【導(dǎo)讀】取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已。在論文中作了明確的說明并表示了謝意。申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。子的在校時間的了解情況越來越有需求。的刷卡式考勤，這使得這項工作變得非常復(fù)雜而沒有效率。成為學(xué)校信息化建設(shè)過程亟待解決的重要問題。因此，研究如何建立。先進、安全、跨平臺、高效率的智能考勤管理應(yīng)用系統(tǒng)具有重要意義。機上；另一方面學(xué)?？梢酝ㄟ^學(xué)校管理系統(tǒng)來統(tǒng)計學(xué)生的出勤情況。系統(tǒng)主要由前端硬件、家校通服務(wù)器和相關(guān)軟件管理平臺組成。地獲取學(xué)生出入校信息。到了建設(shè)平安校園這一目的。

　　

【正文】 0 2( 2 )( 0) 0! t tts eP P K e?? ???? ? ?? ? ? ? (26) 根據(jù)定義，成功傳輸 數(shù)據(jù)包 的概率可以 定義 為 s tP ??? (27) 綜合 上述各式 可以得出 2 tte ?????? (28) 2GS Ge?? (29) 將 上 式 29對 G進行 求導(dǎo)，可以 運算出 在 G= 時，吞吐率 的取值會 最大，S取值差不多為 %。 對于少量的數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)包 ,傳輸信道是不習(xí)慣大部分時間 ,當(dāng)增加數(shù)據(jù)包的交換 ,然而 ,標(biāo)簽碰撞 會立即增加 。 (2) 二進制搜索算法 (BS) 上節(jié)中介紹的 防沖突算法 都是概率性的 ， 下一節(jié)我們將會給大家闡述 另一類算法 ，這類算法被稱之為 確定性 算法 。 因為 BS（ 二 制 法 查找 算法 ） 算法 簡單、靈活 ， 所以 這類 算法 使用 較為 廣泛 。 1． BS 算法的描述 BS 算法，并使用連續(xù)質(zhì)量的平衡是相似的。 BS算法來 規(guī)避 的數(shù)據(jù) 干擾 是能夠確定準(zhǔn)確的位的位置的前提下，適合于該編碼方法是特別重要的。 BS 往往是采用曼徹斯特編碼，編碼的半個周期的負極 l跳，跳為 0，沒有跳躍條件不允許的情況下，被確認為一個錯誤。當(dāng)多個標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)值是不同的，正和負跳變會相互抵消，所以沒有跳，讀寫設(shè)備碰撞就可以知道究竟在何處 。用 Manchester 15 編碼檢測沖突的情況如圖 23 所示。 圖 23 全雙工 、 半雙工 、 時序法比較 圖 24是 碰撞流程圖 ，針對 二進制搜索算法。當(dāng) 有標(biāo)簽進 入到讀頭的范圍，讀頭就開始工作，進入到防碰撞流程 ，讀取和寫入請求命令和碰撞周期的開始時間，如果有多個（ N）標(biāo)簽 則發(fā)生 碰撞。讀 /寫設(shè)備 首先是能夠 準(zhǔn)確檢測到?jīng)_突，然后發(fā)送碰撞命令， 對其進行處理 。所以，最后成功地在第一輪循環(huán)結(jié)束時，標(biāo)簽和使用權(quán)的溝通與讀 /寫設(shè)備。 讀頭 完成通信發(fā)出指令 后，“沉默”，進入狀態(tài)的標(biāo)簽，這個標(biāo)簽是不再從設(shè)備響應(yīng)任何命令 。因此，碰撞后的周期 N1 次，所有標(biāo)簽可以識別。 16 圖 24 BS算法基本流程 本章總結(jié) 本章主要介紹了 RFID 技術(shù)基本原理、系統(tǒng)組成 、系統(tǒng)特點和系統(tǒng)分類。并就家 校通中使用的 RFID 做了簡要說明，同時重點介紹了 RFID 的防碰撞技術(shù)，因為家校通系統(tǒng)的識別容量直接和 RFID 防碰撞技術(shù)相關(guān)。我們將會在接下來的章節(jié)中具體介紹家校通系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和每部分模塊的具體功能和參數(shù)。 17 第 三 章 基于 RFID 家校通智能考勤系統(tǒng)組成 系統(tǒng)概述 基于 RFID 家校通智能考勤系統(tǒng) 是一套 融合 RFID 技術(shù)、計算技術(shù)和無線技術(shù)于一體的信息交流系統(tǒng)。 只要學(xué)生帶有電子標(biāo)簽，在進出門時就可以被識別出來 ， 經(jīng)過后臺判定算法的處理，最終已短信的形式發(fā)到家長手中 ， 學(xué)校及可以輕松做好考勤管 理，家長又可以放心 。特殊的雙頻識別卡技術(shù)同時也能實現(xiàn)學(xué)生學(xué)籍管理和消費 支付的功能。 通過我們的家校通平臺，一根連接學(xué)校和家長的管道就形成了，雙方溝通更加便捷，也有利于孩子成長 。 我們研究基于 RFID 的家校通考勤系統(tǒng)，通過對 RFID 技術(shù)分析和研究，充分的利用了 RFID 的遠距離識別、低功耗、防碰撞等關(guān)鍵技術(shù)，使得本套系統(tǒng)具有很大的市場應(yīng)用價值。 工作原理 首先，我們會在校門的內(nèi)外側(cè)分別部署一個 讀頭 （圖 31 中讀寫器） ，同時學(xué)生攜帶的電子學(xué)生證 （圖 31中 Tag） 安裝了雙頻的 RFID 模塊（ 和 ），其中高頻模塊會主動向外廣播消息，而此時 讀頭就負責(zé)采集廣播的消息，并記錄下采集消息的時刻 。 當(dāng)攜帶電子學(xué)生證的學(xué)生進入校門時，系統(tǒng)會根據(jù)電子學(xué)生證內(nèi)的標(biāo)簽信息被安裝在學(xué)校 校門外側(cè)的讀頭先讀到，然后被校門內(nèi)側(cè)的讀頭讀到 ，通過智能終端判斷出學(xué)生進校的考勤信息，并將考勤信息傳輸?shù)郊倚Ｍǚ?wù)器，通過短信網(wǎng)關(guān)，把該標(biāo)簽（學(xué)生）進校信息發(fā)送到對應(yīng)家長的手機號碼上。 表明該學(xué)生何時進入校園。 當(dāng)攜帶電子學(xué)生證的學(xué)生 離開 校門時，系統(tǒng)會根據(jù)電子學(xué) 生證內(nèi)的標(biāo)簽信息被安裝在學(xué)校 校門內(nèi)側(cè)的讀頭先讀到，然后被校門外側(cè)的讀頭讀到 ，通過智能終端判斷出學(xué)生進校的考勤信息，并將考勤信息傳輸?shù)郊倚Ｍǚ?wù)器，通過短信網(wǎng)關(guān)，把該標(biāo)簽（學(xué)生）進校信息發(fā)送到對應(yīng)家長的手機號碼上。 表明該學(xué)生何時離開校園。 關(guān)于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸和相關(guān)判定算法將會在下面章節(jié)中具體討論。 圖 31 18 為家校通方案示意圖，圖 32 為家校通系統(tǒng)框圖。 圖 31 家校通方案示意圖 圖 32 家校通 系統(tǒng)框圖 19 主要硬件設(shè)備 及相關(guān)技術(shù)說明 家校通電子學(xué)生證 (1)標(biāo)簽 介紹 家校通電子學(xué)生 證是指電子標(biāo)簽， 在設(shè)計的 系統(tǒng)中使用的電子標(biāo)簽 是一種新型的 雙頻標(biāo)簽，可以工作 和 兩個頻段， 兩個不同的頻段分別體現(xiàn)了標(biāo)簽不同的工作性質(zhì)。 由于目前市場上廣泛使用的是 的低頻標(biāo)簽，這種標(biāo)簽工作距離較近，需要靠近感應(yīng)區(qū)才能工作，通常體現(xiàn)為刷卡。同時鑒于學(xué)校是人員密集單位，傳統(tǒng)的刷卡形式很難提高學(xué)生考勤的工作效率，同時考勤的數(shù)據(jù)也不會立即反饋到班級老師手中，形成了數(shù)據(jù)割裂。 本系統(tǒng)中所使用的標(biāo)簽為 的高頻標(biāo)簽，該標(biāo)簽為有源標(biāo)簽，會主動周期性的向周圍廣播消息（包括學(xué)生的 基本信息），同時 的最大好處在于學(xué)生考勤時不需排隊等候，只要進出校門時就會被校門內(nèi)外的讀寫器讀到，考勤信息就會被記錄。 同時標(biāo)簽中附帶的 的低頻模塊是實現(xiàn)校園一卡通功能。 圖 33 雙頻標(biāo)簽（電子學(xué)生證） (2)主要特點 20 雙頻標(biāo)簽：內(nèi)部集成 和 標(biāo)簽，兼容校園一卡通系統(tǒng)。 防沖突方案：高速無線通信，防沖撞能力強。 遠距離：通信距離遠，與讀寫器可靠通信。 超低功耗：在不更換電池的情況下可正常工作，電池電量過低時自動報警。 安全無輻射：超低功耗設(shè)計 ，對人體和環(huán)境無任何影響。 優(yōu)良材質(zhì)，高防護等級：采用 ABS 材質(zhì)， 有著非常優(yōu)良的化學(xué)性能，如抗干擾、腐蝕、堅硬等等 。防塵、防水等級達到了國家 IP65 防護等 級。 圖 34 雙頻標(biāo)簽結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 圖 34為雙頻標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，從上圖中可以看出，圖中分為三個區(qū)域： 模塊、 模塊和 SIM/UIM 卡模塊，它們?nèi)吒饔蟹止?，分工詳細已經(jīng)在上節(jié)中介紹。 (3)標(biāo)簽 框圖和 參數(shù) 圖 35 雙頻標(biāo)簽結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 本學(xué)生卡的設(shè)計框圖如上圖 35， 電源給單片機供電，單片機控制射頻模塊 。單片機為 TI公司 的 MSP430 系列 單片機，射頻模塊為臺灣 苼科 的 AS7125 模塊。下面我們具體介紹兩個模塊的功能。 21 MCU： 我們使用的 MCU為 TI 公司的 MSP430系列 單片機，因為 TI 公司的 MSP430系列 單片機有一個顯著特點就是超低功耗 ， 很適合需要長時間電池供電的場合 。芯片的 CPU 是一個十六位精簡指令集 ,集成了一個十六位 位寄存器和常數(shù)發(fā)生器 ， 雙方配合可以發(fā)揮芯片的具有優(yōu)勢 ， 它采用數(shù)字控制振蕩器 DCO， 模式切換時間非常短，從低功耗模式到喚醒模式 。 MSP430x41x 系列微控制器 通用組成為十六 位定時器 一個 ,對比 器 , LCD驅(qū) 動器和通用 輸入輸出 引腳 。 其中比較大眾化的應(yīng)用是工業(yè)中各種儀器和實驗設(shè)備。 下圖為其封裝圖。 下面依次介紹其處理單元、中央處理器和指令集 ，并對其進行簡要說明 [2123]。 1． 處理單元 ： 處理單元 給予特殊設(shè)計 的 CPU 和 命令集合 ， 這種設(shè)計是源于精簡 命令 的思路，并在這個基礎(chǔ)上進行了一些控制流的優(yōu)化。通過這種設(shè)計，是系統(tǒng)更易操作和開發(fā) ， 所有的 運算方式 和寄存器 運算有些類似，但是其 流程控制指令 卻有些特別 ， 其中 數(shù)據(jù) 源操作數(shù) 尋址方式 有七種 ， 目標(biāo)操作數(shù) 尋址方式 有四種 。 2． 中央處理 單元 ： CPU中 光用于縮短操作時間的寄存器就有 16 個 這些寄存器大大的提高了執(zhí)行時間 ， 所有的寄存器操作都可以在一個時鐘周期內(nèi)完成， 另外有 4個寄存器 有著一個專業(yè)作用 ： 一個狀態(tài)寄存器 、 一個是程序計數(shù)器 、 一個堆棧指針 和 一個常數(shù)發(fā)生器 ， 剩下的 寄存器 全部都是 通用寄存器 。 數(shù)據(jù)地址和控制總線與 CPU相連 的是外部 模塊 ， 要相對他們進行控制只需要操作一下寄存器就可以了。 3． 指令集 ： 采用寄存器結(jié)構(gòu)的指令體系 ， 提供一種非常強大易用的匯編語言 ， 整個指令集由 51條指令構(gòu)成具有三種格式和七種尋址方式 。 4． 尋址方式： 通過計算進行轉(zhuǎn)移 （ BR） 和子程序調(diào)用 (CALL)指令采用和其他指令相 同的尋址方式 ， 由于這些尋址方式提供了間接尋址方法 , 非常適合通過計算地址來實現(xiàn)分支跳轉(zhuǎn)和子程序調(diào)用 ， 這種編程能力實現(xiàn)了一種不同于傳統(tǒng)8位或 16 位控制器的程序結(jié)構(gòu) 。比如 ,可以很容易地解決多程序調(diào)用中的指針和堆棧問題 ， 而不必通過設(shè)置大量程序標(biāo)志來進行流程控制 。下表為尋址方式描述。 表 31 尋址方式 尋址方式 SD 語法 例子 操作 寄存器尋址 √ √ MOV RS,RD MOV R10,R11 R10,R11 相對尋址 √ √ MOV X(Rn),Y(Rm) MOV 2(R5),6(R6) M(2+R5) M(6+R6) 符號 PC 相對尋址 √ √ MOV EDE,TONI M(EDE)M(TONI) 絕對尋址 √ √ MOV amp。MEM,amp。TCDAT M(MEM)M(TCDAT) 間接尋址 √ MOV @Rn,Y(Rm) MOV @R10,Tab(R6) M(R10)M(TAB+R6) 間接變址尋址 √ MOV @Rn+Rm MOV @R10+,R11 M(R10)R11 22 R10+2R10 立即尋址 √ MOV X,TONI MOV 45,TONI 45M(TON1) 圖 36 MSP430封裝圖 RF 模塊：我們使用的射頻模塊為臺灣苼科的 A7125 芯片，因為 A7125 是一低成本且 適用于 ISM 頻段的無線射頻芯片。 A7125 芯片 內(nèi) 包 含有高靈敏度的接收器 (2Mbps@90dBm)，所以在 10 米內(nèi)的應(yīng)用產(chǎn)品， 這樣 可以大幅降低 RF的發(fā)射能量 （ 0dBm10dBm） ,來避免射頻產(chǎn)品對人體造成的可能傷害。 A7125同時內(nèi)建了 RSSI及溫度感應(yīng)器，可以用來偵測環(huán)境對 RF模塊的影響；還內(nèi)建了一個 channel ADC，可用來對外部電壓作類比數(shù)位轉(zhuǎn)換； 最后還內(nèi)建一個無線喚醒機制（ WWS: wireless wakeup system），可用來延長電池壽命。其封裝為 QFN4X4 20 pin，圖 37 為其封裝頂視圖。 A7125 的工作頻率可以通過程序設(shè)置， 其 最高位 為 2Mbps。在數(shù)位介面部分，支持 4pin 或 3pin 的 串列界面控制（ SPI）。另外對傳輸資料的處理有兩種模式可供選擇： 一、 FIFO 模式 ；二、 Direct 模式。在 FIFO 模式下， 芯片利用內(nèi)部的記憶體先把要發(fā)射的資料存儲下來， 還支持 CRC 校驗 、 FEC（約可增加靈敏度 12dB）和 data whitening 的編碼和解碼。 23 圖 37 QFN4X4封裝頂視圖 表 32 學(xué)生標(biāo)簽相關(guān)參數(shù) 工作頻率 ， 調(diào)制模式 GFSK 通信速率 2Mbps 卡號編碼 32 位唯一識別碼 識別距離 米～ 80 米可調(diào) 接收靈敏度 90 dBm 使用年限 35 年 工作溫度 40℃ ～ +80℃ 保存溫度 60℃ ～ +85℃ 抗干擾性 10V/m ～ 1000MHz AM 調(diào)幅電 磁波 尺寸 重量 20g 材料 ABS+PC 防護等級 IP65 防爆標(biāo)準(zhǔn) 符合 、 的規(guī)定 家校通 讀寫器 (1)讀寫器介紹 家校通 讀寫器即讀頭，工作在 頻段， ISM（ Industry Science Medicine）是全世界公開通用使用的無線頻段，在 頻段下 ，其識別距離會很遠，同時 有一個優(yōu)勢就是抗噪性能好 ， 一個顯著的特點就是識別距離遠。 讀寫器在讀到 標(biāo)簽廣播的消息后，會將數(shù)據(jù)上傳到家校通服務(wù)器，將數(shù)據(jù)推送到后臺。同時被系統(tǒng)中使用的讀頭具有方向性，在正對讀寫器頂面板方向可讀性較好。 圖 38為 系統(tǒng)中 所 使 用 讀頭。 24 圖 38 (2)主要特點 工作頻段： 讀寫器工作在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療 (ISM)頻段， 故 無需申請頻帶。 天線設(shè)計： 讀寫器和天線采用一體化設(shè)計， 讀寫器中的天線直接設(shè)計在面板中 ， 這樣我們可以讓信號采集的方位角控制在一個特定的方向上 。 識別距離： 讀寫器讀取標(biāo)簽范圍從