臺灣博碩士論文加值系統

摘 要

目前短距離的無線網路應用於工商業也越來越發達，其主要的重點為利用RFID和其他無線感測網路（Wireless Sensor Network；WSN）結合，例如UWB（Ultra Wide Band）、Zigbee、Bluetooth、短距離只要是使用無線通訊，包括兩個以上的節點（Node），每個節點具有一到多個感測器（Sensor），都可以被歸納在屬於「無線感測網路」的範圍內。
本論文將提出兩種無線感測網路之實作應用，目前明新科大的學生證都己更換成內建RFID TAG的校園智慧卡，校園內的自由上機教室每台電腦配備一台RFID讀卡機利用學生證驗證即可使用，由於每台電腦都必需裝設讀卡機相當耗費成本，本論文提出以一台RFID作為自由上機電腦教室的身份認證管理，學生可在自由上機教室透過配備RFID讀卡機的伺服器確認身份，驗證成功由伺服器指派可使用空閒電腦供學生使用，只要一台讀卡機即可管理一間教室，減少自由上機教室的管理。上課點名、老師提問，己成為上課必需的內容之一，減少上課點名時間，並提升學生回答老師之提問，正是本研究之主要目的。
為了增加同學上課回答問題的意願，本研究提出以RFID加上Zigbee作為課堂上記名之互動系統，老師課堂講桌裝置包含Zigbee接收器和1台PC、學生的課桌裝置包含配備RFID感應器和數字鍵盤和Zigbee發送器系統，利用學校內己內建RFID TAG的學生證，老師可於課堂上進行點名和發問，學生利用學生證驗證，老師可以即時掌握學生出席狀況。而數字鍵可取代學生舉手或口頭回答，搭配教師事先準備選擇題或是非題，教師可以即時了解學生學習狀況，本系統可減少老師點名時間的浪費，簡化學生回答問題方式。
關鍵字: WSN、RFID、Zigbee、 點名系統，課堂互動，數位教室

Abstract

The current application of short distance wireless network for industry and commerce is continuously thriving, and its focal point is the usage of combining RFID and other Wireless Sensor Network (WSN), such as UWB（Ultra Wide Band）, Zigbee, Bluetooth; the wireless communication within short distance and with two or more nodes, and each node has one or more sensor can be considered as the scope of “wireless sensor network”.
This thesis will propose two wireless sensor networks for practical applications; the student ID cards of Minghsin University of Science and Technology now have been replaced with build-in RFID TAG campus smart card, and the computers in the classroom can be accessed with student ID card via RFID card reader. As the cost is high to equip all computers with RFID card readers, therefore this paper proposes to use one computer for RFID identification verification and management, so that students are able to use RFID reader’s server for their identification verifications and the server will assign unoccupied computers for verified users; this means that only one card reader is required for one classroom and this will reduce management workload for computer classrooms. Roll calls and answering instructor’s questions are essential for all classes; therefore, to reduce roll call time and to promote answering instructor’s questions are the major purposes of this research.
In order to enhance student’s willingness towards answering instructor’s questions in class, this research proposes to use RFID and Zigbee for class roll call and interactive system: equip instructor’s desk with Zigbee receiver and one PC, and equip student’s desks with RFID sensors, numerical keyboards and Zigbee transmission systems. And with the existing RFID TAG student ID card, instructor can proceed to do roll call and ask questions in class; students can use student ID card for verification and instructor can get to know student attendance in real time. The numerical keyboard can help students to answer instructor’s questions, either multiple choice questions or true/false questions; the instructor can also understand students’ learning situation in real time. This system is able to reduce the time wasted for roll call, and to simplify the way of answering questions for students.

Key word: WSN, RFID, Zigbee, roll call system, class interaction, digital

目錄
中文摘要---------------------------------------------------------------------------------------------i
英文摘要--------------------------------------------------------------------------------------------ii
誌謝--------------------------------------------------------------------------------------------------iv
目錄-------------------------------------------------------------------------------------------------- v
圖目錄-------------------------------------------------------------------------------------------- viii
表目錄-----------------------------------------------------------------------------------------------ix
第一章 序論-------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.1研突背景----------------------------------------------------------------------1
1.2研究動機與目的-----------------------------------------------------------1
1.3研究架構--------------------------------------------------------------------2
1.3.1自由上機教室------------------------------------------------------------2
1.3.2教室互動系統------------------------------------------------------------3
1.4整體系統架構 ------------------------------------------------------------4
1.4.1自由上機教室管理系統架構-----------------------------------4
1.4.2教室互動系統架構-----------------------------------------------5
1.5論文章節概述-------------------------------------------------------------6
1.5.1 第一章 序論-------------------------------------------------------6
1.5.2第二章 文獻探討-----------------------------------------------6
1.5.3第三章 研究架構與方法--------------------------------------6
1.5.4第四章 系統實作與分析結果--------------------------------6
1.5.5第五章 結論與未來研究方法----------------------------------6
第二章 文獻探討------------------------------------------------------------------------7
2.1 自由上機教室管理-------------------------------------------------------7
2.2 教室即時互動系統-------------------------------------------------------7
2.3 RFID----------------------------------------------------------------------8
2.3.1 RFID組成元件----------------------------------------------------8
2.3.2 RFID系統原理----------------------------------------------------9
2.3.3 RFID應用-------------------------------------------------9
2.3.4 RFID的優點-----------------------------------------------------10
2.4 Wake-on-LAN------------------------------------------------------------11
2.4.1簡介----------------------------------------------------------------11
2.4.2系統需求----------------------------------------------------------11
2.4.3運用----------------------------------------------------------------12
2.4.4魔法封包----------------------------------------------------------12
2.5無線感測網路------------------------------------------------------------------------------13
2.5.1無線感測器網路組成架構-------------------------------------13
2.5.2無線感測器網路技術標準-------------------------------------15
2.5.3 WSN節點軟體系統---------------------------------------------15
2.6 Zigbee----------------------------------------------------------------------17
第三章 研究架構與方法----------------------------------------------------------------------19
3.1硬體規格---------------------------------------------------------------------------------------19
3.1.1自由上機教室硬體規格------------------------------------------------------------ 19
3.1.2教室互動系統硬體規格------------------------------------------------------------ 20
3.1.2.1 MP-501SSRK非接觸式感讀卡機----------------------------------------21
3.1.2.1.1技術規格------------------------------------------------------------- 21
3.1.2.2 FT-6200 高功率Zigbee基礎開發套件----------------------------------22
3.1.2.2.1 FT-6200套件內容---------------------------------------------------23
3.1.2.2.1.1 FT-6250 高功率Zigbee基礎開發板---------------------24
3.1.2.2.1.2 FT-6251 高功率Zigbee感測開發板--------------------25
3.2 RFID自由上機電腦教室身份認證管理-------------------------------------------------26
3.2.1中央控管伺服器---------------------------------------------------------------------26
3.2.1.1系統架構與流程-------------------------------------------------------------27
3.3 教室互動系統-------------------------------------------------------------------------------30
3.3.1課堂管理互動系統架構-------------------------------------------30
3.3.1.1系統架構與流程-----------------------------------------------31
第四章 系統實作與分析----------------------------------------------------------------------34
4.1實驗目標和環境---------------------------------------------------------34
4.1.1自由上機教室-------------------------------------------------------34
4.1.1.1自由上機教室實驗目標--------------------------------------34
4.1.1.2自由上機教室實驗環境--------------------------------------35
4.1.2教室互動管理系統-------------------------------------------------35
4.1.2.1教室互動管理系統實驗目標--------------------------------35
4.1.2.2教室互動管理系統實驗環境--------------------------------36
4.2實作系統-------------------------------------------------------------------------------------- 37
4.2.1自由上機教室------------------------------------------------------------------------37
4.2.2教室互動系統----------------------------------------------------------40
4.3效能測試---------------------------------------------------------------------------------------42
4.3.1明新科技大學自由上機教室管理系統-------------------------42
4.3.2自行開發自由上機教室管理系統-------------------------------42
4.3.3教室互動系統------------------------------------------------------------------------ 43
4.4系統比較------------------------------------------------------------------43
4.5 實驗結果-----------------------------------------------------------------44
4.5.1自由上機教室-------------------------------------------------------44
4.5.2教室互動系統-------------------------------------------------------44
第五章 結論與未來研究的方向------------------------------------------------------------ 45
5.1自由上機教室管理---------------------------------------------------------------------------45
5.2教室互動系統-----------------------------------------------------------------------------45
參考文獻-----------------------------------------------------------------------------------------46

參考文獻
[1] 戴建誠、蘇東興、曾宏立、2008 RFID 科技論文研討會 RFID課堂記名互動系統之設計，明新科技大學資訊工程系，民97年。
[2] 蔡佳宏、曾煜棋，無線感測網路之通訊協定與應用前景，國立交通大學資訊工程系，電信國家型科技計畫，民95年元月號/77 期。
[3] 宋仕杰、黃文楨，多媒體行動教室回饋系統建置與評量之研究，國立高雄第一科技大學資訊管理所，民95年。
[4] 王俊仁、朱學亭，以智慧型手機建構學生點名系統，臺中健康暨管理學院資訊工程系，民93年。
[5] 無線感測器網路(Wireless Sensor Networks) ，http://imus.csie.ncku.edu.tw/imus/sensor/index.html。
[6] 鄭集集、RS232/網路喚醒/GPIB儀器控制/遠端遙控和監控：實例應用和解析 使用VB6，儒林出版社，民96年03月01日。
[7] 碩良科技股份有限公司，D8-U使用手冊，http://www.nexsmart.com.tw。
[8] 建國科技大學RFID技術實驗室，建國科技大學點名系統，民95年。
[9] NTT Data Ubiquitous研究會，實現無遠弗屆社會的RFID技術，2005-07。
[10] 邱瑩青，非接觸式智慧卡系統開發，學貫出版社，民96年10月11日。
[11] Wake On Lan，http://www.depicus.com/wake-on-lan/what-is-wake-on-lan.aspx。
[12] Zigbee，http://www.Zigbee.org/en/index.asp。