基于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的校園平安卡RFID天線設(shè)計(jì)與安裝

馬良花，劉曉亮，韓 云

（濰坊科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 山東 壽光 262700）

隨著RFID技術(shù)、移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，它在智能交通、智能監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，大到自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、倉儲(chǔ)系統(tǒng)，小到電子錢包、動(dòng)物跟蹤定位、校園平安卡等?；谝苿?dòng)物聯(lián)網(wǎng)的校園平安卡的天線就是采用先進(jìn)無線射頻技術(shù)和移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)到進(jìn)出學(xué)校門口學(xué)生身上的校園平安卡信號(hào)，根據(jù)RFID天線接收同一個(gè)平安卡信號(hào)的先后順序，判斷是進(jìn)校還是離校，并將此信息通過GPRS或CDMA發(fā)送到服務(wù)器，再由服務(wù)器軟件處理，一方面給平安卡使用者的監(jiān)護(hù)人手機(jī)發(fā)送“到達(dá)”或“離開”短信，另一方面將離出校信息輸入學(xué)校考勤系統(tǒng)，為學(xué)校做出準(zhǔn)確的考勤紀(jì)錄。

一、RFID系統(tǒng)的構(gòu)成[2]

RFID系統(tǒng)是由電子標(biāo)簽（又稱應(yīng)答器、射頻標(biāo)簽、數(shù)據(jù)載體）、閱讀器和軟件處理系統(tǒng)三部分組成，如圖1所示。

圖1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成

（一）RFID天線的工作原理[3]

RFID系統(tǒng)的閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)射一特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)會(huì)在標(biāo)簽內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)換成電能來驅(qū)動(dòng)電子標(biāo)簽將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置的發(fā)送天線發(fā)送出去，系統(tǒng)接收天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

（二）RFID天線及信號(hào)結(jié)構(gòu)[4]

RFID天線采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使天線輻射主瓣指向標(biāo)簽正反兩個(gè)方向，如圖2所示。天線尺寸：總尺寸為118 mm×96 mm×3 mm，其中a=35 mm，b=10 mm，c=40 mm，d=10 mm，金屬帶線寬度為6 mm。RFID天線信號(hào)為8字型的，如圖3所示，發(fā)射距離可通過軟件調(diào)整，燒制為 7.5 m、15 m、30 m、60 m。

二、RFID系統(tǒng)的天線安裝

按照學(xué)校需求，進(jìn)校勘察要安裝RFID天線的建筑，做出布線材料預(yù)算表、工程進(jìn)度安排表等。協(xié)調(diào)施工隊(duì)與學(xué)校進(jìn)行職責(zé)商談，提出布線許可，主要是鉆孔、走線、電源插座定位、做線纜標(biāo)識(shí)。

圖2 RFID天線結(jié)構(gòu)圖

圖3 RFID天線信號(hào)圖

（一）RFID天線安裝選位

RFID天線安裝力求美觀，不影響天線功能，避免破壞原有環(huán)境，如圖4所示。一套完整的RFID天線系統(tǒng)由兩對(duì)天線組成，每對(duì)兩個(gè)，共四個(gè)RFID天線。天線1-1、天線1-2為一對(duì)，裝在校門的一側(cè)，天線2-1、天線2-2為一對(duì)裝在校門的另一側(cè)，其中1-1、2-1天線朝校門外安裝，1-2、2-2天線朝校園內(nèi)安裝。

圖4 RFID天線安裝示意圖

（二）RFID天線安裝方法

1.安裝高度：一般2.5 m至3 m，可按現(xiàn)場(chǎng)情況自行調(diào)整。

2.安裝方向：天線1-1和2-2為第一對(duì)；天線2-1和2-2為第二對(duì)。其中1-1、2-1天線朝校門口外安裝，1-2、2-2天線朝校園內(nèi)安裝。

3.角度調(diào)節(jié)：RFID天線安裝角度推薦朝下傾斜15度至20度，天線1-1和2-1的信號(hào)可以疊加，同理天線1-1和2-1的信號(hào)可以疊加；反之，1-1、2-1盡量不要與1-2、2-2出現(xiàn)信號(hào)重疊。同時(shí)都需注意信號(hào)死角、信號(hào)反射。

（三）RFID天線安裝與固定

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，RFID天線安裝與固定可以采用兩種方案。

1.支架安裝方案：若RFID系統(tǒng)天線安裝在門衛(wèi)室外的墻體，則可以采用支架安裝。支架參數(shù)：不銹鋼材質(zhì)，口徑5 cm，高度3 m，底座尺寸200 mm×200 mm×3 mm，螺旋孔徑 8 mm，邊距 20 mm×20 mm。如圖5為RFID天線的支架安裝示意圖。

圖5 RFID天線的支架安裝示意圖

2.立桿安裝方案：有些學(xué)?？赡軙?huì)出現(xiàn)墻體位置較遠(yuǎn)或無墻體可用，這時(shí)需要在校門兩側(cè)立桿再安裝RFID天線。地面若為水泥結(jié)構(gòu)時(shí)，可以直接鉆孔打螺栓固定立桿；地面若為土壤結(jié)構(gòu)時(shí)，須挖坑把底座埋于地下0.5 m處，土壤回填時(shí)要踩實(shí)加固，必要時(shí)要用混凝土澆筑。

（四）RFID天線的取電

RFID天線電源可就近從門衛(wèi)室取電。

1.墻體上的取電走線：RFID天線的電源線用四分線管套好，線管連接和線路轉(zhuǎn)彎的地方套好彎直頭做好防水處理，并用線卡固定在墻上，注意走線美觀。

2.地面上的取電走線：墻體之間若沒有建筑物的支撐，RFID天線的電源線，需要從地面上走線，這時(shí)應(yīng)該在地面開槽，把線管預(yù)埋在地上（開槽深度為5 cm），直到線路走到門衛(wèi)室電源位置，再回填修復(fù)路面。

三、信號(hào)測(cè)試[5]

使用校園卡背對(duì)RFID天線，校門周圍每一米為標(biāo)點(diǎn)，聽校園卡發(fā)出的聲音，當(dāng)校園卡在校外天線1-1和2-1的信號(hào)范圍內(nèi)，……”的響聲；在校內(nèi)天線1-2和2-2的信號(hào)區(qū)域發(fā)出“嘟嘟嘟……”的響聲，且聲音每隔2秒鐘發(fā)出一次；在校內(nèi)跟校外混合區(qū)域的時(shí)候，校園卡會(huì)同時(shí)發(fā)出“嘀嘀嘀……”和“嘟嘟嘟……”的聲音，混合區(qū)域應(yīng)越小越好。通過軟件調(diào)節(jié)RFID天線發(fā)射功率及調(diào)整RFID天線反射角度，可解決RFID信號(hào)因建筑物阻擋產(chǎn)生的反射。

［1］李卉.RFID技術(shù)及其射頻天線的小型化設(shè)計(jì)[J].物流科技，2007（1）：59-60，153.

［2］李文勛.基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的RFID天線設(shè)計(jì)技術(shù)[D].北京：北京郵電大學(xué)碩士論文，2008.

［3］陳華君,林凡.RFID技術(shù)原理及其射頻天線設(shè)計(jì)[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（44）：312-314.

［4］胡汝剛.UHF頻段射頻識(shí)別系統(tǒng)天線研究[D].北京：北京交通大學(xué)碩士論文，2008.

［5］于利亞.RFID系統(tǒng)天線輻射場(chǎng)的分析與研究[D].西安：西北大學(xué)碩士論文，2006.