某幼儿园智能校园服务平台的设计与实现

赵永鹏

摘要：本文基于某电子科技公司智能校园项目（某幼儿园项目），从软件、硬件、接口三个主要方面分别介绍了整个项目的设计与关键实现技术，项目实现了教室门禁，学生考勤，教师家长互动，课程信息，学生成绩查询等主要功能。

关键词：智能校园；云数据库；socket通信；移动物联网

中图分类号：TN948.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）09-0106-01

隨着新技术的快速发展，学校开始利用云平台、移动物联网技术和互联网技术等进行智能校园建设，这成为建设校园智能化的一个重要方向。近几年校企教育越来越受到社会的认可，校企合作越来越深入，校企合作项目也越来越多，尤其是智能校园相关项目逐渐被落实并进入到校园，这些项目的实现提高了学校的管理和教师的幸福感指数，有利于远程移动办公，从长远来看促进了教育事业的发展。

1 软硬件要点介绍

软件主要分为四部分：教师版APP、家长版APP、平板APP和云后台（云服务器）。后台架构通过.NET和云数据库SQL Server布局并部署在云端，教师版APP和家长版APP通过http协议和socket与后台通信。http协议负责与云后台数据的拉取，socket负责外设、连接设备等与云后台间的通信。硬件平台主要是带安卓系统的开发版（在开发版基础上开发出平板设备）和IC卡。

2 平板设备上APP源码架构

平板设备是外挂在教室门口，学生进入教室前需要通过平板进行刷卡（二维码扫描或刷脸），相关考勤信息会通过平板APP被采集到云后台。平板APP源码架构采用MVVM设计（本项目其它APP都采用此架构设计实现）。

3 教师/家长版APP功能

教师可以通过教师版APP进行家长互动，查看学生考勤记录以及园务通知等操作。家长可以通过家长版APP查询了解学生成绩和课程信息等。

4 硬件平台和外设介绍

采用带有安卓7.1.1Nougat系统的基础开发板包含camera，并在此板子基础上加刷卡和二维码扫描外设，制作成平板设备。学生上课前在平板设备上刷卡（二维码扫描或刷脸），通过gpio控制开教室门后才能进入教室学习，学生上课数据会被采集并上传到云服务器端。

5 接口通讯规范

智能出入通道终端软件与中心服务器之间是双向通讯，中心服务器运行服务端程序，终端软件作为客户端程序运行。为保证通讯能够稳定进行，需要具备如下条件[1-2]：

（1）使用基本的TCP协议，长时间连接的方式运行，中心服务器服务端口定为XXXX，要求中心网管系统开放该端口的TCP通讯。（2）中心服务器应支持多个智能出入通道终端软件的主动连接，并有效管理连接。（3）心跳机制：智能出入通道终端软件主动连接中心服务器，连接成功后，每15秒向中心服务器发送心跳命令包，中心服务器收到该心跳命令包后，回应一个心跳数据包。（4）握手通讯过程：认证过程使用类似的Digest过程，为保证安全密码不在通讯线路中传送。（5）数据确认机制：每一次会话，有请求，必需有回应，有提交数据时，必需有提交确认，如果数据发送失败，或者没有回应，认为网络断开，按网络断开流程处理。

5.1 数据格式说明

所有数据采用低端在前，高端在后。（1）通讯帧头数据格式。数据意义：帧头标志，固定为0x62AD36BE+加密后的数据有效长度n（不含本帧头长度）+协商的身份标识符Token+加密后的数据；数据长度（字节）：4+4+16+n。（2）加密后的数据解密后的原始数据格式。数据意义：CRC16校验+数据功能命令+命令序号MsgID+有效数据；数据长度（字节）：2+2+4+（n-8）。CRC16校验：除CRC16这两字节外的后面所有其它数据的CRC16校验值（即：“数据功能命令+命令序号+有效数据”的CRC16校验）。数据功能命令：见后面定义。命令序号MsgID：当软件登录时给定一个初始序号，可以是0，也可以是其它随机数，然后每次交互发送命令，该值+1，如果收到的序号小于或等于当前的序号，说明数据重复发送，不需要再处理数据，只需要发回结果。该命令序号由发起者给出，响应者原值送回。（3）数据加密方法。软件采用MD5混合式简单处理方式。公式为：MD5（Token+用户密码+本次数据长度n） ，得到16字节的MD5值，然后将该16字节与原始数据，依次相异或[3]。

5.2 错误信息定义

错误码ErrCode（意义）：0（表示正确，无错误）、100（表示设备ID不存在）、101（表示该用户名不存在）、102（表示密码不正确）、103（表示数据格式不正确）、104（表示不支持的数据功能命令）、105（表示设备未登录服务器）。

5.3 数据据功能命令定义

数据使用Json格式打包，以便程序好处理。以（数据功能命令+数据意义+发送内容格式+回应数据格式）格式展示3个命令如下所示：

0x0001+智能出入通道终端软件登录服务器+{“ParkID”：”设备ID号”，”User”：”登录的用户名”，”Pass”：”MD5（请求的Token+登录密码）”}+{“ErrCode”：0，”NewToken”：”…”}或者{“ErrCode”：错误码}。

0x0009+更新整个公告信息，旧有的公告信息将自动删除+{“Update”：[{“ID”：”整数标识编号” ，”Text”：”公告内容” }，{“ID”：”整数标识编号”，”Text”：”公告内容”}，…]}+服务器主动发送或回应0x0008的请求，接收端回应{“ErrCode”：错误码}。

0x0020+刷卡信息主动上传+{“DateTime”：”刷卡时间”，"JobID"："学号"，“CardID”：”IC卡卡号”，"FinData"："1为IC卡刷卡，2为二维码，3为刷脸"，"Img"："实时照片"，"lockFlag "： "是否有开锁动作，0=无，1=有"}+终端设备主动上传，服务器收到后，回应{“ErrCode”：错误码}。注意：需要用数据格式里的MsgID来区分是哪条命令。

所有操作命令的回应数据都必需带ErrCode指示值。

6 结语

本文以某幼儿园智能校园服务平台项目为依托，介绍了整个项目的设计与关键实现技术，从软件、硬件、接口三个方面分别做了设计。主要实现了以下功能：教室门禁，学生考勤，教师家长互动，课程信息，学生成绩等。后期我们将会在幼儿健康、营养膳食、幼儿圈、智能课程等方面进行平台的升级。

参考文献

[1]吴伟生.基于物联网技术的智慧校园解决方案[J].计算机产品与流通，2018，（5）：206.

[2]杨文，贾红宇，刘立栋.基于云平台的智慧校园建设与应用研究初探[J].科学技术创新，2018，（23）：63-64.

[3]邓春红，任海鹏，潘涛.基于移动终端的智慧校园系统设计[J].绥化学院学报，2017，（5）：158-160.