林海旦，吳立群，樊 冰

（杭州電子科技大學 實驗室與資產(chǎn)管理處，浙江 杭州 310018）

基于開放服務(wù)的RFID信息采集系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)*

林海旦，吳立群，樊 冰

（杭州電子科技大學 實驗室與資產(chǎn)管理處，浙江 杭州 310018）

為了能夠準確地得到何時、何地、何人使用了何實驗室和大型儀器等數(shù)據(jù)，從而統(tǒng)計實驗室和大型儀器的使用率、開放共享等情況，本文提出了利用RFID技術(shù)實現(xiàn)與高校實驗室與大儀開放共享網(wǎng)絡(luò)化平臺結(jié)合使用的刷卡信息采集系統(tǒng)，并對RFID刷卡系統(tǒng)的架構(gòu)、信息采集方法等進行了分析，最后，闡述了RFID刷卡系統(tǒng)的組成模塊、信息顯示功能及配置方法。該系統(tǒng)的開發(fā)與應用，有利于更好地實現(xiàn)實驗室與大儀的開放共享。

RFID；實驗室；大型儀器

在當今各高校中，實驗室和大型儀器的開放共享面臨著很多問題，為方便實驗室和大型儀器向?qū)W生全天候開放，許多高校日前已經(jīng)著手開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化開放共享管理平臺，提供對實驗設(shè)備方便快捷的自助式預約服務(wù)，網(wǎng)上預約，網(wǎng)上審核，實現(xiàn)對實驗室和大型儀器的有效利用[1-4]。然而，目前市場上已有的信息采集器[5]基本都需要配備電腦,成本較大。為此,筆者所在學校結(jié)合RFID技術(shù)[6]，研究并實現(xiàn)了新型的具有自動登記、計時、支付等功能的信息采集系統(tǒng),該系統(tǒng)還能監(jiān)控是否真正實行了開放以及實現(xiàn)運行狀態(tài)的監(jiān)測。[7]

一、RFID信息采集系統(tǒng)的分析與設(shè)計

1.RFID信息采集系統(tǒng)架構(gòu)

為了實現(xiàn)在實驗室與大型儀器開放使用時，采用學校現(xiàn)有的一卡通系統(tǒng)作為身份認證平臺，借助現(xiàn)有卡介質(zhì)和查詢密碼進行登錄和刷卡認證，實現(xiàn)高效率、低成本地了解實驗室和大型儀器的開放情況[8][9]，本文提出利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、RFID技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對實驗室儀器設(shè)備的使用情況進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、統(tǒng)計和信息化管理。系統(tǒng)的具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1中從上往下分別是學校實驗室與儀器管理中心、各學院數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、各實驗室、大型儀器，最后一層表示使用該實驗室或儀器的人員。

2.RFID系統(tǒng)信息采集方法

在RFID刷卡器上刷的用于確認身份的卡片使用現(xiàn)在很普遍的校園一卡通。讀寫器放置于進門處，利用RFID技術(shù)，讀取卡片序列號以后傳送至PC實驗室管理子系統(tǒng)進行登記確認。[10]嵌入式RFID讀卡器還能夠布置在大型儀器或者貴重儀器附近，以控制和統(tǒng)計使用權(quán)限、使用人數(shù)、使用時間長短等。每一個嵌入式RFID讀寫器配備一塊顯示屏。該嵌入式RFID讀卡器不需要另外配置PC進行工作，可以“上電即工作”。在第一次布置嵌入式RFID讀卡器以后，以后的每一次工作只需要給其提供電源和相應的接插線即可，不需要額外的人工操作。具體的信息采集流程如圖2所示。

嵌入式讀卡器內(nèi)部可以寫入預先確定的信息，如布置時候?qū)懭氲挠糜趨^(qū)分各個讀卡器的序列號；大型儀器設(shè)備的描述及使用注意事項；最新一次操作修改記錄等均可以寫入其中。顯示屏上需要的定制信息除了通過服務(wù)器向讀卡器發(fā)送以外，也可以預先寫入讀卡器中。

二、RFID信息采集系統(tǒng)的實現(xiàn)

1.RFID刷卡器的組成模塊

在分析與設(shè)計成熟的基礎(chǔ)上，進行了產(chǎn)品外觀與模具的設(shè)計，第一期制作成的刷卡器外觀如圖3所示，RFID刷卡器組成可以分為五個部分：

（1）2.8寸TFT液晶屏。液晶屏作為讀寫節(jié)點的用戶界面載體，用于顯示各種信息，包括服務(wù)器返回的姓名、學號、通知、錯誤提示等信息。

（2）無線模塊。無線模塊是無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，用于完成無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信、組網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)的功能。每一個讀卡節(jié)點都有一個無線模塊，起終端作用的讀卡節(jié)點搭載的是工作于終端模式的無線模塊；相應地，起路由作用的讀卡節(jié)點搭載的是工作于路由模式的無線模塊。

（3）讀卡模塊。讀卡模塊用于用戶登錄時提供卡號信息。讀卡模塊采用ISO/IEC 1444A協(xié)議標準，可以讀取“校園一卡通”標準卡片的卡號信息，并將卡號信息通過SPI接口發(fā)送到主控的STM32芯片上進行進一步處理。

（4）以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)接口用于整個無線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫的通信中。以太網(wǎng)接口可以使用普通網(wǎng)線進行駁接，使用該接口前，需要啟動服務(wù)器并提供DHCP服務(wù)（如果不使用DHCP服務(wù)，則需要提前在配置中進行設(shè)置）。

（5）兩個按鍵用于用戶登錄與注銷。在將卡片放到讀卡模塊上以后，按下左邊的“登錄”按鍵讀取卡號并向服務(wù)器發(fā)起登錄請求，登錄成功以后將在液晶屏上顯示卡片對應的用戶姓名與卡號等信息。成功登錄以后，按下右邊的“注銷”按鍵將向服務(wù)器發(fā)起注銷請求，注銷成功將在服務(wù)器上消去已登錄的記錄。

嵌入式RFID讀卡器將預留接口用于出廠設(shè)置及布置、更改設(shè)置用。更改嵌入式RFID讀卡器的設(shè)置，需要一臺與讀卡器預留接口連接的PC，并在PC上運行相應軟件來進行。

2.RFID刷卡器顯示功能模塊

液晶屏在開機以后顯示的界面由背景圖片和正面信息欄組成。背景圖片包括標題“RFID設(shè)備管理系統(tǒng)”、?；盏准y及分欄的橫線。正面信息欄由以下部分組成：

（1）用戶信息。這里用戶信息為姓名、學號，通過讀取服務(wù)器返回的響應數(shù)據(jù)包讀取其中的姓名、學號，并顯示在用戶信息中。

（2）網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)包括無線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和以太網(wǎng)連接狀態(tài)兩種。剛開機時為斷開狀態(tài)。終端節(jié)點搜索無線信號成功后會打開無線連接成功的圖標 （即無線連接狀態(tài)的紅色“X”標識消失）。路由節(jié)點除了無線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以外還有以太網(wǎng)連接狀態(tài)圖標，成功連接服務(wù)器以后會打開以太網(wǎng)連接成功的圖標 （相應的紅色“X”標識消失）。

（3）通知信息。通知信息包括服務(wù)器返回的通知信息、開機歡迎詞、提醒信息等。通知信息顯示的位置在校徽圖標對應的文字欄。

（4）卡片狀態(tài)信息。卡片狀態(tài)指的是登錄成功、注銷成功等提醒信息?？ㄆ畔@示于通知信息下一欄。即圖3所示的最后一欄中。

三、RFID信息采集系統(tǒng)的配置

使用RFID系統(tǒng)之前，需要對該系統(tǒng)進行配置：

（1）在服務(wù)器上架設(shè)數(shù)據(jù)庫。這里包括用戶數(shù)據(jù)庫、設(shè)備數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和對應。

（2）配置路由節(jié)點。包括配置路由節(jié)點的IP分配方式，服務(wù)器IP地址確定，路由節(jié)點的設(shè)備號分配，無線路由模塊分配等。

（3）配置終端節(jié)點。主要是進行設(shè)備號分配和無線終端模塊分配。

配置好RFID實驗室管理系統(tǒng)之后，就可以使用用戶數(shù)據(jù)庫登記過的RFID卡片進行用戶登錄、注銷等動作。由于需要控制的模塊比較多，需要判斷和運行的流程也比較多，實驗室管理系統(tǒng)的讀卡節(jié)點采用了一個實時操作系統(tǒng)。

此外，必須有與刷卡器配套的主服務(wù)器端軟件，該軟件的功能包括人員數(shù)據(jù)庫讀取比較、實驗室編號記錄、儀器設(shè)備使用記錄、使用時間統(tǒng)計、預訂信息確認、控制命令發(fā)送等等。這里的控制命令發(fā)送主要指向系統(tǒng)中的其他系統(tǒng)發(fā)布命令，包括同步時間命令和接通關(guān)閉命令。主服務(wù)器端軟件主要包括以下幾個數(shù)據(jù)庫：人員信息數(shù)據(jù)庫、實驗室信息數(shù)據(jù)庫、儀器設(shè)備數(shù)據(jù)庫、記錄信息數(shù)據(jù)庫、預訂記錄數(shù)據(jù)庫等。由于需要使用校園一卡通的數(shù)據(jù)，必須與校園一卡通的數(shù)據(jù)庫定期進行同步刷新。除此之外，通知和其他相關(guān)的定制內(nèi)容也可以通過該服務(wù)器端軟件進行發(fā)布。

四、結(jié)束語

本系統(tǒng)整合了RFID、無線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)以及數(shù)據(jù)庫的技術(shù)，通過一個實時操作系統(tǒng)完成各個子模塊子系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，完成了自動統(tǒng)計、識別、記錄進出實驗室者以及使用大型儀器的人員的身份、時間以及使用實驗室和大型儀器的時間等信息。RFID刷卡系統(tǒng)能給管理者提供實驗室和大型儀器的使用效率等信息，同時也能使管理者對何時何地何人使用了何實驗室和儀器一目了然。該系統(tǒng)可以布置在不同學院所屬的不同實驗室中，通過服務(wù)器進行統(tǒng)一管理和監(jiān)控實驗室與大型儀器的開放共享。

[1]院婕,劉朝暉,王蓓.高校開放實驗室信息管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].南華大學學報(自然科學版)，2008，22(1): 80-83．

[2]楊春，唐杰，強勇軍,等.實驗室網(wǎng)絡(luò)管理平臺的構(gòu)建與應用[J].實驗科學與技術(shù)，2006(3):93-95.

[3]張琦,連劍波,張麟.基于Web的實驗室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計[J].實驗科學與技術(shù)，2009(4):138-140．

[4]黃小斌.大型儀器設(shè)備管理使用的研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2009,26(9):171-172,177．

[5]楊安,歐陽奇.儀器設(shè)備平臺資源共享系統(tǒng)[J].實驗室研究與探索,2008,27(8):147-150．

[6]粘華.開放平臺實驗室RFID管理系統(tǒng)設(shè)計[J].實驗室科學,2009(1):129-131．

[7]郭海平,倪振文.無線射頻識別在高校儀器設(shè)備管理中的應用[J].實驗室研究與探索，2010,29(2):171-173．

[8]饒增仁，郭明超．RFID及識別技術(shù)在開放實驗室中的應用[J].蘭州大學學報(自然科學版)，2009,45(6):157-159．

[9]項曉慧,阮慧,李五一．高校大型儀器共享管理系統(tǒng)建設(shè)的探討與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2011,28(1):196-199．

[10]王紅林．基于RFID技術(shù)的門控管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京:南京信息工程大學,2006．

（編輯：隗爽）

G647

A

1673-8454(2011)23-0053-03

浙江省2010年度高校實驗室工作研究重點項目（Z201005）。