無線射頻識別技術(shù)在預(yù)防兒童丟失上的應(yīng)用

摘 要：如今社會人口眾多，兒童丟失已成為嚴(yán)重的社會問題，拐賣兒童犯罪已向集團(tuán)化、職業(yè)化發(fā)展。本文針對預(yù)防兒童丟失提出了無線射頻識別技術(shù)，采用便攜式閱讀器跟蹤兒童就可以記錄兒童的信息，為此制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸與編碼方式，一旦有突發(fā)情況就可以將兒童迅速定位找出，而且可在危險發(fā)生前采取應(yīng)對措施，達(dá)到預(yù)防預(yù)警效果?；诖耍疚膹臒o線射頻識別技術(shù)的基本理論出發(fā)，對該系統(tǒng)的組成原理進(jìn)行簡單介紹，并對該系統(tǒng)在預(yù)防兒童丟失方面的應(yīng)用加以研究。

關(guān)鍵詞：兒童丟失；無線射頻識別；數(shù)據(jù)傳輸；定位

中圖分類號：TP391.4

目前射頻技術(shù)發(fā)展十分迅速，不管是在國內(nèi)還是在國外，拒不完全統(tǒng)計射頻技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋到了全球各個地方，無線射頻技術(shù)自從二十世紀(jì)興起以來受到了很多專家的重視，在二十世紀(jì)90年代射頻產(chǎn)品銷量出現(xiàn)猛增，基本上以每年20%的速度增長。以往主要用在軍事上的射頻技術(shù)也慢慢的運用到的人民的生活中，其中最近幾年研究最為流行的就是預(yù)防兒童丟失的射頻技術(shù)，受到了很多專家的追捧。在我們身旁，時常發(fā)生著孩子丟失的悲劇。這種現(xiàn)象深深的刺痛著我們的心，被拐賣的兒童一般較小，記不清回家的路，這樣幾乎永遠(yuǎn)回不去自己的家鄉(xiāng)，丟失孩子的父母也是什么痛心的，自己的親生骨肉被無情的掠奪。如今隨著信息技術(shù)的不斷的發(fā)展，一些高科技也慢慢的運用在預(yù)防兒童丟失上，其中最為熱門的就是無線射頻識別技術(shù)的大力發(fā)展。

國外的無線射頻技術(shù)發(fā)展的相對比較早，尤其是在一些發(fā)達(dá)國家，比如德國、美國等，他們幾乎都具有良好的發(fā)展基礎(chǔ)，依托各大名校的教授進(jìn)行合作，其中最著名的麻省理工學(xué)院在射頻技術(shù)方面研究比較前沿，無論是在技術(shù)上還是理論上都是世界上最先進(jìn)的。相比這些發(fā)達(dá)的國家，我國的無線射頻技術(shù)發(fā)展比較晚一些，但最近幾年發(fā)展十分迅速，在一些方面也有了自己的知識產(chǎn)權(quán)，如今與國內(nèi)外的差別只限于芯片技術(shù)上，其他的先進(jìn)技術(shù)都有掌握。本文主要是講了為避免孩子丟失的悲劇發(fā)生，采用無線射頻識別技術(shù)預(yù)防這些災(zāi)難的發(fā)生，無線射頻技術(shù)的發(fā)展在這方面起到了很好的作用。

1 無線射頻識別技術(shù)概述

無線射頻技術(shù)是一種半自動的識別系統(tǒng)，其中人工參與的很少，主要是通過一些射頻信號來獲取目標(biāo)的相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)來分析其所在的位置，這種工作從頭到尾幾乎沒有人員的干預(yù)，可靠性強，在很多惡劣的環(huán)境下都能表現(xiàn)出很優(yōu)秀的功能。它可以通過放在兒童的衣服里面進(jìn)行工作，操作也什么的方便，由此看來無線射頻技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。

無線射頻技術(shù)的發(fā)展起源于二十世紀(jì)，其主要是以雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用為理論基礎(chǔ)奠定了理論基礎(chǔ)。無線射頻技術(shù)首次用于敵我識別系統(tǒng)的飛機(jī)。在二十世紀(jì)50：無線射頻技術(shù)的早期探索階段，主要是在實驗室。在第二十世紀(jì)60年：射頻識別技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始小規(guī)模的試驗應(yīng)用。70年代無線射頻技術(shù)與產(chǎn)品的研究、開發(fā)是一個大發(fā)展時期，各種無線射頻技術(shù)的加速試驗，有一些最早的無線射頻技術(shù)應(yīng)用。80年代無線射頻技術(shù)與產(chǎn)品進(jìn)入人員識別，自動收費系統(tǒng)和其他商業(yè)應(yīng)用階段。問題是90代無線射頻技術(shù)已經(jīng)吸引了越來越多的關(guān)注，無線射頻技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在西方發(fā)達(dá)國家，已逐漸成為人們生活的一部分。2000標(biāo)準(zhǔn)化問題越來越受到人們的關(guān)注，無線射頻技術(shù)產(chǎn)品更加豐富，有源電子標(biāo)簽，無源標(biāo)簽和半被動標(biāo)簽的發(fā)展，電子標(biāo)簽的成本不斷降低，擴(kuò)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。到目前為止，射頻識別技術(shù)理論的豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽，無線射頻技術(shù)，無線可讀可寫，遠(yuǎn)距離識別，無源電子標(biāo)簽的高速運動物體的無線射頻技術(shù)和產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實及其應(yīng)用。

2 無線射頻技術(shù)系統(tǒng)組成及原理

無線射頻技術(shù)主要包括以下幾個部分。

2.1 電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽中包含一些芯片和耦合器件。除了這些外還包括天線，在電子標(biāo)簽上還應(yīng)用有條碼技術(shù)，這些條碼技術(shù)主要用來識別信息傳輸?shù)穆窂?，這個條碼技術(shù)與我們常說的條形碼是不同的，條碼技術(shù)能夠在外界的壓力下能夠自動的發(fā)射信息。

2.2 閱讀器，就是我們通常說的讀寫器。主要的任務(wù)是讀取標(biāo)簽上的信息，如今信息社會的不斷發(fā)展，很多閱讀器也不斷的改變，現(xiàn)在大部分的閱讀器都有一些通信接口，比如RS232、RS485等。這種通信接口就可以在一定的距離內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。無線射頻技術(shù)的讀寫器主要有3個方面組成，（1）射頻模塊；第（2）讀寫模塊；（3）天線；這些部分都是相互聯(lián)系的缺一不可。射頻模塊主要負(fù)責(zé)信號的發(fā)射，讀寫模塊主要是讀取信號，天線主要是接受信號。

2.3 計算機(jī)數(shù)據(jù)管理。信號通過天線接受以后會傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，其中信號的傳輸主要是通過RS485或RS232進(jìn)行，傳到計算機(jī)中的信號是模擬信號，在計算機(jī)中還要進(jìn)行數(shù)字化處理后送進(jìn)計算機(jī)進(jìn)行處理。

3 無線射頻識別技術(shù)在兒童丟失上的應(yīng)用

目前，無線射頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用在防止兒童丟失中去，這樣不僅避免了兒童家長的痛苦也避免了給社會造成沒必要的傷害。無線射頻技術(shù)應(yīng)用在監(jiān)視幼兒園孩子，包括兒童丟失時的記錄與監(jiān)控，應(yīng)用無線射頻技術(shù)監(jiān)控兒童在運動過程中存在自身定位的問題，而定位的方法有很多種，機(jī)載傳感器定位，定位技術(shù)主要包括導(dǎo)航信標(biāo)，主動或被動識別地圖匹配或衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)（GPS），這些方法構(gòu)建一個燈塔或標(biāo)識技術(shù)，維護(hù)成本高，技術(shù)處理速度慢，目前GPS地圖匹配只能用于室外，精度差；絕對位置計算方法包括兩個角度的方法，“兩個視距法，模式匹配算法”的區(qū)位優(yōu)勢相對機(jī)器人的位置是自我衍生的，無需外部環(huán)境遙感信息的需要，缺點是漂移誤差會隨時間積累，不適合的移動機(jī)器人的絕對位置測量的絕對定位系統(tǒng)的精確定位來實現(xiàn)定位，定位精度高，可用于相對定位系統(tǒng)誤差校正，絕對定位方法是最典型的路標(biāo)定位方法，是預(yù)先已知的環(huán)境中的地標(biāo)坐標(biāo)，形狀特點的前提下，基于檢測信號確定自己的位置，在同一時間，全球路由到路標(biāo)，路標(biāo)之間的片斷，不斷地對路標(biāo)探測來完成導(dǎo)航，可分為人工路標(biāo)導(dǎo)航和自然路標(biāo)導(dǎo)航。

3.1 可溯源系統(tǒng)標(biāo)識件的設(shè)計。標(biāo)志設(shè)計是硬件的基礎(chǔ)之一，可追溯系統(tǒng)的關(guān)鍵問題?？勺匪菹到y(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)識件包括電子標(biāo)簽、讀寫器兩部分。無線射頻技術(shù)系統(tǒng)根據(jù)使用工作頻率的不同，主要分為四類：低頻（30-300khz）、高頻（3-30mhz）、超高頻（300mhz-3GHz）以及微波（2.45GHz以上）。通過不同頻段無線射頻技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)缺點的分析，再根據(jù)本課題要求，能在50米內(nèi)自動監(jiān)測兒童個體，并且自動更新數(shù)據(jù)，通信速率要求快，下圖是無線射頻芯片針對兒童丟失收發(fā)的原理，我們選用2.45GHz的微波頻段。把接收到兒童的射頻信號通過低噪聲放大器和積分轉(zhuǎn)換，如圖1輸入到混頻器中，再經(jīng)過頻率合成器（包括集成的LC振蕩器和90度的相位轉(zhuǎn)換），以及自動增益控制（AGC），調(diào)制解調(diào)和同步信號校準(zhǔn)（FEC）、信息包處理，然后通過嵌入式的微控制單元（MCU），進(jìn)行處理之后送入接收/發(fā)送中。

通用件包括電子標(biāo)簽，讀卡器兩部分。無線射頻技術(shù)系統(tǒng)根據(jù)不同的使用頻率，主要分為四大類：低頻（30為300kHz），高頻率（3MHz），超高頻（300MHz的3GHz）和微波（2.45GHz）。通過對優(yōu)勢和不同頻段的無線射頻技術(shù)系統(tǒng)優(yōu)缺點的分析，然后根據(jù)題目的要求，在50米的兒童個體的自動監(jiān)測，并自動更新數(shù)據(jù)，通信速度快，根據(jù)微波收發(fā)器的孩子失去了原則的射頻芯片，我們選擇2.45GHz的。接收到的射頻信號的低噪聲放大器和積分變換的孩子，如圖1所示的是輸入到混頻器，在頻率合成器（包括相位LC振蕩器集成和90度的轉(zhuǎn)換），和自動增益控制（AGC），調(diào)制與解調(diào)和同步信號校正（FEC），分組處理，然后通過微控制單元（MCU），加工成接收/發(fā)射后的嵌入式。

圖1 無線射頻針對兒童丟失的收發(fā)原理

使用無線射頻技術(shù)標(biāo)簽對兒童標(biāo)識，不同兒童攜帶一個無線射頻技術(shù)標(biāo)簽，在兒童活動場所內(nèi)包括學(xué)校途徑的馬路以及家庭周圍等位置安裝無線射頻技術(shù)讀寫設(shè)備，兒童通過時，記錄通過的時間等信息，標(biāo)簽與兒童的信息綁定無線射頻技術(shù)系統(tǒng)采集信息聯(lián)入數(shù)據(jù)庫，實時掌握兒童信息。

3.2 無線射頻技術(shù)芯片外圍設(shè)計電路設(shè)計。C232，Cys242，L231和L241共同構(gòu)成的不平衡變壓器，用于各種芯片射頻端口到一個單一的RF信號，然后通過LC濾波器和天線，達(dá)到最佳的阻抗匹配。偏置電阻R271是用來設(shè)置一個偏置電流和準(zhǔn)確；去耦電容C301是用來提供電源PCB板準(zhǔn)確；C171，C181和201，設(shè)計了晶體的負(fù)載電容和X1、X2。由于該芯片具有接收和發(fā)射兩種功能，因此它可以使用電子標(biāo)簽，也可以做閱讀器的主要芯片，應(yīng)用電路圖的閱讀器。

電路設(shè)計中軟件的設(shè)計方法是受歡迎的，電子標(biāo)簽的無線射頻技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計的電路原理圖和PCB電路。加工設(shè)備和SMT使用，制作了相應(yīng)的PCB板，PCB板上安裝相應(yīng)的外圍部件，并測量相關(guān)參數(shù)和修改設(shè)計驗證，最終使原型的符合課題要求。與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比具有高度的可移植性的電路，電路設(shè)計，元器件的因素很多，可使電子標(biāo)簽（閱讀器）的體積減小，硬件提高穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

如今我國的社會形勢日益復(fù)雜，針對兒童的犯罪也越來也多，兒童是祖國的花朵，如何防止兒童受到傷害已經(jīng)成為當(dāng)今社會的一個熱門話題。無線射頻識別技術(shù)研發(fā)出來以后，在很多應(yīng)用方面均有著非常優(yōu)越的表現(xiàn)，特別是在定位這一領(lǐng)域。但由于無線射頻識別技術(shù)涉及學(xué)科較多，在很多關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)上還存在著較大的不足之處，因此就目前情況來看，想要在全國范圍內(nèi)大面積推廣兒童定位不太現(xiàn)實。不過這畢竟是一種解決兒童丟失問題的方法途徑，在今后的工作中，筆者將繼續(xù)致力于該領(lǐng)域的研發(fā)工作，以期能夠獲得更多有價值的研究成果。

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作者簡介：蔡澤偉（1977.08-），男，海南定安人，碩士，高校講師，主要研究方向：計算機(jī)應(yīng)用、電子商務(wù)等計算機(jī)相關(guān)。

作者單位：?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院，?？?571127