自習室計時收費管理系統(tǒng)設計

1、I纟三蘇/尊EPC和RFID技術課程設計（論文）自習室計時收費管理系統(tǒng)設計院（系）名稱電子與信息工程學院專業(yè)班級物聯(lián)網(wǎng)121學號學生姓名指導教師起止時間：2015.12.21 2016.1.1課程設計（論文）題目（ 論 文 ） 任 務課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院學生姓名自習室計時收費系統(tǒng)設計教研室：物聯(lián)網(wǎng)工程教研室任務要求：通過讀卡讀取自習室使用人員的信息、使用時間等。 實現(xiàn)自習室計時收費功能。讀卡模塊設計實現(xiàn)讀卡操作。設計系統(tǒng)完成相應的功能。撰寫課程設計報告一份。1、2、3、4、5、技術要求：1、利用13.56MHz讀卡模塊來設計系統(tǒng)。2、無線數(shù)據(jù)通信部分基于Zig

2、Bee協(xié)議。3、讀卡終端采用CC2530核心板。4、系統(tǒng)能正常運行。軟件界面友好、操作簡單。5、米用C語言編寫代碼，不少于 300行。平時成績:總成績:答辯成績:論文成績:指導教師簽字:注：平時成績占 20%，答辯成績占40%，論文成績占40%。專業(yè)班級目錄第1章緒論1第2章需求分析1第3章系統(tǒng)概要設計23.1系統(tǒng)總體結構設計原則23.2系統(tǒng)具體操作流程 2第4章系統(tǒng)詳細設計44.1系統(tǒng)硬件設計44.1.1讀卡模塊設計 44.1.2系統(tǒng)的硬件結構44.2軟件設計54.2.1系統(tǒng)界面設計 54.2.2系統(tǒng)的代碼實現(xiàn)6第5章系統(tǒng)測試95.1系統(tǒng)測試的目的95.2測試環(huán)境95.3測試結果10第6章總

3、結11參考文獻12第1章緒論許多高等學校在不斷提高教學質(zhì)量的同時，也在提高學校的硬件設施，使學生擁有 良好的學習環(huán)境與生活環(huán)境為了學校在提高教學質(zhì)量的同時，也能提高公共設施的管 理水平,學校自習室必然要設計成為一個能反映學校公共設施的典型代表，針對于現(xiàn)在許多自習室管理還是人工管理，這遠落后于時代和發(fā)展的潮流，從而致使我們的自習室 管理低端化，人工化，經(jīng)營也很滯后，自習室管理存在高等學校所共有的落后的一面，隨 著高等學校教學學習工作的不斷增大的需求，其管理也變的愈加復雜，日常所需處理的 數(shù)據(jù)量也逐漸增大，教學運轉(zhuǎn)的中間環(huán)節(jié)也越來越多，原始的人工管理已無法應對這復 雜的情況。為了解決上述問題，我在

4、本次設計之中選擇了自習室計時收費系統(tǒng)設計，依靠現(xiàn)代 化的計算機信息處理技術來管理自習室，從而節(jié)省了大量的人力、物力、改善了自習室 管理者的工作條件，減輕了勞動強度，隨著現(xiàn)代科學技術的迅猛發(fā)展，計算機技術已滲 透到各個領域，成為各行業(yè)必不可少的工具，特別是In ternet技術的推廣和信息高速公路的建立，使IT產(chǎn)業(yè)在市場競爭中越發(fā)顯示出其獨特的優(yōu)勢，步入數(shù)字化時代，有 巨大的數(shù)據(jù)信息等待著加工處理和傳輸，這使得對數(shù)據(jù)庫的進一步開發(fā)和利用顯得尤為 迫切。作為國內(nèi)高校的一些自習室，他們在信息化過程中的步伐要落后國外管理水平， 而對于這些高校的資源管理，信息的存儲和處理也顯的迫切需要，要適應市場競爭，

5、就 需要有高效的處理方式和管理方法，因此加快高校自習室管理的電算化進程是必不可少 的。因此，自習室計時收費系統(tǒng)是針對高等院校不便管理自習室的現(xiàn)實而開發(fā)的智能計 時收費系統(tǒng)，采用計時收費方式，自習室按使用時間收費，操作簡單，使用方便，無需專人 值守,同時為自習室管理者提供統(tǒng)計報表，實現(xiàn)科學化的，現(xiàn)代化的全新管理方式，同時, 自習室的管理也正在走向智能化，自習室的管理系統(tǒng)也將更加完善，經(jīng)濟，講更好的滿足 大家,為提高學校的管理水平服務。隨著RFID技術的不斷深入發(fā)展，現(xiàn)在在技術上已經(jīng)具備了設計一個自習室計時收 費管理系統(tǒng)，以減輕人力物力的投入。這不但能為學校帶來更好的管理方法，提供了更 有效率的管

6、理模式，也大大方便了自習室的使用者，是個兩全其美的選擇，也是時代發(fā) 展的必然選擇。能為未來學校的發(fā)展和開展教學活動注入新的活力。極大地激發(fā)了學生 的自主學習興趣。第2章需求分析高校自習室是高校教學環(huán)境的重要組成部分， 其主要功能是為莘莘學子提供一個良 好的學習場所。自習室管理水平高低直接關系到其功能的有效發(fā)揮。當前國內(nèi)許多高校 自習室管理狀況不一，自習室的功能沒有得到完全發(fā)揮。如何優(yōu)化高校自習室的管理， 對于自習室功能的充分實現(xiàn)具有重要意義。然而高校自習室管理還存在諸多問題，從整體情況看，高校自習室管理現(xiàn)狀不容樂 觀。雖然每天都有大量的讀者在自習室里認真學習，然而自習室卻是高校最不受重視的 地

7、方。究其原因，主要是大多數(shù)人認為這里只是讀者自己學習和自行管理的地方。加之 來自習讀者的流動性大，不好管、難管，管理細致化存在一定的困難，所以一些高校圖 書館對自習室采取放任自流式的管理，管理員對于日常巡視中自習室出現(xiàn)的種種問題， 有讀者反映就處理一下，或短期內(nèi)整治，缺乏長期有效的管理。據(jù)了解，一些高校的自習室管理工作是聘用臨時工或者大學生志愿者、義工等來進 行，其管理專業(yè)素質(zhì)偏低。首先，他們對自習室的管理難以做到從管理者的視角出發(fā)去 處理自習室發(fā)生的事情，其處理方式比較粗糙。其次，一些臨時工的責任心不夠強，大 多只求工作過得去，完成基本工作任務。再次，由于是臨時工，且自習室工作人員的作 息制

8、度與圖書館其他工作人員不一樣，圖書館難以像對待正式職工一樣對他們進行約 束，全憑他們的自覺性。優(yōu)美安靜、通風良好、燈光充足、設施設備齊全的環(huán)境也是讀者所向往的。然而， 許多高校圖書館自習室的設施設備并不能完全滿足讀者的需要。某高校圖書館有幾間自習室是由舊書庫改進而成，其門窗老化，空氣不流通，存在安全隱患。許多自習室沒有 安裝空調(diào)，冬冷夏熱的自習室，很難吸引讀者前來學習，因而座位使用率不高，無法充 分發(fā)揮自習室的作用。此外，一些高校自習室沒有安裝門禁系統(tǒng)，校外人員和讀者隨意 進出，加之自習室內(nèi)沒有安裝攝像頭，容易造成個人或公共財物的損失。高校對自習室管理員和讀者的管理制度還不夠健全。其一，高校對

9、自習室管理員的 基本要求、監(jiān)督、考核以及獎懲等方面的規(guī)定還不明晰，這直接導致管理員的管理動力 不足。其二，自習室讀者管理制度缺乏或執(zhí)行不到位。一些圖書館對自習室管理松懈， 自習室張貼的讀者規(guī)章制度一貼就是多年，甚至很多自習室都沒有張貼任何規(guī)章制度， 這導致自習室工作人員在糾正和規(guī)勸讀者不良行為時無章可循。為徹底解決上述問題，設計自習室計時收費系統(tǒng)就顯得有為重要.第3章系統(tǒng)概要設計3.1系統(tǒng)總體結構設計原則基于EPC（和RFID的校園自習室計時收費系統(tǒng)的設計引導系統(tǒng)由登錄模塊,計費模塊,管理模塊,參數(shù)設置模塊組成。登錄模塊主要完成對用戶身份的驗證，不同級別的人有不同的權限。當識別器讀取 用戶卡信

10、息以后，會自動比對戶輸入用戶名、級別后、與數(shù)據(jù)庫中的用戶信息進行比對， 如果完全符合則登錄成功。否則刷卡不成功計費模塊主要完成計費及扣費功能。 學生進自習室以后。學生刷卡成功后，入口管 理員才允許進入。學生出自習室模塊。當學生離開自習室時，再次讀卡 ，系統(tǒng)計算用時 和費用，并自動從卡上扣除相應的金額管理模塊主要用于用戶的管理。負責創(chuàng)建.查找.修改.添加.刪除用戶的操作。每個 用戶有被賦予不同的級別，不同的級別有不同的權限，可以處理不同的工作。具體權限 如下：超級用戶：有權訪問所有的模塊。自習室管理員允許訪問除參數(shù)設置以外的所以模塊。參數(shù)設置模塊該模塊主要對系統(tǒng)預定義參數(shù)進行設置，包括費率設置，

11、免費學習時 間設置，自習室有效位設置等。系統(tǒng)硬件設計主要硬件包括:RFID射頻識別技術試驗箱,PC機將識別模塊通過協(xié)調(diào)器與系統(tǒng)連接起來,每當讀卡器讀取到數(shù)據(jù)后，會將數(shù)據(jù) 信息通過串口線傳遞到PC中的自習室收費系統(tǒng)中，系統(tǒng)會記錄一個開始時間，再次讀取 到相同信息的卡的信息時，自習室收費系統(tǒng)自己將此刻時間減去記錄的開始時間，計算出相應的費用。3.2系統(tǒng)具體操作流程系統(tǒng)安裝后，處于待機檢測狀態(tài)以節(jié)省能耗，當有學生要進入自習室使用時，首先 要刷卡，當識別器檢測到有卡讀入時，系統(tǒng)啟動，中央處理器判斷所讀信息是否合法， 如果不合法，則給出錯誤提示。如果數(shù)據(jù)合法。則記錄一個進入時間。同時打開門放行。 當用戶

12、準備離開自習室時，再次刷卡，系統(tǒng)將本次刷卡時間與之前記錄時間做差，得出 使用時間，在乘以相應費用，得出本次使用費用。并在卡上扣除相應金額。系統(tǒng)運行流程如圖3.1:圖3.1系統(tǒng)運行流程第4章系統(tǒng)詳細設計4.1系統(tǒng)硬件設計4.1.1讀卡模塊設計本系統(tǒng)讀卡模塊采用13.56MHZ讀卡模塊，模塊內(nèi)部集成了 ISO14443A協(xié)議，工作 模式有主動讀卡和被動讀寫卡模式，用戶可以自己設置；主動讀卡模式即為 IC卡接近 讀卡模塊后，讀卡模塊主動讀取卡片內(nèi)容，主動通過串口把讀卡信息傳送給上位機，無 需人為干預；被動讀卡模式開發(fā)人員只需通過通信接口發(fā)送簡單的命令便可以完成對IC卡的讀寫操作，而無需理解復雜的IC

13、卡通信協(xié)議；詳盡的開發(fā)文檔和完善的開發(fā)例程 可大大減少您的產(chǎn)品開發(fā)難度，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，方便、快捷地將當今最流行的非接 觸式IC卡技術融入自習室計時收費系統(tǒng)中。工作電壓：3.3V5V,用戶可自己設置成主動讀卡模式和被動讀卡模式兩種工作模式。功能：支持讀卡號ID,讀寫卡,扇區(qū)加密,增值減值（錢包）操作等，讀卡距離：標準卡大于 5cm通訊接口：串口 TTL或RS232（二 者不能同時使用），串口波特率：9600Bit/S，用戶可要求出貨前更改成需要的波特率， 支持卡類型：mifare 1 S50, mafare 1 S70,ISO14443 TypeA等卡片，I/O 輸出：支持兩路I/O輸出，工

14、作電流：v 50mA，工作溫度：-25 C 80 C。讀卡模塊硬件結構和電路如圖4.1所示二禺賈匚口 O25圖4.1 13.56MHZ讀卡模塊硬件圖14.1.2系統(tǒng)的硬件結構系統(tǒng)的硬件結構由數(shù)據(jù)讀取模塊，通過串口和串口驅(qū)動程序，連接至硬件數(shù)據(jù)采集引擎，通過 M函數(shù)計算，計算出時間和費用，并把數(shù)據(jù)返回給處理器，處理器接到數(shù)據(jù)后，進行判斷，并把執(zhí) 行命令按上述流程的逆序進行傳送，最后由執(zhí)行器執(zhí)行。執(zhí)行過程如圖4.2所示。圖4.2 系統(tǒng)硬件結構設計4.2軟件設計4.2.1系統(tǒng)界面設計Matlab產(chǎn)品系列被廣泛地應用于信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設計、通訊、系統(tǒng)仿 真等諸多領域。它的一大特性是有眾多的面向

15、具體應用的工具箱和仿真塊，包含了完整 的函數(shù)集用來對加速度、信號圖像處理，控制系統(tǒng)設計，神經(jīng)網(wǎng)絡等特殊應用進行分析 和設計。其他的產(chǎn)品延伸了 Matlab的能力，包括數(shù)據(jù)，報告生成，和依靠 MATLAB語 言編程產(chǎn)生獨立C/C+代碼等等。正因為其強大的科學計算與可視化功能、簡單易用的 開放式可擴展環(huán)境以及所擁有的各種面向不同領域而擴展的工具箱，使得MATLAB在許多學科領域中成為計算機輔助設計與分析、算法研究和應用開發(fā)的基本工具和首選平 臺。Matlab具有強大的數(shù)據(jù)處理能力及功能豐富的工具箱，被廣泛的應用于信號處理、 自動控制等領域。它編程語言簡單易學，利用簡單的命令就可以代替復雜的代碼，極

16、大 地提高了開發(fā)效率。本設計基于Matlab環(huán)境下設計了系統(tǒng)的界面開發(fā)，理論聯(lián)系實際， 本系統(tǒng)已RFID采集試驗箱為識別器,用戶界面是采用matlab中GUI功能為技術依托所 設計.,界面中包括系統(tǒng)名稱,.開始時間，結束時間,和本次費用，和開始鍵，開始鍵及為 復位鍵.最后設計的GUI界面如圖4.3所示。圖4.3 GUI界面設計4.2.2系統(tǒng)的代碼實現(xiàn)由于Matlab提供功能強大的各種計算，使用幾個簡單語句就能實現(xiàn)，因此采用Matlab編程語言非常適合。Matlab自帶的識別數(shù)據(jù)采集工具箱DAQ能更容易地將實 驗測得的數(shù)據(jù)進行分析和可視化操作，包括了三個模塊，其中M-File 函數(shù)是Matlab

17、中可直接調(diào)用的識別數(shù)據(jù)采集命令函數(shù)，通過M-file函數(shù)傳輸數(shù)據(jù)、參數(shù)和命令給識別數(shù)據(jù)采集引擎，并可從識別數(shù)據(jù)采集引擎中查看識別數(shù)據(jù)采集設備對象的狀態(tài)、參數(shù)和抽取數(shù)據(jù)，所有的實時識別數(shù)據(jù)采集任務都通過這些函數(shù)的調(diào)用來實現(xiàn)。識別數(shù)據(jù) 采集引擎（Data Acquisition Engine）是Matlab環(huán)境下進行實時識別數(shù)據(jù)采集的核心。它執(zhí)行M-flie函數(shù)所規(guī)定的功能，并監(jiān)視和控制識別數(shù)據(jù)采集設備對象的狀態(tài)，以及存儲和管理所采集的數(shù)據(jù)。一旦實時識別數(shù)據(jù)采集任務啟動，它就類似于DOS環(huán)境 下后臺 運行的監(jiān)控程序，所有的識別數(shù)據(jù)采集任務就置于它的監(jiān)控和管理之中。硬件 轉(zhuǎn)接驅(qū)動程序（Hardwar

18、e Driver Adaptors）建立采集卡驅(qū)動軟件（driver） 與數(shù)據(jù)采集引擎之間的數(shù)據(jù)、命令和參數(shù)的傳輸通道，對于不同的板卡，需要不同的驅(qū)動程序,可以是動態(tài)鏈接庫文件（* . DLL），也可以是Matlab下的共享庫文件（* . MEX。它提 供了以下主要的功能：1.以相同的指令操作模擬輸入（AI）、模擬輸出（AO）、數(shù)字輸入輸出(DIO)和同步模 擬輸入輸出轉(zhuǎn)換各式功能，不會因不同硬件而產(chǎn)生不同的指令。Matlab使用方便，輸入簡潔，運算效率高，內(nèi)容豐富，可由用戶自行擴展，能夠同時 進行數(shù)學運算，識別數(shù)據(jù)采集，信號分析，模型建立和可視化解釋等的強大綜合功能的科 學軟件。主要部件是識

19、別數(shù)據(jù)采集工具箱，它提供了硬件驅(qū)動程序和 Matlab環(huán)境之間“對 話”所需的硬件驅(qū)動程序適配器、識別數(shù)據(jù)采集引擎和 M-文件函數(shù)。M件函數(shù)硬件驅(qū) 動適配器識別數(shù)據(jù)采集引擎硬件驅(qū)動程序硬件傳感器執(zhí)行器磁盤文件Matlab。硬件驅(qū)動適配器在硬件驅(qū)動程序和識別數(shù)據(jù)采集引擎之間交換屬性數(shù)值、數(shù)據(jù)和事件；識別數(shù)據(jù)采集引擎用來存儲各個設備對象，以及每個設備對象的屬性；對采集到 的數(shù)據(jù)進行存儲并且使不同事件同步；M-文件用來創(chuàng)建設備對象、采集或輸出數(shù)據(jù)、配置屬性值和檢測識別數(shù)據(jù)采集狀態(tài)和識別數(shù)據(jù)采集設備。要訪問硬件設備，就要使用工具箱提供的設備對象設備對象提供了訪問硬件設備功能的途徑，使用設備對象可以控制

20、識別數(shù)據(jù)采集應用程序每一個設備對象對應著一個特定的硬件子系統(tǒng)。MATLAB識別數(shù)據(jù)采集工具箱提供的設備對象有模擬輸入設備對象(AI)、模擬輸出設備對象(AO)和數(shù)字輸入/輸出設備對象(DIO).在進行采樣之前，要創(chuàng)建合適的設備對象。Matlab部分代碼：fun cti on un titled_Ope nin gFc n( hObject, eve ntdata, han dies, vararg in)% This fun cti on has no output args, see OutputFc n.% hObjecthan dle to figure% eve ntdata rese

21、rved - to be defi ned in a future vers ion of MATLAB% han dles structure with han dles and user data (see GUIDATA) % varargin comma nd line argume nts to un titled (see ARARGIN) % Choose default comma nd line output for un titled han dles.output = hObject;% Update han dles structure guidata(hObject,

22、 han dles);% UIWAIT makes un titled wait for user respo nse (see UIRESUME) % uiwait(ha ndles.figurel);fun cti on edit1_Callback(hObject, eve ntdata, han dles)% hObject han die to editl (see GCBO)% eve ntdata reserved - to be defi ned in a future vers ion of MATLAB% handles structure with handles and

23、 user data (see GUIDATA)% Hin ts: get(hObject,'Stri ng') retur ns contents of edit1 as text% str2double(get(hObject,'Stri ng') retur ns contents of edit1 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.fun cti on edit1_CreateFc n( hObject, eve ntdata, han

24、 dles)% hObject han dle to edit1 (see GCBO)% eve ntdata reserved - to be defi ned in a future vers ion of MATLAB% han dles empty - han dles not created un til after all CreateFc ns called get(O,'defaultUico ntrolBackgrou ndColor')set(hObject,'Backgro un dColor','white');end%

25、Hin ts: get(hObject,'Stri ng') retur ns contents of edit2 as text% str2double(get(hObject,'String') returns contents of edit2 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.fun cti on edit2_CreateFc n( hObject, eve ntdata, han dles)% hObjecthan dle to ed

26、it2 (see GCBO)% eve ntdata reserved - to be defi ned in a future vers ion of MATLAB% han dles empty - han dles not created un til after all CreateFc ns called% Hint: edit con trols usually have a white backgro und on Win dows.%See ISPC and COMPUTER.If ispc&&isequal(get(hObject,'Backgro u

27、n dColor'), get(0,'defaultUico ntrolBackgrou ndColor')set(hObject,'Backgro un dColor','white');第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)測試的目的系統(tǒng)測試是為了盡早發(fā)現(xiàn)并改正系統(tǒng)中的錯誤，提高系統(tǒng)可靠性的一種方式。他是 系統(tǒng)生命周期中非常重要和復雜的工作，對系統(tǒng)可靠性保證具有極其重要的意義。目前 的條件下，系統(tǒng)測試在未來相當長的一段時間內(nèi)仍然是系統(tǒng)可靠性保障的的強力方法。 系統(tǒng)工程的目標是利用有限的人力和物力資源，高效高質(zhì)的完成系統(tǒng)項目。不足的測試 會隱含著太多

28、的錯誤，過度的測試則浪費人力物力。測試的目的是為了使系統(tǒng)中蘊含的 缺陷低于某一特定值，使產(chǎn)出，投入比達到最大。5.2測試環(huán)境測試是在ETC-RFID物聯(lián)網(wǎng)綜合試驗箱,移動支付模塊及協(xié)調(diào)器，PC及和MATLA軟件 的環(huán)境下進行的，測試卡頻率是13.56M赫茲，測試模塊如下圖圖5.1系統(tǒng)識別模塊5.3測試結果圖5.2系統(tǒng)運行測試結果本系統(tǒng)最終實現(xiàn)了預期目標，完成了通過讀卡讀取自習室使用人員的信息、使用時 間等。實現(xiàn)自習室計時收費功能。讀卡模塊設計實現(xiàn)讀卡操作。由于受測試條件，時間，水平，經(jīng)驗的限制，本次測試只進行了有限的次數(shù)，本系 只能能正確讀取，計時，計費。在系統(tǒng)安全，系統(tǒng)穩(wěn)定性方面測試還遠遠不

29、夠。第6章總結時間一點點的逼近了，耗時 2周的課程設計即將結束，在老師的指導和自己的努 力下我的畢業(yè)設計也完成了。自習室計時收費系統(tǒng)功能已經(jīng)基本實現(xiàn)，在設計過程中， 老師指引我們將四年來學習的理論知識與實踐想結合起來，依據(jù)系統(tǒng)生命周期方法，將系統(tǒng)逐漸完善，從可行性研究、需求分析、總體設計到詳細設計，到編碼實現(xiàn)，測試， 這其中遇到無數(shù)問題，有的是設計上的，有的是技術實現(xiàn)上的，在解決這些問題的過程 中，我深深的領悟到了系統(tǒng)開發(fā)的奧妙，也使我對基于RFID的技術開發(fā)有了濃厚的興趣。從項目的規(guī)劃、調(diào)研開發(fā)，到編碼、測試，充分體會到了做一個管理系統(tǒng)的不容易。 但這也鍛煉了自己的動手能力，使在記憶中模糊的知識變得清晰， 也讓我認