趙永鵬

摘要：本文基于某電子科技公司智能校園項(xiàng)目（某幼兒園項(xiàng)目），從軟件、硬件、接口三個(gè)主要方面分別介紹了整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了教室門禁，學(xué)生考勤，教師家長(zhǎng)互動(dòng)，課程信息，學(xué)生成績(jī)查詢等主要功能。

關(guān)鍵詞：智能校園；云數(shù)據(jù)庫(kù)；socket通信；移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN948.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）09-0106-01

隨著新技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)校開始利用云平臺(tái)、移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等進(jìn)行智能校園建設(shè)，這成為建設(shè)校園智能化的一個(gè)重要方向。近幾年校企教育越來(lái)越受到社會(huì)的認(rèn)可，校企合作越來(lái)越深入，校企合作項(xiàng)目也越來(lái)越多，尤其是智能校園相關(guān)項(xiàng)目逐漸被落實(shí)并進(jìn)入到校園，這些項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)提高了學(xué)校的管理和教師的幸福感指數(shù)，有利于遠(yuǎn)程移動(dòng)辦公，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看促進(jìn)了教育事業(yè)的發(fā)展。

1 軟硬件要點(diǎn)介紹

軟件主要分為四部分：教師版APP、家長(zhǎng)版APP、平板APP和云后臺(tái)（云服務(wù)器）。后臺(tái)架構(gòu)通過(guò).NET和云數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server布局并部署在云端，教師版APP和家長(zhǎng)版APP通過(guò)http協(xié)議和socket與后臺(tái)通信。http協(xié)議負(fù)責(zé)與云后臺(tái)數(shù)據(jù)的拉取，socket負(fù)責(zé)外設(shè)、連接設(shè)備等與云后臺(tái)間的通信。硬件平臺(tái)主要是帶安卓系統(tǒng)的開發(fā)版（在開發(fā)版基礎(chǔ)上開發(fā)出平板設(shè)備）和IC卡。

2 平板設(shè)備上APP源碼架構(gòu)

平板設(shè)備是外掛在教室門口，學(xué)生進(jìn)入教室前需要通過(guò)平板進(jìn)行刷卡（二維碼掃描或刷臉），相關(guān)考勤信息會(huì)通過(guò)平板APP被采集到云后臺(tái)。平板APP源碼架構(gòu)采用MVVM設(shè)計(jì)（本項(xiàng)目其它APP都采用此架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)）。

3 教師/家長(zhǎng)版APP功能

教師可以通過(guò)教師版APP進(jìn)行家長(zhǎng)互動(dòng)，查看學(xué)生考勤記錄以及園務(wù)通知等操作。家長(zhǎng)可以通過(guò)家長(zhǎng)版APP查詢了解學(xué)生成績(jī)和課程信息等。

4 硬件平臺(tái)和外設(shè)介紹

采用帶有安卓7.1.1Nougat系統(tǒng)的基礎(chǔ)開發(fā)板包含camera，并在此板子基礎(chǔ)上加刷卡和二維碼掃描外設(shè)，制作成平板設(shè)備。學(xué)生上課前在平板設(shè)備上刷卡（二維碼掃描或刷臉），通過(guò)gpio控制開教室門后才能進(jìn)入教室學(xué)習(xí)，學(xué)生上課數(shù)據(jù)會(huì)被采集并上傳到云服務(wù)器端。

5 接口通訊規(guī)范

智能出入通道終端軟件與中心服務(wù)器之間是雙向通訊，中心服務(wù)器運(yùn)行服務(wù)端程序，終端軟件作為客戶端程序運(yùn)行。為保證通訊能夠穩(wěn)定進(jìn)行，需要具備如下條件[1-2]：

（1）使用基本的TCP協(xié)議，長(zhǎng)時(shí)間連接的方式運(yùn)行，中心服務(wù)器服務(wù)端口定為XXXX，要求中心網(wǎng)管系統(tǒng)開放該端口的TCP通訊。（2）中心服務(wù)器應(yīng)支持多個(gè)智能出入通道終端軟件的主動(dòng)連接，并有效管理連接。（3）心跳機(jī)制：智能出入通道終端軟件主動(dòng)連接中心服務(wù)器，連接成功后，每15秒向中心服務(wù)器發(fā)送心跳命令包，中心服務(wù)器收到該心跳命令包后，回應(yīng)一個(gè)心跳數(shù)據(jù)包。（4）握手通訊過(guò)程：認(rèn)證過(guò)程使用類似的Digest過(guò)程，為保證安全密碼不在通訊線路中傳送。（5）數(shù)據(jù)確認(rèn)機(jī)制：每一次會(huì)話，有請(qǐng)求，必需有回應(yīng)，有提交數(shù)據(jù)時(shí)，必需有提交確認(rèn)，如果數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，或者沒(méi)有回應(yīng)，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)斷開，按網(wǎng)絡(luò)斷開流程處理。

5.1 數(shù)據(jù)格式說(shuō)明

所有數(shù)據(jù)采用低端在前，高端在后。（1）通訊幀頭數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)意義：幀頭標(biāo)志，固定為0x62AD36BE+加密后的數(shù)據(jù)有效長(zhǎng)度n（不含本幀頭長(zhǎng)度）+協(xié)商的身份標(biāo)識(shí)符Token+加密后的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字節(jié)）：4+4+16+n。（2）加密后的數(shù)據(jù)解密后的原始數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)意義：CRC16校驗(yàn)+數(shù)據(jù)功能命令+命令序號(hào)MsgID+有效數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字節(jié)）：2+2+4+（n-8）。CRC16校驗(yàn)：除CRC16這兩字節(jié)外的后面所有其它數(shù)據(jù)的CRC16校驗(yàn)值（即：“數(shù)據(jù)功能命令+命令序號(hào)+有效數(shù)據(jù)”的CRC16校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)功能命令：見(jiàn)后面定義。命令序號(hào)MsgID：當(dāng)軟件登錄時(shí)給定一個(gè)初始序號(hào)，可以是0，也可以是其它隨機(jī)數(shù)，然后每次交互發(fā)送命令，該值+1，如果收到的序號(hào)小于或等于當(dāng)前的序號(hào)，說(shuō)明數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送，不需要再處理數(shù)據(jù)，只需要發(fā)回結(jié)果。該命令序號(hào)由發(fā)起者給出，響應(yīng)者原值送回。（3）數(shù)據(jù)加密方法。軟件采用MD5混合式簡(jiǎn)單處理方式。公式為：MD5（Token+用戶密碼+本次數(shù)據(jù)長(zhǎng)度n） ，得到16字節(jié)的MD5值，然后將該16字節(jié)與原始數(shù)據(jù)，依次相異或[3]。

5.2 錯(cuò)誤信息定義

錯(cuò)誤碼ErrCode（意義）：0（表示正確，無(wú)錯(cuò)誤）、100（表示設(shè)備ID不存在）、101（表示該用戶名不存在）、102（表示密碼不正確）、103（表示數(shù)據(jù)格式不正確）、104（表示不支持的數(shù)據(jù)功能命令）、105（表示設(shè)備未登錄服務(wù)器）。

5.3 數(shù)據(jù)據(jù)功能命令定義

數(shù)據(jù)使用Json格式打包，以便程序好處理。以（數(shù)據(jù)功能命令+數(shù)據(jù)意義+發(fā)送內(nèi)容格式+回應(yīng)數(shù)據(jù)格式）格式展示3個(gè)命令如下所示：

0x0001+智能出入通道終端軟件登錄服務(wù)器+{“ParkID”：”設(shè)備ID號(hào)”，”User”：”登錄的用戶名”，”Pass”：”MD5（請(qǐng)求的Token+登錄密碼）”}+{“ErrCode”：0，”NewToken”：”…”}或者{“ErrCode”：錯(cuò)誤碼}。

0x0009+更新整個(gè)公告信息，舊有的公告信息將自動(dòng)刪除+{“Update”：[{“ID”：”整數(shù)標(biāo)識(shí)編號(hào)” ，”Text”：”公告內(nèi)容” }，{“ID”：”整數(shù)標(biāo)識(shí)編號(hào)”，”Text”：”公告內(nèi)容”}，…]}+服務(wù)器主動(dòng)發(fā)送或回應(yīng)0x0008的請(qǐng)求，接收端回應(yīng){“ErrCode”：錯(cuò)誤碼}。

0x0020+刷卡信息主動(dòng)上傳+{“DateTime”：”刷卡時(shí)間”，"JobID"："學(xué)號(hào)"，“CardID”：”IC卡卡號(hào)”，"FinData"："1為IC卡刷卡，2為二維碼，3為刷臉"，"Img"："實(shí)時(shí)照片"，"lockFlag "： "是否有開鎖動(dòng)作，0=無(wú)，1=有"}+終端設(shè)備主動(dòng)上傳，服務(wù)器收到后，回應(yīng){“ErrCode”：錯(cuò)誤碼}。注意：需要用數(shù)據(jù)格式里的MsgID來(lái)區(qū)分是哪條命令。

所有操作命令的回應(yīng)數(shù)據(jù)都必需帶ErrCode指示值。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以某幼兒園智能校園服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目為依托，介紹了整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)，從軟件、硬件、接口三個(gè)方面分別做了設(shè)計(jì)。主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：教室門禁，學(xué)生考勤，教師家長(zhǎng)互動(dòng)，課程信息，學(xué)生成績(jī)等。后期我們將會(huì)在幼兒健康、營(yíng)養(yǎng)膳食、幼兒圈、智能課程等方面進(jìn)行平臺(tái)的升級(jí)。

參考文獻(xiàn)

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