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打造你的智慧生活,城市生活圈信息系统设计,提供软硬件解决方案

作者:时间:2017-06-08来源:网络

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201706/352433.htm

一前言

进入到21世纪以来,互联网应用经历了爆炸式发展,最新消息表明因众多嵌入式终端设备接入因特网需求在持续攀升,IPV6已悄然兴起。

同时近两年物联网概念火热,美国将物联网称为IOT(Internet of things),意味着将物联网看作是互联网的扩展。而互联网应用在近几年进入了广泛的网络社区化应用阶段,从BBS到微博的广泛流行,人们越来越希望通过各种媒介和手段获取信息,特别是与生活密切相关的信息。

智能识别技术()也在快速发展,并且渗透到了人们生产、生活、经营各个层面。已经在门禁系统、公交系统等公共系统上得到了广泛的应用,由于具有较好的灵活性和信息存储能力,将逐渐发展成为城市互联网应用和物联网发展中的关键因素。互联应用和智能识别应用使得人们获得了空前的信息获取渠道,能够丰富人们的生活方式。

“城市让生活更美好”是上海世博会的主题,城市具有良好的物质和精神生活条件。但是很多80、90后城市“蚁族”却在抱怨城市中找不到归属感,而这个问题也已经是城市中长久存在的一个问题。

我们设计的结合了互联应用技术和技术,将已经得到广泛普及的门禁系统低成本接入互联网,为住户提供用户的城市生活圈内与生活紧密相关的各种信息。不仅方便了用户生活,还扮演者社区互动和交际平台的身份,具有良好的社会影响、市场和应用前景。

二可行性分析和方案论证

1可行性分析

RFID门禁系统已经得到了广泛的普及。通过调查我们发现,绝大多数人每天的生活范围都在离住址2KM范围内。即使是学生和上班族,也会有大量的时间停留在2KM范围生活圈内。因此我们把城市生活圈定义为离住址方圆2KM的范围。

图1 城市生活圈定义

城市生活圈内包含生活中大量重要的元素,如:商店、娱乐场所、餐饮场所、公园等。这些元素的信息与用户生活紧密相关。用户希望能够方便快捷且免费获取这些与他们生活密切相关的信息。

且城市中,小区邻居或近邻间几乎没有交流平台和机会,双方如陌生人一样,而这也导致社区活动难以得到大家的响应。尤其在中国房地产市场火热的情况下,大量新的小区不断涌现,年轻人也通过网络感慨过年由于社区举办活动太少,完全没有过年的感觉。

经过细致的调查,我们发现门禁系统在小区得到了广泛的普及。小区住户出入家门会经过各自楼栋的RFID门禁系统,人流量稳定。所以考虑利用现有的RFID门禁系统改造,并搭载。新应用背景下的城市生活圈门禁系统具有如下优点:

  1. 除了门禁功能,可以将用户信息上传服务器进行统一管理

  2. 用户仅需凭借自己的身份卡即可免费查看生活圈信息,免去实名注册一系列过程

  3. 具备良好的扩展性

2城市生活圈信息系统方案论证

经过实验测试证明,LifeSpace城市生活圈信息系统在技术上完全可行。整套系统被划分为RFID门禁终端和服务器两部分。

图2 城市生活圈系统划分

ALifeSpace城市生活圈信息系统功能需求论证

根据系统的可行性分析,我们提出该信息系统应具备以下功能:

  1. 具备现有RFID门禁功能

  2. 具备现有RFID门禁住户访问功能

  3. 通过无线网络向服务器发送用户信息

  4. 获取生活圈或城市的天气和空气信息

  5. 通过服务器获取生活圈内各种与生活紧密相关的信息

  6. 服务器能向小区住户发送短信告知相关信息

  7. 小区住户通过手机或PC登录服务器可设置是否接收家庭成员进出小区提醒

BLifeSpace城市生活圈信息系统技术论证

RFID门禁端硬件方面:

1. 使用 Ethernet Stater Kit (MX795F512L)为主控制器

2. 使用Multimedia expansion board(QVGA, screen touch, WIFI)为外设扩展

3. 使用RMU900 UHF RFID reader(RFID tag antenna 频段900M)实现射频标签读取

RFID门禁端软件方面:

1. 使用Microchip Graphic Library V2.11开发GUI页面

2. 使用Microchip TCPIP stack V5.25实现TCPIP数据包交互

3. 使用实时操作系统FreeRTOS为任务管理系统

4. 使用Microchip MPLAB IDE编写RFID门禁端代码

服务器端:

1. 采用visual studio 2010使用C#编写服务器后台

2. 采用php,apache WEB发布建立的服务器页面

3. 采用MySQL数据库建立服务器数据库系统

三LifeSpace城市生活圈信息系统工作原理

该系统原理框图如图3所示。RFID门禁终端、服务器及手机都接入互联网。用户通过手机或电脑上网登录服务器即可方便设置是否获得家庭成员的进出提醒。RFID门禁终端从小区用户RFID身份卡中读取用户身份识别信息和权限信息,发送至服务器端。服务器接收到该信息后,查看数据库中是否有该用户需要发送家庭成员进出信息至手机的记录。如果有则引用飞信API将信息发送至用户手机。

图3 系统原理框图

与此同时,服务器端将最新的城市生活圈信息发送至RFID门禁终端,实现城市生活圈信息的更新。系统信息更新后,用户即可一键查看天气和空气信息、及感兴趣的生活圈信息。

四LifeSpace城市生活圈信息系统技术实现

1RFID门禁终端硬件电路

图 5 RFID门禁终端硬件框图

系统硬件主要分为以下几个模块:

1.RFID射频读写模块。该模块采用RMU900模块,动态二进制防碰撞处理,采用900MHZ UHF频段,读写功率大,识别距离约为1米,携卡即可识别和读取;

2. ethernet starter kit。该模块搭载microchip公司PIC32MX795F512L,具有100M以太网处理能力,可基于成本考虑仅使用双绞线接入互联网;

3.QVGA和touch screen触摸板。使用了MEB扩展板上搭载的分辨率为320x240 QVGA屏幕,由SST25VF016驱动;

4.WiFi模块。该模块将RFID门禁终端接入互联网,由CPLD控制MCU对EEPROM及WIFI模块的SPI接口访问。

2RFID门禁终端软件架构

图6 RFID门禁终端软件架构图

1.使用商用免费的FreeRTOS实时操作系统。在系统中创建QVGA,Touch Screen,WIFI,RFID,及系统运行指示LED五个任务;

2.使用Microchip公司Microchip Graphic Library V2.11开发GUI界面。利用了该库的Graphic Object Layer及Graphic Primitive Layer。Microchip公司提供了可视化GUI设计工具,较为便捷;

3.使用Microchip公司Microchip TCPIP V5.25协议栈。使用DNS协议自动获取路由分配的IP地址。RFID门禁终端作为TCP server端和client端,利用TCP socket收发信息;

4.编写并封装RFID UART收发程序,读取用户RFID身份卡中的信息。

3RFID门禁终端资源依存关系

图7 RFID门禁终端资源依存关系图

在FreeRTOS中创建了QVGA、RFID、WIFI、Touch Screen及系统运行指示LED五个任务。主要任务的资源依存关系如图7 所示。

4LifeSpace城市生活圈信息系统服务器端软件架构

服务器端主要分为三部分:TCPIP后台,数据库及飞信。TCPIP后台负责与终端数据传输,数据库建立和管理用户信息,飞信部分实现对用户信息通知。

图8 服务器端软件架构

ATCPIP后台

在visual studio2010使用C#编写服务器后台,需要.NET Framework3.5或更高版本运行。服务器从RIFD门禁终端获取TCP socket传送的数据包。引用飞信API,根据数据库记录实现短信收发服务。

TCPIP后台是服务器端的核心。其实时监听终端,接收并解析终端发送的信息。根据这些信息读写数据库,再向终端传输其需要的信息。

使用System.Net.Sockets 命名空间,建立一个TcpListener监听对象,调用该类中的函数开始监听;当RFID门禁端发送请求后,立刻建立一个TCP连接,服务器与客户端就在这个连接上进行通信。建立连接后创建一个NetworkStream对象获取流中的信息,并放入缓存。

这个缓存的数据直接被一个协议解释器提取,协议解释器起的作用是解释通信所用的协议,将接收的字符串翻译为具体的语句,用于对数据库进行操作等。由于系统的实时性要求,为保证时刻都能接受终端的请求,可采用多线程解决。RFID门禁端与服务器TCPIP后台部分协议如下:

RFID门禁端发送:ID>ID号码$I/O>inorout$($未结束符)

服务器端识别ID>后读取ID号码和进出信息,再获取此时时间写入数据库。并从数据库中读取用户名以此形式发出

服务器端发送: ID>ID$name>nameroom>room$

RFID门禁端如读到第一个字符串为temperature>,则判定为天气内容。类似情景不再例举。

图9 服务器端TCPIP后台界面

B数据库部分

使用SQL根据用户身份信息建立数据库服务系统,使得用户服务得以个性化。使用MySQLDriverCS 命名空间,此命名空间提供了对MYSQL进行操作的函数,在解释器中被调用。

使用Apache实现web发布,使得用户可以通过接入因特网的手机或计算机注册账户并登录访问服务器和修改数据。

图10 网页登录服务器页面

C飞信部分

使用中国移动公司提供的飞信服务器,调用API完成登录,发送信息等工作。

五LifeSpace城市生活圈信息系统运行流程和功能界面

系统的运行流程图如图11 所示,数据在RFID门禁端与服务器之间交互。

图11 系统运行流程图

  1. 生活圈用户通过手机或计算机上网登录服务器修改是否发送家庭成员进出小区信息至手机和其他服务信息;服务器监听80端口。

  2. 生活圈用户到达门禁系统位置,用RFID身份卡刷过嵌入式门禁系统天线,RFID reader读取身份识别信息并通过串口传送至MCU;

  3. MCU请求与服务器80端口建立TCP socket链接,并通过该socket发送读取到的用户识别信息。QVGA屏切换到信息显示页面,并显示用户身份信息;

  4. 服务器成功接收用户身份信息,按照通信协议内容提取数据包内ID号等信息并根据该信息查看数据库对应用户的设置状态。若用户设置为发送短信,则令飞信模块发送短信至用户手机。内容为:姓名>与时间>进 or 出> 门禁地点>广告>;

  5. 嵌入式门禁终端作为TCP server与服务器端建立TCP socket,服务器端按照通信协议内容向门禁终端发送天气、生活圈信息;

  6. 嵌入式门禁终端将天气信息及生活圈信息保存并在用户切换到对应页面时显示。

各功能页面如下各图所示:

系统启动页面 系统主页面

天气与空气信息页面 访客拨号页面

生活圈功能页面1 生活圈功能页面2

获取的生活圈信息页面 RFID刷卡页面

六LifeSpace城市生活圈信息系统创新性和实用性

LifeSpace城市生活圈信息系统具有良好创新性和实用性,从面向市场、面向社会和面向社会三个角度都具有良好的发展前景。

首先面向社会。LifeSpace贴近大众生活,提供良好的社区交流和互动平台,有利于社区建设和丰富社区生活。能够较为有效地改善小区住户之前形同陌路的社会问题。

其次面向市场。由于具有良好和稳定的受众群体,更是一个有效的广告投放平台,并具有广告统计、精确投放和投放方式多样化的实现能力。

最后面向应用。可以与未来小区物联网系统、智慧小区系统对接。

我们设计的创新点在于:

1. 在不增加用户成本和要求用户注册前提下,利用现有门禁系统改造。使得住户仅凭小区RFID门禁卡就可以在进出门禁点的同时获取与生活密切相关的生活圈信息。

2. 与现有的生活圈信息通常利用网站方式建设不同,采用嵌入式方式能够有效深入到用户的生活中,具有更好的便捷性和信息实时获取能力。

我们设计的实用性在于:

  1. 成本低,模块化组件,嵌入硬件可以根据功能和成本估算灵活删减和添加;

  2. 对与不同生活圈信息,统一由服务器提供服务。硬件设施与现有门禁系统一样,小区物业无需额外维护;

  3. 是一种便捷的生活圈信息获取工具和社区交流平台,能够帮助用户更好获取生活中必要的生活信息及推动社区和基层建设。

七LifeSpace城市生活圈信息系统改进方向

目前,LifeSpace城市生活圈信息系统尚处在DEMO演示阶段,存在诸多不足。我们希望该系统能够向互动和个性化服务扩展,所以RFID门禁终端及服务器端都有大量有待改进的地方。

RFID门禁终端:

首先是与用户交互方式改进,现有展示的LifeSpace城市生活圈信息系统暂时无法提供与用户的互动功能,比如用户看到自己想参与的活动或者关注的消息可以点击参与或关注,所以无法为用户提供更为人性化的服务。因此将主要从嵌入式门禁终端的用户交互界面和任务工作方式上改进。

其次是门禁终端广告投放方式改进,现有的系统暂时不能为广告商提供精确投放广告业务,也不能根据用户的刷卡和点击情况提供广告月阅读量统计等服务。这些都是今后改进的重点。

服务器端:

将结合嵌入式门禁端的改进,提供互动和个性化服务扩展能力。首先提升服务器的生活圈信息搜集过滤能力,尤其和微博等移动互联应用平台对接。其次,根据用户的身份信息和生活圈信息关注类别等其它附加信息提供个性化服务能力。比如某位用户点击生活圈餐饮类信息较多,则该用户刷卡时优先提供饮食类信息等等。

而在实现上述功能改进后,LifeSpace城市生活圈的载体将不仅仅局限于现有的RFID门禁系统。对于所有和使用RFID的地点,如公交、地铁等系统,都可以提供移动生活圈信息。而除了社区之外,体育馆、商场、餐饮场所也可以增加LifeSpace城市生活圈信息终端,服务器亦可以为用户提供LSB(location based service)服务。城市生活圈信息终端作为无所不在的交互平台将嵌入到越来越多的地点和现有设施中。



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