，建立一个校园IC卡系统的网络运行环境，实现校园卡基本数据的网络传送，特别是卡挂失的黑名单能够实时、有效地下载，最大限度地保护持卡人的利益，保证校园卡系统的安全运行。
管理中心采用一台微机通过上述RS-485网络对整个门禁系统进行监控，管理合法卡持有人的资料，记录如姓名、分院、单位部门、有效证件号码等用户信息。
使用的软件都是基于当前最新的MicrosoftWindows软件开发的，具有兼容性强、界面友好、易于操作。
另外，它具有广域连接性，对于单机系统，管理中心可以存储所有系统信息在其本身的数据库中。
控制器完成采集和处理读卡器读取的数据并下达开关门命令等操作；并且与管理软件通信，把信息上传到电脑的数据库。
读卡器发射一定频率的电磁波激活智能卡芯片内的电路，使卡发射回来一定频率的电磁波，然后接收卡的反馈信号并把卡的信息传输给控制器。
世纪星介绍智能卡芯片可以记录该卡的区号卡号等信息。
转换器把控制器端的RS485标准的电信号转换成可以与计算机串口识别的RS232标准的电信号，为控制器与电脑通信提供条件。
2、总体应用结构：
图2校园一卡通系统总体应用结构图
3、系统应用在门禁主要的优点：
（1）、全自动化管理，大大减少人工成本，提高来了安全性。
（2）、可根据各种情况设置人员的门禁权限，包括不同时段，不同的门禁点等条件。
（3）、可根据情况设置门的状态，包括安全状态，休眠状态，打开状态等。
（4）、可以查询各种报表，包括正常刷卡事件、异常刷卡事件、普通设备事件、报警设备事件和人员区域变动事件。
（5）、各站点都通过RS-485工业标准网络联结管理中心；各站点设有可靠的单片机，可保证即使管理中心出现故障时，它们也能独立工作。
（6）、模块化的结构，利用标准的可更换的电子部件，很容易进行系统的升级与扩展，从而减少维护费用。
（7）、功能强大的、可靠的中央管理中心可以监控所有的远端的站点；完善的数据库管理及各种报表的产生。
（8）、管理中心、收费处使用的软件都是基于最新的MicrosoftWindows软件开发，并采用大型MicrosoftSQL2000数据库，具有兼容性强、界面友好、易于操作等特点。
（9）、主控中心可通过网络实时查询正常刷卡、异常刷卡、正常设备事件和报警事件等报表。
（10）、卡片可配合停车场管理、考勤管理、巡更系统、消费系统使用，实现办公室门锁、通道、电梯等一卡通用，完全免除钥匙。
即同一张感应式IC卡，用户可作为工作牌、考勤卡，还可用于停车场的出入证明、消费购物、学校的食堂消费等，这就大大方便了用户的需要，改变了过去用户在不同场合需携带多张卡的繁琐现象。
第5章校园一卡通系统的组成
5.1校园卡管理系统
管理中心是整个一卡通系统的系统中枢，它有一个综合性的管理职能：
主要是网络的管理和维护，监控各系统和设备的运行情况。
对智能卡管理：
负责卡片的授权发行，挂失，注销，负责设定卡片的使用范围和权限；清算管理；资料管理；系统管理；报表分析等。
（1）卡型的分类
从应用上分为：
系统初始化卡、信息下载卡、数据信息采集卡。
从管理员身份分为：
高级系统员卡、系统管理员卡。
从持用者身份分为：
学生卡、教职工卡、临时卡。
（2）卡技术特点
校园一卡通系统采用先进的MIFAREONE非接触式IC卡作为信息的载体，IC分16个分区，可以为各子系统提供独立的加密系统及数据存储区，卡内设有防冲突及重复机制，从卡型上确保了系统的技术先进性和可扩展性。
非接触式MIFAREONE卡与其它的卡比较具有以下优点：
功能
MIFAREONE卡
接触式IC卡
TEMIC卡
光电卡
磁卡
GIGA卡
能否脱机运行
能
能
能
不能
不能
能
保密性能
最好
较好
较好
差
一般
较好
抵抗弯曲性能
较好
较好
一般
一般
最好
最差
使用寿命
10年以上
10年以上
10年以上
2年
1年
10年以上
防静电
最好
一般
较好
一般
较差
较好
污染性
最好
一般
较好
一般
较差
较好
成本
较高
一般
一般
较低
较低
一般
存储量
1024字节
256字节
32字节
无
10字节
14位
可拓展性
拓展性好
拓展性差
不可扩展
不可拓展
不可拓展
不可扩展
（3）卡片的授权
一卡通系统内使用的卡片必须经过一卡通管理中心的授权，否则均被视为无效卡。
对卡片的授权充分体现了系统的集中管理性。
（4）卡片的挂失和发挂失等操作
对于一卡通系统平时运行过程中经常遇到的问题——挂失和反挂失，本一卡通系统将对当前挂失和反挂失的卡片在系统中的权限进行智能实时设置。
即：
当用户将卡片挂失后，一卡通管理中心的软件将实时自动会在一卡通各个子系统中相关的设备上进行黑名单的下载或者原权限的取消。
而当卡片取消挂失后系统又将自动恢复原卡片的各种权限。
（5）学生卡学籍信息注册管理系统
系统结构：
应用功能
首先将学生信息如：
学生照片、分院、专业、班级、姓名、学号等一系列学生身份信息导入IC卡，待新生报到，便可领取和使用。
学生可以通过注册管理机注册学生证、选课、查询成绩、修改联系方式等常变个人信息及个人密码。
学生还可以通过注册管理机查询数据库信息与结算账单、余额等及其它应用系统关联问题。
在学生开学报到学生证注册期间，通过串口方式联结的在线式卡机向原有注册管理系统传输卡内学生学号，原系统完成注册登记后，再通过读卡机向卡内回写有效期。
学生证注册方式将会使已毕业学生的卡在校内全面禁用。
5.2校园卡交易支付结算中心
1、系统结构
2、校园卡交易支付结算子系统功能
校园卡保存使用者每一条消费记录。
限制使用者每天消费金额最多为50元，防止卡丢失对使用者造成更大程度的经济损失。
每天对校园卡卡内余额与系统余额进行核查。
对异常卡进一步核查并报警。
定时将各个子系统消费记录进行汇总，并进行确认和保存。
对刷卡，存款，消费，异常消费，对帐，退款等信息查询。
3、银行卡的功能介绍
系统采用的银行卡具有消费、存取款、转帐结算等多种功能。
卡号就是持卡人的个人银行帐号，您可以持卡凭证件和密码办理存取款，在ATM机上24小时提取现金。
开设校园一卡通卡系统的银行卡，既具备银行卡的所有功能，又可在校内一卡通消费点消费，实现“一卡两户’功能。
5.3校园卡图书馆管理系统
1、系统简介
随着校园图书馆数字化、网络化不断的发展，图书馆提供给读者的服务不单单是借阅图书而已，而是增加了许多电子信息方面的服务。
图书馆的发展和这些新服务都对图书馆的管理提出了更高的要求，例如身份认证，借阅凭证，门禁管理、消费管理和统计管理等。
因此借助计算机，通过通道门验证，控制人员进/出，能大大减轻工作人员的劳动力，从而提高现代化管理品味。
“通道验证控制门”采用不锈钢加工制造，其比例结构适合人体力学，整个门体给人一种舒适的感觉，并且耐用，可靠，故障率低，极易维修。
同时可有效控制人员进/出，使管理人员能及时了解何时，何日，何月，何年的持卡人员流量。
实现持卡验证进门自动化管理。
具有极强的实用性和拓展性。
2、图书馆通道验证控制门
翼闸机技术参数介绍：
结构:
框架结构不锈钢或喷塑外壳
外壳：
1.2MM厚度
驱动方式:
光电感应,步进电机驱动
故障措施:
断电/通电复位
闸机组成:
机芯,箱体,闸机驱动板,电源。
进出方式:
1、自由通道
2、锁闭
3、电脑远程控制
4、授权进出控制
功耗：
1、停止：
<50W（单台）
2、运行：
<150W（单台）
供电电源:
AC220V输入,输出AC24V、DC12V
工作环境:
室内、室外（配防雨架）
湿度:
5%--90%
检修口:
2个
驱动板续电器参数:
AC250V5A
外形尺寸:
宽X高X深:
1850X1040X320mm
闸机净重:
110Kg（不含控制设备）
产品特性：
设计先进、工艺精湛、用料考究、质量可靠
可单向或双向通行
每个方向可采用三种运行方式
人员通行速度25人/分钟（正常）35人/分钟（快速）
外表豪华美观
闸机与控制设备的连接：
闸机随机配有驱动电路（内有一组DC5V电源，一组DC24V电源及一块驱动电路板）;LED指示牌一块；说明书一份。
其中驱动电路板是控制设备与闸机之间的桥梁，从控制器（门禁、考勤、售饭、售票等主控设备）的继电输出中选择一
升级会员 