安標國家礦用產(chǎn)品安全標志中心　李梅香

基于RFID的實驗室設(shè)備追蹤系統(tǒng)

安標國家礦用產(chǎn)品安全標志中心李梅香

本文針對實驗室設(shè)備管理過程中存在設(shè)備查找、統(tǒng)計不便，設(shè)備所處狀態(tài)（如在用、停用或報廢）不明確，設(shè)備損壞責任無從追究等問題，提出一種實驗室設(shè)備監(jiān)控查詢系統(tǒng)，本系統(tǒng)將RFID技術(shù)與上位機軟件結(jié)合，實現(xiàn)通過上位機軟件對設(shè)備進行出入庫登記、狀態(tài)查詢、跟蹤等功能，具有較好的使用價值。

RFID；定位；設(shè)備查找

1.前言

近年來，我國科技一直迅猛發(fā)展，國家大力扶持各高等院校、研究院、檢測機構(gòu)等科研單位，這些單位承擔著各種科研任務(wù)。隨著科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸完善和更新，實驗室作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，它的設(shè)備管理問題也逐漸顯露出來，主要體現(xiàn)在設(shè)備查找和管理不方便，設(shè)備所處狀態(tài)（在用、停用、報廢）不明確，設(shè)備安全的管理等問題，針對這些問題，本文研究一種用于實驗室設(shè)備管理和查詢的系統(tǒng)。

2.實驗室設(shè)備追蹤系統(tǒng)

2.1技術(shù)背景

射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）技術(shù)，是一種無線通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。一套完整的RFID系統(tǒng)由閱讀器（Reader）、電子標簽（Tag）及上位機軟件系統(tǒng)三個部份組成。

2.2系統(tǒng)方案設(shè)計

2.2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

針對現(xiàn)有實驗室管理系統(tǒng)存在的設(shè)備的管理和查找不便、設(shè)備安全等問題，研究一種用于實驗室設(shè)備管理和查詢的系統(tǒng)，本系統(tǒng)由有源標簽、讀卡器、讀卡分站以及上位機（含數(shù)據(jù)庫）組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　實驗室管理系統(tǒng)框圖

有源標簽粘貼在設(shè)備表面；讀卡器放置于每個房間用于讀取房間范圍內(nèi)有源標簽信息；讀卡分站放置在各個讀卡器中心的位置，用于與多個讀卡器較遠距離的通信，以及向上位機上傳數(shù)據(jù)；上位機放置在管理室，用于接收讀卡分站數(shù)據(jù)、存儲標簽信息、顯示標簽位置、提供設(shè)備信息查詢功能、有效期提示功能以及設(shè)備丟失報警功能。

2.2.2芯片選型

本系統(tǒng)讀卡器及讀卡分站核心處理芯片采用三星公司生產(chǎn)的S3C2440，該芯片具有四通道DMA、以及兩路SPI串口，內(nèi)核供電電壓為1.2V，存儲器供電為1.8V/3.3V，外部I/O接口采用3.3V供電。片上集成外部存儲控制器用于控制SDRAM和片選邏輯、此外該芯片具有130個通用I/O口和24通道外部中斷源；SDRAM用于系統(tǒng)內(nèi)存，F(xiàn)LASH為整個系統(tǒng)的存儲設(shè)備，用于存儲長期需要保存的數(shù)據(jù)。讀卡器基于Linux操作系統(tǒng)，通過設(shè)計RF模塊驅(qū)動程序及上層應(yīng)用程序，實現(xiàn)RF底層通信功能和上層網(wǎng)口通信，實現(xiàn)讀卡器與標簽及上位機的通信功能。

2.2.3讀卡器和讀卡分站設(shè)計

讀卡器放置在每個房間內(nèi)讀取該房間內(nèi)的標簽信息，并將讀取到的標簽信息傳輸至讀卡分站。本系統(tǒng)中讀卡器采用兩款射頻模塊分別與通信距離較短的標簽和通信距離較長的讀卡分站通信，同時獨立的射頻模塊能較好的實現(xiàn)功率控制。讀卡分站將接收的讀卡器射頻信號通過網(wǎng)口將信號傳輸至上位機，完成射頻信號的接收和轉(zhuǎn)發(fā)功能。讀卡器和讀卡分站如圖2、圖3所示。

圖2　讀卡器硬件結(jié)構(gòu)

讀卡器主要由電源模塊、單片機和兩個獨立的射頻模塊組成。其中，選用MSP430單片機作為處理器，選用NRF24L01射頻模塊與標簽通信，選用性能較好的CYRF6936射頻模塊實現(xiàn)與讀卡分站遠距離通信。讀卡分站由電源模塊、MSP430單片機、CYRF6936射頻模塊以及網(wǎng)口和GPIO接口組成。

2.2.4上位機軟件

上位機軟件包括網(wǎng)口通信模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、界面顯示模塊等。如圖4所示。

圖4　上位機軟件設(shè)計

上位機通過網(wǎng)口讀取讀卡分站上傳的標簽信息，將接收到的信息通過界面顯示給管理者，管理者可通過界面進行設(shè)備添加、設(shè)備查詢、設(shè)備存儲、報警功能等操作，設(shè)備的相關(guān)信息被錄入數(shù)據(jù)庫中保存，此外上位機能夠顯示設(shè)備的運行狀態(tài)（如在用、停用或報廢），當設(shè)備使用年限即將到期時，軟件會提醒管理者對設(shè)備進行計量等處理。

3.結(jié)論

本文針對實驗室設(shè)備管理過程中存在設(shè)備查找、統(tǒng)計不便等問題，提出一種實驗室設(shè)備監(jiān)控查詢系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)設(shè)計方案、芯片選型、讀卡器及讀卡分站、以及上位機軟件設(shè)計等內(nèi)容，該系統(tǒng)有效的解決了實驗室設(shè)備管理存在的基本問題，具有一定的使用價值。