唐琳

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)使用實(shí)驗(yàn)室方式中存在課程設(shè)置時(shí)間不合理和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置過(guò)于單調(diào)這兩個(gè)主要問(wèn)題，提出了一種基于RFID的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。本文簡(jiǎn)述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案和工作原理，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室使用人員的信息管理和實(shí)驗(yàn)資源的優(yōu)化配置。

關(guān)鍵詞：RFID;開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室;實(shí)驗(yàn)室管理

中圖分類號(hào)：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）12-0135-02

在高等院校中，實(shí)驗(yàn)室是各高校提升教師教學(xué)能力、進(jìn)行科研創(chuàng)新的基本平臺(tái)，是提升大學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的主要平臺(tái)，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才、創(chuàng)新型人才的重要基地。以廣西大學(xué)行健文理學(xué)院為例，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室使用方式中，經(jīng)常會(huì)因課程設(shè)置時(shí)間不合理和課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置過(guò)于單調(diào)而導(dǎo)致出現(xiàn)以下問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)室使用時(shí)間過(guò)于集中，某些時(shí)間段座無(wú)虛席而部分時(shí)間卻門(mén)可羅雀;（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程單調(diào)乏味，學(xué)生無(wú)濃厚興趣;（3）部分實(shí)驗(yàn)室專業(yè)性較強(qiáng)，只為某門(mén)課程服務(wù)（如光纖通信實(shí)驗(yàn)室），利用率極低。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室以開(kāi)放的形式給學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生可以自由調(diào)整、合理分配自己的課余時(shí)間，選擇自己感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)以外的設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。本文以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，幫助學(xué)生能夠快捷合理地使用實(shí)驗(yàn)室。

1 RFID技術(shù)概述

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種電磁耦合式非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，采用與無(wú)線電廣播相同的物理原理來(lái)發(fā)射和接收數(shù)據(jù)，由標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）三部分構(gòu)成。它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象（停滯或非停滯狀態(tài)）并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可同時(shí)識(shí)別多個(gè)識(shí)別卡，操作快捷方便?？蓱?yīng)用于諸如設(shè)備管理、貨物跟蹤等各種工作場(chǎng)景。

2 RFID工作原理

RFID系統(tǒng)的組成部分包括：射頻標(biāo)簽（應(yīng)答器）、識(shí)別設(shè)備（閱讀器）、網(wǎng)絡(luò)（中央信息系統(tǒng)）。

RFID系統(tǒng)的識(shí)別過(guò)程主要由識(shí)別設(shè)備和射頻標(biāo)簽兩部分完成，它們之間以無(wú)線射頻的方式來(lái)完成通信。當(dāng)識(shí)別設(shè)備所監(jiān)控的范圍內(nèi)檢測(cè)到有射頻信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，識(shí)別設(shè)備通過(guò)無(wú)線射頻的方式提供射頻標(biāo)簽工作所需的能量，激活射頻標(biāo)簽，同時(shí)獲取其自身所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，然后分析處理這些數(shù)據(jù)信息，再根據(jù)分析處理的結(jié)果下達(dá)控制命令或者數(shù)據(jù)傳送。

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理硬件系統(tǒng)可分為：RFID射頻識(shí)別模塊和單片機(jī)控制模塊。前者的作用在于可以和校園一卡通建立起無(wú)線通信鏈路，對(duì)校園一卡通進(jìn)行指令操作;后者的主要作用則是對(duì)RFID感應(yīng)模塊發(fā)送控制指令，控制RFID射頻識(shí)別模塊的讀寫(xiě)等一系列操作，同時(shí)將校園一卡通里的數(shù)據(jù)信息通過(guò)串口上傳到上位PC機(jī)，其原理圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)

讀寫(xiě)器主要分為兩部分：控制模塊和射頻模塊?？刂颇K以STC12系列單片機(jī)STC12C5A60S2芯片作為控制芯片，負(fù)責(zé)讀取RFID射頻識(shí)別模塊的數(shù)據(jù)，通過(guò)SPI接口完成數(shù)據(jù)通信，控制其他外圍器件的工作。

射頻模塊由MFRC522芯片、外圍電路及天線組成。RFID射頻識(shí)別模塊的原理圖如圖2所示。

3.2 讀寫(xiě)器軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)程序設(shè)計(jì)的目的在于為了單片機(jī)控制模塊能夠控制RFID射頻識(shí)別模塊讀取校園一卡通中的學(xué)生用戶信息，并將這些學(xué)生用戶信息傳送給上位機(jī)使用。

下位機(jī)程序使用Keil C51開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用兼容單片機(jī)的C語(yǔ)言編寫(xiě)整個(gè)下位機(jī)的程序，并通過(guò)串口調(diào)試助手測(cè)試整個(gè)程序的運(yùn)行情況。它的工作任務(wù)是初始化、識(shí)卡、驗(yàn)卡、讀卡、發(fā)送卡號(hào)信息。

下位機(jī)程序設(shè)計(jì)主要是為了可以成功地從校園一卡通中讀取唯一的卡序列號(hào)（卡號(hào)）。每張校園一卡通的卡號(hào)都是唯一的，這正是開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中所需要的一種身份憑證。在管理系統(tǒng)中，正是憑借這唯一性，可以讓每個(gè)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的時(shí)間和地點(diǎn)中預(yù)訂自己所想要的時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室，這樣就可以讓實(shí)驗(yàn)室得到更合理地利用，實(shí)驗(yàn)資源得到合理地分配，提高實(shí)驗(yàn)室的利用率。

下位機(jī)的主程序如下所示：

void main（）

{

uchar RF_staus;

uint dis_data=0;

Serial_init（）;

EA=1;

RF_init（）;

RF_AntennaOff （）;

RF_AntennaOn （）;

delay（100）;

Time1_init（）;

While（1）

{

RF_staus=RF_Request（PICC_REQALL，RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_Anticoll（RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_Selct（RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_AuthState（PICC_Auth，RF_Tempbuf）;

}

}

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于RFID的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，為開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)，系統(tǒng)通過(guò)RFID技術(shù)讀取校園一卡通的學(xué)生用戶信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室使用人員信息的管理。

參考文獻(xiàn)

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Hardware Design of? Open Laboratory Management System Based on RFID

TANG Lin

（Guangxi University Xingjian College of? Science and Liberal Arts，Nanning? Guangxi? 530005）

Abstract：In view of the two main problems existing in the traditional way of using laboratory： unreasonable course setting time and too monotonous experimental project setting， an open laboratory management system based on RFID is proposed. In this paper， the hardware design scheme and working principle of the system are briefly described， and the information management of open laboratory users and the optimal allocation of experimental resources are realized.

Key words：RFID;open laboratory;laboratory management