■上海市民辦華育中學(xué) 郁承鑫

無線射頻識別技術(shù)（RFID）是利用無線電波進(jìn)行通信的一種非接觸的自動(dòng)識別技術(shù)，其基本原理是，通過讀寫器和粘附在物體上的電子標(biāo)簽之間的電磁耦合或電感耦合進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，達(dá)到對標(biāo)簽物品的自動(dòng)識別，并且可實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽同時(shí)識別。

RFID 具有識別距離遠(yuǎn)、識別速度快、可讀寫、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于物流系統(tǒng)、智能家電、運(yùn)動(dòng)計(jì)劃、生產(chǎn)線自動(dòng)化、物品監(jiān)視等領(lǐng)域。

GPS 全球定位系統(tǒng)（GPS）和GPRS 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GPRS）技術(shù)可用于定位與跟蹤，在公共交通、智能手機(jī)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

我設(shè)計(jì)的基于RFID 技術(shù)的智能安全書包系統(tǒng)主要可實(shí)現(xiàn)兩大功能：一是基于RFID 技術(shù)的學(xué)習(xí)用品的自動(dòng)識別與檢查，二是通過GPS 技術(shù)的實(shí)時(shí)定位監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的定位監(jiān)控，并通過設(shè)置電子?xùn)艡?，?shí)現(xiàn)異?；顒?dòng)范圍報(bào)警功能，提高出行安全性。

一、設(shè)計(jì)方案

智能安全書包系統(tǒng)分為RFID 讀寫模塊、GPS/GPRS 定位模塊、數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)模塊等。

圖1 智能安全書包系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊示意圖

1.管理系統(tǒng)

智能安全書包管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)錄入和存儲(chǔ)模塊、提示模塊。

數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)模塊利用電腦錄入電子課程信息表及對應(yīng)的學(xué)習(xí)用品信息，信息格式需根據(jù)RFID 和電子標(biāo)簽的讀寫要求，按照程序定義的格式存儲(chǔ)在系統(tǒng)中。當(dāng)RFID 系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，即可對信息進(jìn)行提取讀寫，將閱讀器識別的電子標(biāo)簽上的信息與課表信息進(jìn)行匹配性檢查。

當(dāng)RFID 系統(tǒng)掃描到信息與系統(tǒng)錄入信息不一致時(shí)，提示模塊發(fā)出聲音提醒，并在顯示屏上顯示錯(cuò)漏的書本和學(xué)習(xí)用品信息。

2.無線射頻識別（RFID）系統(tǒng)

無線射頻識別系統(tǒng)包括RFID 讀寫器、電子標(biāo)簽和天線。該模塊利用無線方式工作，能實(shí)現(xiàn)非接觸識別和實(shí)時(shí)識別多個(gè)電子標(biāo)簽，方便對各種學(xué)具進(jìn)行檢測，滿足不同距離檢測的要求。RFID 讀寫器和電子標(biāo)簽符合ISO18000 標(biāo)準(zhǔn)，電子標(biāo)簽不需要供電，工作時(shí)通過電感耦合方式從讀寫器獲取工作電源，延長了使用壽命，并且可以重復(fù)利用。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，RFID 讀寫器識別書包內(nèi)帶有電子標(biāo)簽的物品，與系統(tǒng)中已錄入的電子課表進(jìn)行對比，在顯示屏上顯示掃描到的學(xué)習(xí)用品的名稱，判斷所需物品是否齊備。當(dāng)掃描到某些物品不在射頻范圍內(nèi)（包括遺漏和錯(cuò)拿情況），系統(tǒng)則顯示提示信息，提醒學(xué)生及時(shí)檢查。

3.基于GPS/GPRS 定位系統(tǒng)

GPS 定位模塊和GPRS 模塊啟動(dòng)后，GPS 定位系統(tǒng)讀取學(xué)生所在的位置信息，GPRS模塊將位置信息傳送到家長的手機(jī)上，方便家長實(shí)時(shí)了解學(xué)生的動(dòng)向。

二、工作原理

智能安全書包系統(tǒng)的工作流程如下。

1.預(yù)先在系統(tǒng)中錄入每天的課程表信息、書本及學(xué)習(xí)用品信息，存儲(chǔ)在管理系統(tǒng)中，并在電子標(biāo)簽中寫入書本及學(xué)習(xí)用品信息，將其粘貼在書本和學(xué)習(xí)用品上。

2.系統(tǒng)啟動(dòng)后，RFID 讀寫器讀取物品的電子標(biāo)簽，與系統(tǒng)內(nèi)的課表內(nèi)容對比，在顯示屏上顯示書本名稱列表。

3.如果RFID 掃描到物品出現(xiàn)缺失或錯(cuò)拿等情況，管理系統(tǒng)發(fā)出提示信息，提醒學(xué)生檢查后，再重復(fù)步驟2 直至物品齊備。

4.當(dāng)學(xué)生往返于家與學(xué)校的路途中時(shí)，GPS 系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集學(xué)生的位置信息，通過GPRS 通信技術(shù)，家長可在手機(jī)上實(shí)時(shí)查看學(xué)生的位置信息，確認(rèn)其安全，還可設(shè)置電子?xùn)艡?，?shí)現(xiàn)學(xué)生處于異?；顒?dòng)范圍時(shí)的報(bào)警功能。

圖2 智能安全書包系統(tǒng)工作流程示意圖

三、系統(tǒng)開發(fā)

1.系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

硬件主要包括RFID 讀寫器模塊、GPS/GPRS 模塊。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio，開發(fā)語言為C#，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為SQL Server2014。采用Web Service 接口使各孤立站點(diǎn)之間的信息能相互通信和共享，采用IIS（Internet Information Server，互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸和信息發(fā)布。

2.管理系統(tǒng)開發(fā)

首先進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，用于存儲(chǔ)學(xué)生的課程信息表與書本及學(xué)習(xí)用品信息，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖3。課程信息表可實(shí)現(xiàn)獲得、維護(hù)和更新功能，書本及學(xué)習(xí)用品可獲取單個(gè)及列表信息，并實(shí)現(xiàn)維護(hù)和更新功能，采用C#和Web Service 開發(fā)實(shí)現(xiàn)。

圖3 課程和學(xué)習(xí)用品信息表ER 圖

3.RFID 自動(dòng)識別檢查系統(tǒng)開發(fā)

采用型號為KLM900 超高頻RFID 讀寫器模塊。電子標(biāo)簽采用HR61 濕標(biāo)簽，芯片MR6，尺寸為53×34mm，可粘貼在書本上，反復(fù)使用。

圖4 超高頻RFID 讀寫器和天線

圖5 電子標(biāo)簽

RFID 讀寫器通過天線發(fā)出一定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量，發(fā)送自身編碼等信息，被讀寫器讀取并解碼后傳送至Web Service接口，Web Service 接口通過獲取傳遞的標(biāo)簽ID，檢索系統(tǒng)書本及課表信息，通過管理系統(tǒng)處理對比信息后，將結(jié)果返回給前端顯示。

圖6 RFID 系統(tǒng)自動(dòng)識別、檢查結(jié)果示意圖

4.GPS/GPRS 定位系統(tǒng)

書包的安全定位系統(tǒng)選用深圳安信可GPRS/GPS 集成開發(fā)板作為GPS 接收機(jī)，型號為AG9。

圖7 GPS/GPRS 開發(fā)板

將系統(tǒng)連接后進(jìn)行設(shè)備初始化設(shè)置，通過系統(tǒng)App 與手機(jī)設(shè)備綁定，然后接入百度地圖接口，獲取地理位置信息，實(shí)現(xiàn)書包定位。

此外，還可在定位系統(tǒng)中設(shè)置經(jīng)?；顒?dòng)區(qū)域范圍的電子?xùn)艡?，如定位位置超出電子?xùn)艡诜秶?，系統(tǒng)可發(fā)出報(bào)警。

圖8 GPS/GPRS 定位圖

四、創(chuàng)新點(diǎn)

1.基于RFID 技術(shù)和模塊開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了書本與學(xué)習(xí)用品的自動(dòng)化和智能化檢查與提醒，有利于避免遺忘和錯(cuò)拿書本和學(xué)習(xí)用品，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.基于GPS/GPRS 技術(shù)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)采集與傳輸，便于家長掌握學(xué)生的活動(dòng)狀態(tài)。若超出電子?xùn)艡诜秶?，系統(tǒng)可自動(dòng)報(bào)警，提高了學(xué)生出行的安全性。