互联网高级技术课设.docx
《互联网高级技术课设.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《互联网高级技术课设.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
互联网高级技术课设
互联网高级技术
课程设计
题目：
基于物联网的校园一卡通系统的设计
院系：
国际教育学院
专业：
互联网
班级：
12级2班
姓名:
学号：
541212010
目录
1.绪论1
2.需求分析1
3.建设一卡通系统的意义2
4.一卡通的系统设计与实现2
4.1一卡通系统的总体技术架构2
4.1.1硬件平台架构5
4.1.2软件平台架构6
4.2总体设计7
4.2.1数据中心8
4.2.2身份认证中心8
4.2.3小额消费中心8
4.2.4校银财务系统8
4.3各子系统功能描述8
4.3.1校园智能卡管理子系统8
4.3.2食堂消费子系统9
4.3.3宿舍门禁子系统9
4.3.4查询子系统10
4.4一卡通数据中心的详细设计11
4.4.1硬件架构11
4.4.2数据库表单设计11
4.4.3校园智能卡的分类12
4.4.4校园智能卡的发放12
4.4.5校园智能卡的选取13
4.6图书管理子系统15
4.6.1硬件构成15
4.6.2数据表单设计15
4.6.3图书馆E-R图16
4.6.4读者管理16
4.6.5图书管理17
4.6.6借阅管理17
4.6.7上机阅览18
4.7小额消费系统18
4.7.1消费子系统硬件架构18
4.7.2食堂消费流程18
4.7.3数据表设计19
4.8宿舍管理子系统20
4.8.1系统组成20
4.8.2系统特点20
4.8.3工作原理21
5系统的测试22
5.1一卡通数据中心模块测试22
5.1.1测试设计22
5.1.2测试结果22
5.2图书模块测试22
5.2.1测试设计22
5.2.2测试结果23
5.3消费模块测试23
5.3.1测试设计23
5.3.2测试结果23
5.4宿舍模块测试24
5.4.1测试设计24
5.4.2测试结果24
6.总结25
参考文献26
摘要
近年来，物联网技术层出不穷，移动互联网也广泛被应用，云计算逐渐走进人们的生活，随之而来的教育信息化也逐步被推进。
随着社会的进步与变革，各学校原有的消费和管理模式已不能适应新的发展要求，原有的一卡通更多的是一个封闭的系统，已经无法适应社会和信息化的需要，由电信运营商提供的智能校园移动支付业务应运而生。
在国内高校中，使用RFID技术却已十分广泛，校园一卡通早已普及。
然而，高校校园中的物联网实际应用往往只停留在基本层面上，更深层次的应用还有待进一步探索。
本文的主要内容包括：
一、校园内各部门的各种计费或统计相关证件的统一（一卡通系统）。
这是一种较成熟的物联网技术，各地的城市一卡通都有不同的结合应用系统。
我在本地公交与银行结合发行的一卡通的基础上，分析问题，使用现有的性价比上各方都能接受的一种标识技术、阅读技术相结合及在现有各部门的数据库之间进行连通就能够较容易实现的一种校园一卡通系统。
“一卡在手，校内无忧。
”这是物联网在校园内成功应用的远景目标。
二、结合校园一卡通系统。
实现学生动态信息的查询统计。
如宿舍夜不归宿人员统计、学生进出校园时间的计录与统计、危险区域人员进出情况计录统计等。
关键词：
RFID；一卡通技术；物联网
1.绪论
随着计算机应用技术及互联网的飞速发展，在互联网的基础之上扩展和延伸并形成了新一代的网络技术—物联网。
随着科学技术的不断发展与在应用上的推广与普及，以及现在的社会对于能源节约、环境保护、工作效率等各方面理念上的认知，使得人们在自动识别、自动控制、智能行为等方面的应用需求上不断的显现出来，在计算机网络、传感器、数据采集、传输、存储、分析应用等相互结合、协调发展的基础上，物联网概念也就顺势而起，得到了前所未有的发展机遇、机会和动力。
2.需求分析
大学校园的现代化，要求现在教育过程更加紧密的与信息技术更加紧密的融合，要求学校网络资源的使用更加高效、更加合理，延伸学生的学习空间，提高学校在后勤管理中水平，提升学校在同类院校中的综合竞争力，加强学校管理的信息化与自动化的程度等。
这些都使得校园一卡通系统的建设成了当前的必然任务之一。
现在学校的师生们都在多种证卡的困扰下，一般都有多张证件与证卡，如上机卡、图书借阅证、学生证、工作证、就餐卡等。
如此多的证卡，无论是在携带上还是在使用上都很不方便，并且又容易相互间影响而造成证卡的信息丢失与错误携带等问题。
而在学校中图书馆，食堂、开水房、浴室，机房等三个部门间没有统一的系统进行数据的共享与交换，因为它们间的数据库是独立的数据信息库，彼此之间无法实现数据信息的资源互换共享，导致一旦证卡丢失，就要到不同的部门去对不同的证卡进行挂失或补办，不但造成大量人力、物力、财力上的浪费，更是给师生的日常学校生活带来了极大的不便和困难，更不利于学校对校园加强管理。
因此，学校迫切需要一种能够替代所有卡证的（如上机卡、学生证、工作证、就餐卡、借书卡等）多功能卡，它同时能够进行身份认证与小额度消费的全部功能，以方便学生、老师的生活、工作和娱乐。
校园一卡通系统正是在这种需求下提出来的，并能够满足学校这些方面的信息化要求。
这张证卡具有最基本的功能是要实现在校内各个方面实际应用校园一卡通系统，如进行图书馆的身份认证与计费、食堂内的就餐消费、宿舍出入的身份认证与门禁开关控制、上机的身份认证与计费等。
校园一卡通系统的最大功能是校园内各分部子系统内的信息能进行共享，某个部门内的数据改变可在与它有关的部门中得到对应的变更。
而各部门内的信息变更也都能在校园一卡通系统内进行记录，并可以通过相对应的查询系统进行查询。
3.建设一卡通系统的意义
校园一卡通系统旨在将全校师生现有的各类卡片（教工证、图书证、饭卡、学生证、洗浴卡、水卡、洗衣卡等）集成为一张校园卡，并根据具体需求，将这一校园卡的使用范围逐步推广到其他各类校园应用业务之中，进而完成统一的身份认证及相关的金融消费过程，最终实现校园货币的电子化、校园认证的统一化、校园管理的信息化、自助化与智能化，方便学校后勤统一管理，缓解了后勤工作中繁杂的工作，提高了管理的质量和效率。
4.一卡通的系统设计与实现
4.1一卡通系统的总体技术架构
综合教务子系统、
应用子系统的拓展。
如图4.1所示，校园一卡通系统从层次结构上分为数据服务层、业务逻辑层和用户表现层。
采用这种层次结构的最大的好处就是每一层都只对上一层负责，相互之间相对独立，便于封装，和维护，并提供了丰富的接口，作为其他子系统如综合宿舍门禁管理子系统等其他
校园智能卡用户通过应用子系统使用校园一卡通系统提供的各项服务，而学校的管理用户通过校园一卡通中心管理系统和学校财务管理子系统实现对校园一卡通系统中校园智能卡用户的管理和财务处理工作。
图4.1校园一卡通技术架构图
要实现上面的结构采用的关键技术是如下图4.2所示的模型-视图-控制（MVC）体系结构。
视图模型
模型-视图-控制结构是一种交互式的体系结构，共有模型、和控制组成。
它能够有效地降低数据在在存储和展示的连接度，并且能够有效的将之区分开来。
基于浏览器/服务器（B/S）模型的网页应用程序，其结构可以简单的概括为MVC结构，在这一结构中，M（Model）即模型，主要负责将现实存在的物品，经抽象归纳后建立数据库存储用模型；V（View）即视图，主要负责与用户交互时的可操作性的友好界面的设计；C（Controller）既控制器，主要负责根据用户的请求与模型层之间进行信息交互反馈，并通过视图将反馈的信息呈现给用户。
图4.2所示为MVC的体系结构关系图。
图4.2MVC体系结构图
而这里我们讨论的MVC，它只是一种设计的模式，并不是一种框架。
但它也是由三部分（层）构成的。
V层（视图层），该层里放的是在前台进行的页面html语言文件，M层（模型层），该层里放的是描述如何与数据库相连接以及其他的具体操作等的php文件，C层（控制器层），该层里主要放的是与前台的控制页面和后台的连接数据库文件的相关操作的php文件。
所以说，MVC模式是一个通过入口文件从而进入到控制器里，然后再经过控制器来分配任务，或是将前台页面提交过来的数值提交给M层来进行与数据库的之间的操作。
对MVC参考模型中的功能模块分别介绍如下：
1、视图（V），普通低端用户，直接进行相关操作的，与使用者进行直接信息交互的图形界面。
WEB应用程序和视图对于低端的用户而言是不明确它的差别的，就本质而言，视图是使用一个个的基于HTML语言的元素组成的一个窗口式界面。
而WEB应用程序中，尤其是新式WEB应用程度中，则出现了许多的新元素，像MacromediaFlash动画无素，XHTML等高级标记性语言和基于网络与分布式模块化组件WebServices等[25]。
这就使得新式WEB程序界面虽然仍是由HTML元素构成的视图窗口，但它所起到的作用却是有着明显的差别的。
2、控制器（C），根据用户的输入不同而选择与输入需求相对应的模型和视图为用户进行服务，以满足用户需求的就是控制器层的工作。
所以，对于控制层来说，它不是根据你的点击去空成的你的请求，而是根据你的点击请求，去给你匹配对应的完成任务的模型组件，并决定用什么视图来给你显示最终的结果数据[26]。
3、模型（M），根据定义，模型是表示具体数据库连接和具体业务行为的。
它能够将传统的关系型数据库给映射成面对对象的开发模型。
它是一个用于存放运行数据的组件。
在MVC的三个部分中，加工处理任务最重就是模型了。
例如，模型可以是用于服务器端组件EJB（EnterpriseJavaBean），也可以是一个基于动态Web服务器的ColdFusion。
由于这些模型都是能够跨平台的处理数据库的组件对象，所以模型中返回的数据大多都是中立的，即具有独立的数据格式。
虽然这是相对于模型而言的，但这样，模型就可以为多个视图提供数据服务了。
由于一个模型的代码只需要写一次，而模型又可以为多个视图服务，这样就大大减少设计时的大量的重复输入代码工作[26]。
4.1.1硬件平台架构
如下图4.3所示。
我校校园一卡通系统中共可以分成为以下几个比较大的系统模块。
它们分别为：
小额消费子系统和身份认证识别子系统及第三方并入连接子系统。
运用RFID智能卡的电子钱包功能，来完成的一种较小金额的自动刷卡扣费方式的一种自动化系统的，我们叫称其为消费子系统。
而校园一卡通系统中的消费子系统主要功能为在校园内的食堂进行的早中晚三餐的交易，开水房打开水时的交易，还有图书馆所错图书的损坏或丢失时的罚金，还有就是机房开放上机时产生的上网费用，后期还可扩展到校内超市内的购物支付。
对校园各种场所进行入时，运用RFID智能卡进行的身份验证与识别，如运动场，图书馆，宿舍，教学楼等，我们使用这一身份识别技术的系统叫身份识别系统。
这一系统的建设在加强校园内各场所的人员管理上，将起着很大的实际应用效果。
其流程如下，在各场所的入口处，配置RFID读卡器，当人员要进行入相应的场所时，在读卡器的阅读区对所持有的校园智能卡进行刷卡，读卡器从卡中读取基本信息区的信息，与一卡通中心数据库中的对应表单中进行查找，表中能够查找到的信息的就放行进入该场所，否则，给出对应的提示。
本系统可以设置在图书馆入口，宿舍入口，教学楼入口以及体育场的入口，进一步完善后还可实现教师与学生的考勤管理。
图4.3硬件拓扑图
4.1.2软件平台架构
在校园一卡通系统的应用中，由于大部分信息都是存放在中收数据库中的，所以数据库技术是整个校园一卡通系统的核心技术。
通过深层次的思考与讨论后，并根据数据库的选型原则及校园一卡通系统运行的实际要求，我们选择使用SQLSever2005以上的版本的数据库系统作为校园一卡通系统的数据库服务平台的基础软件，可以为用户在同一数据库上开设出不同的权限，如同学可以对自己的密码进行修改，但别的所有信息都没有修改权。
SQLSever数据库能够管理其自身的撤消。
为了使数据库的磁盘空间，在利用上更加有效，SQLSever数据库允许管理员对撤消表后产生的磁盘空间进行二次的静态分配。
而让数据库系统自身来处理对撤消后产生的空间块的争用问题，而这就是SQLSever数据库空间管理中的动态内存管理，它允许系统根据数据库空间的实际需求情况动态调整数据缓冲区中高速缓存块及共享池数据空间大小的分配方案。
这种透明化的内存控制与分配方式，帮助用户尤其是低端用户在使用SQLSever数据库的过程中减少优化内存参数所需的时间，减轻了优化内存时要做的大量的重复工作，而对高端用户来说，也能够避免因为某个工作量而进行的初始参数的调整工作。
SQLSever数据库是能够在多种类的操作系统平（Windows、Linux、UNIX、OS/2等操作系统和Intel系列的服务器平台上）上都能运行的一款开放的数据库系统。
不仅如此，它几乎与所有与数据库分配标准都是相兼容的，所发能够与现有的大多数数据库工具软件相兼容并充许大多数应用程序对其进行数据访问，同时能够轻松地在任何一种开放性的网络环境中实现数据管理。
由于它的通用性，能够充分的利用现有的数据库、硬件、软件，使得投资额度上有着明显的降低，从而给学校的带来费用降低和建设周期上的缩短。
4.2总体设计
图4.4一卡通系统功能构成图
如上图4.4所示，校园一卡通系统的总体功能模块可分为校园一卡通中心模块、校园与银行间的财务结转子系统、校园内应用子系统（小额消费子系统和身份识别认证子系统等）及第三方系统并接等四大部分。
4.2.1数据中心
校园一卡通系统中的校园一卡通数据中心是建立在校园网上的专用网之上的，主要是实现数据的集中存储、共享和校园一卡通系统中校园智能卡的综合管理业务。
具体功能包括有：
中间层服务器，负责与其它子系统之间的所有业务逻辑的处理；数据中心服务器，负责校园一卡通系统中的各项数据的存储、更新、备份、维护；查询服务器，负责网上各种查询服务。
4.2.2身份认证中心
这是校园一卡通系统的一个中心问题，包括了各种的身份认证如图书馆内的人员身份识别，宿舍门禁中的本宿舍人员的身份认证识别，考试考勤中的身份认证识别等。
4.2.3小额消费中心
本模块包括了，学生在食堂的就餐消费，开水和淋浴消费，机房上机消费等各场合下的小额度的资金结算。
4.2.4校银财务系统
校银财务系统是实现学校收费与个人银行账户进行联运的一种自动资金结算系统，由学校的财务部门主动与银行进行通信连接来完成的一种高加密的通信过程。
这样就大大减少了学校在收费时的现金收取时的真假币的辨别，现金存放安全等问题。
各应用子系统负责各子系统内的各项业务的处理工作并同时完成与中心数据库的信息共享，只有资源与信息共享在校园一卡通中心数据库和各应用子系统数据库之间真正的实现，才能做到全校师生的“一卡在手，走遍全校”的目标。
身份识别子系统如门禁控制子系统、上机认证子系统等，只要将从卡上读取的信息在系统中进行有效性验证确认即可。
4.3各子系统功能描述
4.3.1校园智能卡管理子系统
由于校园一卡通的特殊性，要求校园智能卡的管理子系统应具备开户、注销、挂失、解挂的功能，应为学生生活习惯的特殊性该系统也必须支持批量注销、换卡、补卡的功能；支持制作个人的个性定制功能。
对普通卡能够批量的进行数据导入导出和制作发卡，并生成生相应的操作报表等。
能够与互联网连接，方便学生、教职工进行信息查询。
校园一卡通涉及个人的信息、财产安全，必须对系统进行严格的管理，操作严格符合规范，按照各级不同的权限划分职能区域，进行分区域操作，并生成操作日志，以便检查。
4.3.2食堂消费子系统
食堂消费管理子系统由数据库技术、RFID技术组合构成。
利用RFID技术卡中的信息分区，做到了基本信息，与电子钱包信息的分区存储，这样我们就能够，分段进行校园智能卡的认证与消费。
工作步骤为先读取RFID智能卡内存放的基本信息，对智能卡进行安全性的与可用性的判断，当卡片通过认证后，再读取卡片内电子钱包内的余额信息，进行下一步的消费结算。
在实际的应用中，用RFID卡上的电子钱包的小额消费功能，在替代传统的现金、饭票等的消费方式，减少了找零的困难与时间，同时还减少了通过纸张传播病菌的途径，在增加了劳动效率的同时减少了病菌的传播与扩散可操作性既操作上的简单、方便、快捷性，在提升起劳动的效率等多方面的优点，使得一卡通系统得到了迅速的发展，
使用校园智能卡进行食堂的就餐消费可减少食堂工作人员清点现金及进行找零的工作从而大大的提高工作效率、节省买菜时的等待时间、也能避免人工差错造成的损失和减少病毒的传播。
食堂使用了有较强的防油、防污能力专用的POS消费机，能方便地同学生进行电子钱包的无现金交易。
4.3.3宿舍门禁子系统
宿舍门禁子系统是将智能卡技术、计算机控制技术和电子门锁技术进行了有机结合的一项实际应用系统。
在该应用系统中使用智能卡来替代传统的门锁钥匙，再配上智能卡的读取机和计算机数据库技术实现对电子门的智能化控制和管理，有效解决了传统门锁的使用信息登记与记录的繁琐和查找困难等等问题。
员工在此系统下进出门禁时，都会被告该应用系统捕获，并完成对相关信息的记录与保存，从而可以在此基础上进行查询。
电子门禁系统作为一种全新的信息管理手段替代传统的人工方式的签发、打卡、审核登记，极大的提高了宿管人员的管理工作的效率。
本应用子系统功能主要包含以下几项：
1、门禁机器的设置功能。
设置门禁机器的工作模式：
按系统验证，验证此卡是否在本系统中注册；按用户权限验证，验证用户是否有权通过；按用户时限验证，验证用户在此时间内是否有权通过；以及多种模式组合验证，以上各种模式相组合。
2、用户权限管理功能。
对管理用户权限的增加、删减。
3、门禁事件的监控功能。
对各门禁机设备的工作情况进行实时监测与控制；实时监控各门禁设备处的人员进出的情况，并能够通过连接显示屏的方法来显示用户的相关文字信息及图片信息等。
4、门禁机设备的采集功能模块。
主要是对通过门禁机的人员出示的智能校园卡片进行卡片内存储信息的读取，并把读取的卡片信息和当前读取信息的机器号以及时间数据存入相应数据库表单中。
还能对用户卡所做出的挂失操作进行及时更新。
将用户权限、时限下载到门禁机内；将黑名单下载到门禁机内。
5、数据报表分析。
提供各种数据的分析结果。
如人员出入时间的分析汇总报表、外来人员名单及时间分析汇总表、未按规定时间回归宿舍的人员名单及回宿舍的时间分析汇总表等。
4.3.4查询子系统
查询学生的补助金额和补助金的到帐时间；学生应扣款（例如：
学费、住宿费、书本费等）的金额及扣款时间进行的相关查询；对持卡人员的基本信息的查询，如通过所持智能卡进行学生所在班级、学号等基本资料的查询，通过学号或身份证号查询所持校园智能卡的卡号等。
对校园智能卡的充值情况及消费情况等的所有的明细查询及限定条件查询等。
校园卡丢失后，学生可通过登录WEB服务平台对所持校园智能卡通过学号进行挂失，避免其他学生捡到后拿去消费，造成不必要的损失等。
被挂失的卡在校园一卡通系统中将不能被正常使用，除了前去对应部门进行解挂处理。
图4.5数据中心硬件组成图
Fig.4.5TheCompositionDiagramofDataCenterHardware
4.4一卡通数据中心的详细设计
4.4.1硬件架构
在数据中心采用双服务器热备份的核心，并通过高速光纤通道与存储磁盘阵列相连接，组成全冗余结构。
新校建设完成后，在新校区架高远程备份服务器。
服务器间用高速千兆光纤网进行连接。
4.4.2数据库表单设计
本数据库中，设计表单如下：
表4.1校园智能卡表
Tab4.1theTableofCampusSmartCard
字段名
数据类型
备注
CARDNO
CHAR（20）
智能卡号
NAME
CHAR（8）
持卡人姓名
ID
CHAR（18）
持卡人身份证号
CARDLX
CHAR
（2）
卡片类型
CARDZHT
CHAR
（2）
卡片状态
CARDRQ
CHAR
（2）
卡片发放日期
YXQ
DATA（）
卡片有效期
LIB
CHAR
（2）
是否开通图书证
CARDYE
INT（6,2）
卡片余额
表4.2充值记录表
Tab4.2theRecordTableofPrepaid
字段名
数据类型
备注
CARDNO
CHAR（20）
智能卡号
TIME
TIME（）
时间
DATA
DATA（）
日期
CZJE
INT（6,2）
充值金额
CARDYE
INT（6,2）
卡片余额
校园智能卡表：
凡是在本系统中注册发行的校园智能卡都在表中。
以校园智能卡的卡号作为本表的主键，一张校园智能卡在本表中以一条记录出现。
见下表4.1所示。
记录着校园一卡通系统中，已经注册发放的校园智能卡的信息。
通本表中的ID键与学生表或职工表中的ID键进行一对一的外键约束性连接运算关系。
充值记录表：
记录了持卡人对校园智能卡内的电子钱包中，存入的资金情况的记录表。
一次存入作为一条记录存在于表中。
见表4.2所示。
记录着校园智能卡的持卡人，对卡中的电子钱包内的充值的信息情况，通过卡号键与卡表进行对应，一次充值作为一条记录存在于表中。
4.4.3校园智能卡的分类
能够使用校园智能卡的人员主要包括有操作管理员、在册学生、本校职工及校内家属、外聘人员、短期人员等几大类。
外聘人员指档案关系不归属学校人事档案的聘用人员；临时人员指临时进修、培训人员以及校外临时消费人员等。
我们就根据上述情况把校园智能卡进行初步划分：
教工卡：
档案关系属于我校的在职教职工。
卡片类型标记为“1”。
家属卡：
发放给在校内居住的档案关系不属于我校的人员（主要为在职职工的直系亲属）。
卡片类型标记为“2”。
学生卡：
发放给注册在校的学生。
卡片类型标记为“3”。
外聘人员卡：
发放给档案关系不属于我校的聘用人员。
卡片类型标记为“4”。
临时卡：
发放给临时施工人员等，可以用不记名式发放，也可用记名式发放，本种卡片主要是在校园入口通过时由校园门禁系统对进出人员进行身份的识别，同时也能进行现金充值并在对外开放场所进行消费使用。
卡片类型标记为“5”。
4.4.4校园智能卡的发放
下图5.2所示界面为校园智能卡单卡发卡界面。
可在在不同时客户端上进行不同的默认设置。
如校园大门口处的校园智能卡发放客户端，在此界面上，把卡片类型强行设置成为临时卡，发卡时期设置为发卡客户端的当前系统日期，卡片的有效期不得大于一周。
卡片默认余额为100元，而在发卡时收取100元的金额。
但在对外消费时增加余额大于50元的最小余额限定。
卡内余额减去当前消费金额后要大于50元。
而在对学生进行发卡时，结全我校的实际情况，也采用单卡发放模式，在新生报到时都有个网上报到注册环节，学生的校园智能卡的发放工作就放在网上注册一站，在网上注册机上安装上智能卡发放客户端，在打印注册表的同时调用发卡程序，界面图4.6所示界面相似，只是把卡片的类型强制性设置为学生卡，有效期默认设置为三年。
卡余额默认为零元。
智能卡号由连接的读卡取读取，而姓名和身份证号由注册程序中继承传递过来。
而对在职教工的校园智能卡的发放则采用，批量发卡的发式来进行完成。
在数据库外通过Excel电子表格进行编辑，注意列顺序：
智能卡号、持卡人姓名、持卡人身份证号、卡片类型、卡片状态、发卡日期、智能卡有效期、卡片余额。
然后通过导入的
升级会员 