基于ZigBee的幼儿园无线指纹识别接送系统设计(2)

　　另外，系统还采用数据库、Tomcat、Hibernate和Struts2等技术[4?6]搭建了一个Web服务器。这样，管理员、老师和家长都能够通过Internet实时查看儿童的接送记录，更加确保了儿童的安全。

　　2 系统的硬件设计

　　系统的硬件设计主要包括指纹识别接送节点、巡逻节点、路由器和协调器4个部分。

　　指纹识别接送节点的作用是采集接送人员和儿童的指纹进行身份识别，它的硬件部分主要包括CC2530模块、指纹采集模块、蜂鸣器、按键电路、液晶显示器和电源等外围电路。其硬件结构图如图2所示。

　　

　　图2 指纹识别接送节点的硬件结构图

　　其中，指纹采集模块采用的是FPM10A指纹采集模块，它是一款光学指纹传感器，与CC2530模块之间通过串口来实现数据的交换。另外，考虑到CC2530的I/O口有限，设计了如图3所示的按键电路。CC2530会根据内部自带的A/D转换器来转换不同按键按下时的电压值，辨别出按下的是哪个按键，从而决定进行何种操作。

　　

　　图3 按键电路设计

　　巡逻节点的作用是当保安在园内巡逻时，对可疑人员的身份进行验证。它的硬件部分与接送节点基本一致，在此不再详述。

　　路由器主要作为数据传输的中转站。它主要由CC2530模块、按键和电源等3部分组成。

　　协调器的硬件部分主要包括CC2530模块、串口电路、按键电路和电源等4部分。它是ZigBee无线网络的核心，不仅负责建立ZigBee网络，监听是否有新节点入网，给新入网的节点分配网络地址，还汇聚各终端节点发送过来的数据，然后通过串口上传给数据库服务器。

　　3 系统的软件设计

　　系统的软件设计主要包括ZigBee无线网络节点、GSM短消息提醒模块和上位机3部分。

　　3.1 ZigBee无线网络节点软件设计

　　系统的ZigBee无线网络节点类型主要有指纹识别接送节点、巡逻节点、路由器和协调器4种。它们都是基于TI公司研发的Z?Stack协议栈来开发的，所以软件部分的设计大体相同，只是根据各节点特有的功能略有不同。

　　当指纹识别接送节点上电加入ZigBee网络后，就一直查询指纹采集按键是否被按下，如果被按下，则通过串口向指纹采集模块先后发送指纹采集和匹配指令；若匹配成功，则将匹配信息封装成数据包通过路由器和协调器上传给数据库服务器，同时在液晶显示器上做出相应的提示。其具体的流程如图4所示。

　　

　　图4 指纹识别接送节点流程图

　　3.2 GSM短消息提醒模块软件设计

　　GSM短消息提醒模块采用德国Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块TC35，它主要由GSM基带处理器、GSM射频部分、ZIF连接器、电源ASIC和Flash等五部分组成[7]。短消息的发送功能是通过串口向TC35模块发送AT指令来实现的[8]，它的作用是通知家长儿童的接送情况，起到提醒的作用，信息的内容可为：“××幼儿园提醒您：您的小孩已于××年××月××日 ××：××：××，被××接走了。”。

　　目前常用的短消息模式有Text（文本）模式和PDU（数据协议单元）模式两种，其中Text模式只能发送英文字母和数字，PDU模式支持中文，但编码比Text模式复杂[9]。由于本系统需要向家长发送儿童的接送信息，所以采用PDU模式，具体的短消息发送流程如图5所示。

　　图5 短消息发送流程图

　　3.3 上位机软件设计

　　为了实现系统所需求的功能，结合数据库、Tomcat、Hibernate和Struts2等技术，设计开发了基于B/S（浏览器/服务器）模式[10]的动态网页显示部分。这样，既让管理员、老师和家长能够实时查看儿童的接送情况，也使发生儿童接送安全事故时有据可查。

　　根据角色系统，可供3类用户使用：管理员可以通过网页查看所有用户与儿童的基本信息以及儿童的接送记录，论文范文还可以添加/删除用户等；老师与家长都可以查看/修改自己的基本信息和查看儿童的接送记录，只是根据角色不同，老师查看的是班级所有儿童的，而家长查看的是自己儿童的。另外，家长可以通过网页为儿童进行网上请假。

　　4 实验结果

　　根据上述设计，制作了指纹识别接送节点、巡逻节点、路由器和协调器4种硬件实物。

　　当指纹识别接送节点和巡逻节点上电完成初始化后，会自动加入ZigBee网络，液晶显示屏显示“Success”时，表示入网成功；然后节点会不断检测指纹采集按键是否被按下，如果被按下，CC2530模块会通过串口先后向指纹采集模块发送指纹采集和匹配指令；在此过程中，模块上的红色LED会不停闪烁，表示正在处理中，绿色的LED点亮，则表示这一操作过程完成。

　　接送人员和儿童需要分别通过指纹识别接送节点采集自己的指纹，然后进行身份识别，并对他们之间的关联信息进行一一比对；若匹配成功，液晶显示屏上会显示“Matched”，如图6所示。

　　同时系统还会通过GSM短消息提醒模块向家长发送儿童的接送信息，短消息的内容如图7所示。

　　

　　图6 儿童接送成功时的显示信息图7 儿童被接走的短消息内容

　　对于企图进行冒领的不法分子，由于指纹库中没有存储其指纹模板，所以当其进行冒领时，液晶显示屏上会显示“No Record ，Criminal”，同时驱动蜂鸣器进行报警，提醒门卫采取相应措施，如图8所示。

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