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

林海旦，吳立群，樊 冰

（杭州電子科技大學(xué) 實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)*

林海旦，吳立群，樊 冰

（杭州電子科技大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與資產(chǎn)管理處，浙江 杭州 310018）

為了能夠準(zhǔn)確地得到何時(shí)、何地、何人使用了何實(shí)驗(yàn)室和大型儀器等數(shù)據(jù)，從而統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)與高校實(shí)驗(yàn)室與大儀開放共享網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)結(jié)合使用的刷卡信息采集系統(tǒng)，并對(duì)RFID刷卡系統(tǒng)的架構(gòu)、信息采集方法等進(jìn)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(yīng)用，有利于更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室與大儀的開放共享。

RFID；實(shí)驗(yàn)室；大型儀器

在當(dāng)今各高校中，實(shí)驗(yàn)室和大型儀器的開放共享面臨著很多問題，為方便實(shí)驗(yàn)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(tái)，提供對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備方便快捷的自助式預(yù)約服務(wù)，網(wǎng)上預(yù)約，網(wǎng)上審核，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室和大型儀器的有效利用[1-4]。然而，目前市場(chǎng)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(xué)校結(jié)合RFID技術(shù)[6]，研究并實(shí)現(xiàn)了新型的具有自動(dòng)登記、計(jì)時(shí)、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(shí)行了開放以及實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。[7]

一、RFID信息采集系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

1.RFID信息采集系統(tǒng)架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室與大型儀器開放使用時(shí)，采用學(xué)?，F(xiàn)有的一卡通系統(tǒng)作為身份認(rèn)證平臺(tái)，借助現(xiàn)有卡介質(zhì)和查詢密碼進(jìn)行登錄和刷卡認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本地了解實(shí)驗(yàn)室和大型儀器的開放情況[8][9]，本文提出利用無(wú)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(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、統(tǒng)計(jì)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(xué)校實(shí)驗(yàn)室與儀器管理中心、各學(xué)院數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、各實(shí)驗(yàn)室、大型儀器，最后一層表示使用該實(shí)驗(yàn)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(rèn)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(jìn)門處，利用RFID技術(shù)，讀取卡片序列號(hào)以后傳送至PC實(shí)驗(yàn)室管理子系統(tǒng)進(jìn)行登記確認(rèn)。[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(jì)使用權(quán)限、使用人數(shù)、使用時(shí)間長(zhǎng)短等。每一個(gè)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(jìn)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(yīng)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(yù)先確定的信息，如布置時(shí)候?qū)懭氲挠糜趨^(qū)分各個(gè)讀卡器的序列號(hào)；大型儀器設(shè)備的描述及使用注意事項(xiàng)；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(yù)先寫入讀卡器中。

二、RFID信息采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.RFID刷卡器的組成模塊

在分析與設(shè)計(jì)成熟的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了產(chǎn)品外觀與模具的設(shè)計(jì)，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(gè)部分：

（1）2.8寸TFT液晶屏。液晶屏作為讀寫節(jié)點(diǎn)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(xué)號(hào)、通知、錯(cuò)誤提示等信息。

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

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

（4）以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)接口用于整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)的通信中。以太網(wǎng)接口可以使用普通網(wǎng)線進(jìn)行駁接，使用該接口前，需要啟動(dòng)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(jìn)行設(shè)置）。

（5）兩個(gè)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(hào)并向服務(wù)器發(fā)起登錄請(qǐng)求，登錄成功以后將在液晶屏上顯示卡片對(duì)應(yīng)的用戶姓名與卡號(hào)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(qǐng)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(yù)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(tái)與讀卡器預(yù)留接口連接的PC，并在PC上運(yùn)行相應(yīng)軟件來(lái)進(jìn)行。

2.RFID刷卡器顯示功能模塊

液晶屏在開機(jī)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(biāo)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(xué)號(hào)，通過讀取服務(wù)器返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)包讀取其中的姓名、學(xué)號(hào)，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(wú)線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和以太網(wǎng)連接狀態(tài)兩種。剛開機(jī)時(shí)為斷開狀態(tài)。終端節(jié)點(diǎn)搜索無(wú)線信號(hào)成功后會(huì)打開無(wú)線連接成功的圖標(biāo) （即無(wú)線連接狀態(tài)的紅色“X”標(biāo)識(shí)消失）。路由節(jié)點(diǎn)除了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以外還有以太網(wǎng)連接狀態(tài)圖標(biāo)，成功連接服務(wù)器以后會(huì)打開以太網(wǎng)連接成功的圖標(biāo) （相應(yīng)的紅色“X”標(biāo)識(shí)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(jī)歡迎詞、提醒信息等。通知信息顯示的位置在?；?qǐng)D標(biāo)對(duì)應(yīng)的文字欄。

（4）卡片狀態(tài)信息?？ㄆ瑺顟B(tài)指的是登錄成功、注銷成功等提醒信息。卡片信息顯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(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行配置：

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

（2）配置路由節(jié)點(diǎn)。包括配置路由節(jié)點(diǎn)的IP分配方式，服務(wù)器IP地址確定，路由節(jié)點(diǎn)的設(shè)備號(hào)分配，無(wú)線路由模塊分配等。

（3）配置終端節(jié)點(diǎn)。主要是進(jìn)行設(shè)備號(hào)分配和無(wú)線終端模塊分配。

配置好RFID實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)之后，就可以使用用戶數(shù)據(jù)庫(kù)登記過的RFID卡片進(jìn)行用戶登錄、注銷等動(dòng)作。由于需要控制的模塊比較多，需要判斷和運(yùn)行的流程也比較多，實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的讀卡節(jié)點(diǎn)采用了一個(gè)實(shí)時(shí)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(kù)讀取比較、實(shí)驗(yàn)室編號(hào)記錄、儀器設(shè)備使用記錄、使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)、預(yù)訂信息確認(rèn)、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(shí)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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：人員信息數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室信息數(shù)據(jù)庫(kù)、儀器設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、記錄信息數(shù)據(jù)庫(kù)、預(yù)訂記錄數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)定期進(jìn)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(jìn)行發(fā)布。

四、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)整合了RFID、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)，通過一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)完成各個(gè)子模塊子系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，完成了自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、識(shí)別、記錄進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室者以及使用大型儀器的人員的身份、時(shí)間以及使用實(shí)驗(yàn)室和大型儀器的時(shí)間等信息。RFID刷卡系統(tǒng)能給管理者提供實(shí)驗(yàn)室和大型儀器的使用效率等信息，同時(shí)也能使管理者對(duì)何時(shí)何地何人使用了何實(shí)驗(yàn)室和儀器一目了然。該系統(tǒng)可以布置在不同學(xué)院所屬的不同實(shí)驗(yàn)室中，通過服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室與大型儀器的開放共享。

[1]院婕,劉朝暉,王蓓.高校開放實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，22(1): 80-83．

[2]楊春，唐杰，強(qiáng)勇軍,等.實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2006(3):93-95.

[3]張琦,連劍波,張麟.基于Web的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009(4):138-140．

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[9]項(xiàng)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(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)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(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京:南京信息工程大學(xué),2006．

（編輯：隗爽）

G647

A

1673-8454(2011)23-0053-03

浙江省2010年度高校實(shí)驗(yàn)室工作研究重點(diǎn)項(xiàng)目（Z201005）。