一前言

進入到21世紀以來，互聯網應用經歷了爆炸式發展，最新消息表明因眾多嵌入式終端設備接入因特網需求在持續攀升，IPV6已悄然興起。

同時近兩年物聯網概念火熱，美國將物聯網稱為IOT（Internet of things），意味著將物聯網看作是互聯網的擴展。而互聯網應用在近幾年進入了廣泛的網絡社區化應用階段，從BBS到微博的廣泛流行，人們越來越希望通過各種媒介和手段獲取信息，特別是與生活密切相關的信息。

智能識別技術(RFID)也在快速發展，并且滲透到了人們生產、生活、經營各個層面。已經在門禁系統、公交系統等公共系統上得到了廣泛的應用，由于具有較好的靈活性和信息存儲能力，將逐漸發展成為城市互聯網應用和物聯網發展中的關鍵因素。互聯應用和RFID智能識別應用使得人們獲得了空前的信息獲取渠道，能夠豐富人們的生活方式。

“城市讓生活更美好”是上海世博會的主題，城市具有良好的物質和精神生活條件。但是很多80、90后城市“蟻族”卻在抱怨城市中找不到歸屬感，而這個問題也已經是城市中長久存在的一個問題。

我們設計的LifeSpace城市生活圈信息系統結合了互聯應用技術和RFID技術，將已經得到廣泛普及的門禁系統低成本接入互聯網，為住戶提供用戶的城市生活圈內與生活緊密相關的各種信息。不僅方便了用戶生活，還扮演者社區互動和交際平臺的身份，具有良好的社會影響、市場和應用前景。

二可行性分析和方案論證

1LifeSpace城市生活圈信息系統可行性分析

RFID門禁系統已經得到了廣泛的普及。通過調查我們發現，絕大多數人每天的生活范圍都在離住址2KM范圍內。即使是學生和上班族，也會有大量的時間停留在2KM范圍生活圈內。因此我們把城市生活圈定義為離住址方圓2KM的范圍。

圖1 城市生活圈定義

城市生活圈內包含生活中大量重要的元素，如：商店、娛樂場所、餐飲場所、公園等。這些元素的信息與用戶生活緊密相關。用戶希望能夠方便快捷且免費獲取這些與他們生活密切相關的信息。

且城市中，小區鄰居或近鄰間幾乎沒有交流平臺和機會，雙方如陌生人一樣，而這也導致社區活動難以得到大家的響應。尤其在中國房地產市場火熱的情況下，大量新的小區不斷涌現，年輕人也通過網絡感慨過年由于社區舉辦活動太少，完全沒有過年的感覺。

經過細致的調查，我們發現門禁系統在小區得到了廣泛的普及。小區住戶出入家門會經過各自樓棟的RFID門禁系統，人流量穩定。所以考慮利用現有的RFID門禁系統改造，并搭載城市生活圈信息系統。新應用背景下的城市生活圈門禁系統具有如下優點：

1. 除了門禁功能，可以將用戶信息上傳服務器進行統一管理

2. 用戶僅需憑借自己的身份卡即可免費查看生活圈信息，免去實名注冊一系列過程

3. 具備良好的擴展性

2LifeSpace城市生活圈信息系統方案論證

經過實驗測試證明，LifeSpace城市生活圈信息系統在技術上完全可行。整套系統被劃分為RFID門禁終端和服務器兩部分。

圖2 城市生活圈系統劃分

ALifeSpace城市生活圈信息系統功能需求論證

根據系統的可行性分析，我們提出該信息系統應具備以下功能：

1. 具備現有RFID門禁功能

2. 具備現有RFID門禁住戶訪問功能

3. 通過無線網絡向服務器發送用戶信息

4. 獲取生活圈或城市的天氣和空氣信息

5. 通過服務器獲取生活圈內各種與生活緊密相關的信息

6. 服務器能向小區住戶發送短信告知相關信息

7. 小區住戶通過手機或PC登錄服務器可設置是否接收家庭成員進出小區提醒

BLifeSpace城市生活圈信息系統技術論證

RFID門禁端硬件方面：

1. 使用PIC32 Ethernet Stater Kit (PIC32MX795F512L)為主控制器

2. 使用Multimedia expansion board（QVGA, screen touch, WIFI）為外設擴展

3. 使用RMU900 UHF RFID reader（RFID tag antenna 頻段900M）實現射頻標簽讀取

RFID門禁端軟件方面：

1. 使用Microchip Graphic Library V2.11開發GUI頁面

2. 使用Microchip TCPIP stack V5.25實現TCPIP數據包交互

3. 使用實時操作系統FreeRTOS為任務管理系統

4. 使用Microchip MPLAB IDE編寫RFID門禁端代碼

服務器端：

1. 采用visual studio 2010使用C#編寫服務器后臺

2. 采用php，apache WEB發布建立的服務器頁面

3. 采用MySQL數據庫建立服務器數據庫系統

三LifeSpace城市生活圈信息系統工作原理

該系統原理框圖如圖3所示。RFID門禁終端、服務器及手機都接入互聯網。用戶通過手機或電腦上網登錄服務器即可方便設置是否獲得家庭成員的進出提醒。RFID門禁終端從小區用戶RFID身份卡中讀取用戶身份識別信息和權限信息，發送至服務器端。服務器接收到該信息后，查看數據庫中是否有該用戶需要發送家庭成員進出信息至手機的記錄。如果有則引用飛信API將信息發送至用戶手機。

圖3 系統原理框圖

與此同時，服務器端將最新的城市生活圈信息發送至RFID門禁終端，實現城市生活圈信息的更新。系統信息更新后，用戶即可一鍵查看天氣和空氣信息、及感興趣的生活圈信息。

四LifeSpace城市生活圈信息系統技術實現

1RFID門禁終端硬件電路

圖 5 RFID門禁終端硬件框圖

系統硬件主要分為以下幾個模塊：

1.RFID射頻讀寫模塊。該模塊采用RMU900模塊，動態二進制防碰撞處理，采用900MHZ UHF頻段，讀寫功率大，識別距離約為1米，攜卡即可識別和讀取；

2.PIC32 ethernet starter kit。該模塊搭載microchip公司PIC32MX795F512L，具有100M以太網處理能力，可基于成本考慮僅使用雙絞線接入互聯網；

3.QVGA和touch screen觸摸板。使用了MEB擴展板上搭載的分辨率為320x240 QVGA屏幕，由SST25VF016驅動；

4.WiFi模塊。該模塊將RFID門禁終端接入互聯網，由CPLD控制MCU對EEPROM及WIFI模塊的SPI接口訪問。

2RFID門禁終端軟件架構

圖6 RFID門禁終端軟件架構圖

1.使用商用免費的FreeRTOS實時操作系統。在系統中創建QVGA，Touch Screen，WIFI，RFID，及系統運行指示LED五個任務；

2.使用Microchip公司Microchip Graphic Library V2.11開發GUI界面。利用了該庫的Graphic Object Layer及Graphic Primitive Layer。Microchip公司提供了可視化GUI設計工具，較為便捷；

3.使用Microchip公司Microchip TCPIP V5.25協議棧。使用DNS協議自動獲取路由分配的IP地址。RFID門禁終端作為TCP server端和client端，利用TCP socket收發信息；

4.編寫并封裝RFID UART收發程序，讀取用戶RFID身份卡中的信息。

3RFID門禁終端資源依存關系

圖7 RFID門禁終端資源依存關系圖

在FreeRTOS中創建了QVGA、RFID、WIFI、Touch Screen及系統運行指示LED五個任務。主要任務的資源依存關系如圖7 所示。

4LifeSpace城市生活圈信息系統服務器端軟件架構

服務器端主要分為三部分：TCPIP后臺，數據庫及飛信。TCPIP后臺負責與終端數據傳輸，數據庫建立和管理用戶信息，飛信部分實現對用戶信息通知。

圖8 服務器端軟件架構

ATCPIP后臺

在visual studio2010使用C#編寫服務器后臺，需要.NET Framework3.5或更高版本運行。服務器從RIFD門禁終端獲取TCP socket傳送的數據包。引用飛信API，根據數據庫記錄實現短信收發服務。

TCPIP后臺是服務器端的核心。其實時監聽終端，接收并解析終端發送的信息。根據這些信息讀寫數據庫，再向終端傳輸其需要的信息。

使用System.Net.Sockets 命名空間，建立一個TcpListener監聽對象，調用該類中的函數開始監聽；當RFID門禁端發送請求后，立刻建立一個TCP連接，服務器與客戶端就在這個連接上進行通信。建立連接后創建一個NetworkStream對象獲取流中的信息，并放入緩存。

這個緩存的數據直接被一個協議解釋器提取，協議解釋器起的作用是解釋通信所用的協議，將接收的字符串翻譯為具體的語句，用于對數據庫進行操作等。由于系統的實時性要求，為保證時刻都能接受終端的請求，可采用多線程解決。RFID門禁端與服務器TCPIP后臺部分協議如下：

RFID門禁端發送：ID>ID號碼$I/O>inorout$($未結束符)

服務器端識別ID>后讀取ID號碼和進出信息，再獲取此時時間寫入數據庫。并從數據庫中讀取用戶名以此形式發出

服務器端發送： ID>ID$name>nameroom>room$

RFID門禁端如讀到第一個字符串為temperature>，則判定為天氣內容。類似情景不再例舉。

圖9 服務器端TCPIP后臺界面

B數據庫部分

使用SQL根據用戶身份信息建立數據庫服務系統，使得用戶服務得以個性化。使用MySQLDriverCS 命名空間，此命名空間提供了對MYSQL進行操作的函數，在解釋器中被調用。

使用Apache實現web發布，使得用戶可以通過接入因特網的手機或計算機注冊賬戶并登錄訪問服務器和修改數據。

圖10 網頁登錄服務器頁面

C飛信部分

使用中國移動公司提供的飛信服務器，調用API完成登錄，發送信息等工作。

五LifeSpace城市生活圈信息系統運行流程和功能界面

系統的運行流程圖如圖11 所示，數據在RFID門禁端與服務器之間交互。

圖11 系統運行流程圖

1. 生活圈用戶通過手機或計算機上網登錄服務器修改是否發送家庭成員進出小區信息至手機和其他服務信息；服務器監聽80端口。

2. 生活圈用戶到達門禁系統位置，用RFID身份卡刷過嵌入式門禁系統天線，RFID reader讀取身份識別信息并通過串口傳送至MCU；

3. MCU請求與服務器80端口建立TCP socket鏈接，并通過該socket發送讀取到的用戶識別信息。QVGA屏切換到信息顯示頁面，并顯示用戶身份信息；

4. 服務器成功接收用戶身份信息，按照通信協議內容提取數據包內ID號等信息并根據該信息查看數據庫對應用戶的設置狀態。若用戶設置為發送短信，則令飛信模塊發送短信至用戶手機。內容為：姓名>與時間>進 or 出> 門禁地點>廣告>；

5. 嵌入式門禁終端作為TCP server與服務器端建立TCP socket，服務器端按照通信協議內容向門禁終端發送天氣、生活圈信息;

6. 嵌入式門禁終端將天氣信息及生活圈信息保存并在用戶切換到對應頁面時顯示。

各功能頁面如下各圖所示：

系統啟動頁面 系統主頁面

天氣與空氣信息頁面 訪客撥號頁面

生活圈功能頁面1 生活圈功能頁面2

獲取的生活圈信息頁面 RFID刷卡頁面

六LifeSpace城市生活圈信息系統創新性和實用性

LifeSpace城市生活圈信息系統具有良好創新性和實用性，從面向市場、面向社會和面向社會三個角度都具有良好的發展前景。

首先面向社會。LifeSpace貼近大眾生活，提供良好的社區交流和互動平臺，有利于社區建設和豐富社區生活。能夠較為有效地改善小區住戶之前形同陌路的社會問題。

其次面向市場。由于具有良好和穩定的受眾群體，更是一個有效的廣告投放平臺，并具有廣告統計、精確投放和投放方式多樣化的實現能力。

最后面向應用。可以與未來小區物聯網系統、智慧小區系統對接。

我們設計的創新點在于：

1. 在不增加用戶成本和要求用戶注冊前提下，利用現有門禁系統改造。使得住戶僅憑小區RFID門禁卡就可以在進出門禁點的同時獲取與生活密切相關的生活圈信息。

2. 與現有的生活圈信息通常利用網站方式建設不同，采用嵌入式方式能夠有效深入到用戶的生活中，具有更好的便捷性和信息實時獲取能力。

我們設計的實用性在于：

1. 成本低，模塊化組件，嵌入硬件可以根據功能和成本估算靈活刪減和添加；

2. 對與不同生活圈信息，統一由服務器提供服務。硬件設施與現有門禁系統一樣，小區物業無需額外維護；

3. 是一種便捷的生活圈信息獲取工具和社區交流平臺，能夠幫助用戶更好獲取生活中必要的生活信息及推動社區和基層建設。

七LifeSpace城市生活圈信息系統改進方向

目前，LifeSpace城市生活圈信息系統尚處在DEMO演示階段，存在諸多不足。我們希望該系統能夠向互動和個性化服務擴展，所以RFID門禁終端及服務器端都有大量有待改進的地方。

RFID門禁終端：

首先是與用戶交互方式改進，現有展示的LifeSpace城市生活圈信息系統暫時無法提供與用戶的互動功能，比如用戶看到自己想參與的活動或者關注的消息可以點擊參與或關注，所以無法為用戶提供更為人性化的服務。因此將主要從嵌入式門禁終端的用戶交互界面和任務工作方式上改進。

其次是門禁終端廣告投放方式改進，現有的系統暫時不能為廣告商提供精確投放廣告業務，也不能根據用戶的刷卡和點擊情況提供廣告月閱讀量統計等服務。這些都是今后改進的重點。

服務器端：

將結合嵌入式門禁端的改進，提供互動和個性化服務擴展能力。首先提升服務器的生活圈信息搜集過濾能力，尤其和微博等移動互聯應用平臺對接。其次，根據用戶的身份信息和生活圈信息關注類別等其它附加信息提供個性化服務能力。比如某位用戶點擊生活圈餐飲類信息較多，則該用戶刷卡時優先提供飲食類信息等等。

而在實現上述功能改進后，LifeSpace城市生活圈的載體將不僅僅局限于現有的RFID門禁系統。對于所有和使用RFID的地點，如公交、地鐵等系統，都可以提供移動生活圈信息。而除了社區之外，體育館、商場、餐飲場所也可以增加LifeSpace城市生活圈信息終端，服務器亦可以為用戶提供LSB（location based service）服務。城市生活圈信息終端作為無所不在的交互平臺將嵌入到越來越多的地點和現有設施中。