基于電子標識的管控物品管理系統(tǒng)研究

李維鋒 應智花

摘 要：針對當前管控物品管理手段落后，管理成本較高，管理過程效率較低的問題，提出了將RFID技術應用于管控物品管理全過程的具體方法。首先闡述了RFID的關鍵技術以及應用領域，分析了該技術應用于管控物品管理系統(tǒng)的優(yōu)勢， 提出一種以RFID技術為基礎感知，融合嵌入式控制、網(wǎng)絡傳輸、數(shù)據(jù)存儲等技術的解決方案。測試表明該管控物品管理系統(tǒng)提高了對管控物品的監(jiān)管力度，減輕了勞動強度和安全管理隱患，具有良好的實用性和可行性。

關鍵詞：管控物品；RFID；嵌入式控制；網(wǎng)絡傳輸

DOI：10.11907/rjdk.172729

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）005-0162-03

Abstract：Aiming at the problems of high management cost and low management efficiency， this paper puts forward a concrete method to apply RFID technology to manage the whole process. It first expounds the key technology of RFID and its application field， analyses its advantages in item management system and proposes a technical solution mainly based on RFID technology， embedded control， network transmission and data storage. The test proves that control system has good practicability and feasibility， for it can improve the supervision of controlled objects， relieve the workers labor intensity and reduce the latent troubles of safety management.

Key Words：control items； RFID； embedded control； network transmission

0 引言

當前對管控物品的保護主要分為網(wǎng)絡空間保護和物理空間保護[1-2]。網(wǎng)絡空間保護手段主要有數(shù)據(jù)加密、訪問控制、身份鑒別等多層次防護手段；物理空間保護主要指對物品實體進行管控。長期以來，管控物品的管理依賴人工，管理方法缺乏統(tǒng)一性和嚴格性，管理過程易出現(xiàn)問題，人工管理方式給工作帶來種種不便[3-4]。

首先，人工管理方式效率極低，在人員缺乏的情況下無法做到24小時全天監(jiān)控管理。管控物品的登記、存儲、借出、歸還、報廢等環(huán)節(jié)都需要人工參與，過程繁瑣，涉及人員較多，容易出現(xiàn)紕漏；其次，僅靠人工檢查方式，無法實時有效地發(fā)現(xiàn)管控物品，如涉密的U盤、雷管等便于攜帶的管控物品，存在漏報的可能。一旦漏報，人工管理方式也無法及時實現(xiàn)事后發(fā)現(xiàn)。

針對傳統(tǒng)管理方式的缺點，本文提出一種將射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術應用到管控物品管理中的解決方案。RFID技術屬于物聯(lián)網(wǎng)中的代表技術，是目前實現(xiàn)自動化控制管理的一個重要手段。電子標簽[5-6]的非接觸式通信、遠距離識別能力、安全性高、體積小等特點恰好彌補了人工管理的不足。

1 系統(tǒng)總體框架

整個系統(tǒng)包括硬件電路與軟件設計。

電子標簽綁定在管控物品上，并且不可拆卸。讀寫器天線發(fā)出含有信息和一定頻率的調(diào)制信號。當標簽進入到讀寫器的工作范圍時，其天線通過耦合產(chǎn)生感應電流，從而為電子標簽提供相應的能量，此時標簽根據(jù)讀寫器發(fā)來的信息決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)；當讀寫器接收到電子標簽發(fā)送的信號，經(jīng)過解調(diào)和解碼之后，將標簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)識別出來，并發(fā)送給主機。通過在管控物品周圍特定區(qū)域部署讀寫器，便能達到管控目的。為便于管控物品的溯源，同時在主機記錄并保存標簽數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)模塊介紹

硬件電路主要由電子標簽、讀寫器和主機組成，讀寫器主要由RFID模塊、控制模塊和通信模塊組成。電子標簽、非接觸式IC卡等放在需要管控物體上，標簽由耦合元件和芯片組成，其內(nèi)置天線可以發(fā)送和接收信號；讀寫器可以發(fā)送和接收命令，并與主機通信。

（1）電子標簽。電子標簽對一個扇區(qū)存放一個全球唯一的ID號，作為標簽標識碼，另一個扇區(qū)存放管控物品數(shù)據(jù)，并與物品進行綁定。電子標簽的優(yōu)點包括：體積小，形狀多樣化，可以根據(jù)不同的需求選擇標簽；非接觸，識別距離長，一般來說RFID射頻頻率越高識別距離越遠；耐環(huán)境性，電子標簽中信息芯片沒有與外界直接接觸，不易損壞；可重復使用，標簽中的信息可多次讀寫，大大降低了管理成本；安全性，標簽內(nèi)部的各扇區(qū)內(nèi)部數(shù)據(jù)具有獨立密碼保護，不易偽造和篡改。

（2）RFID模塊。RFID系統(tǒng)的核心部署在管控區(qū)域，用于發(fā)出射頻信號“激活”射頻卡，并接收、解密、上傳標簽發(fā)過來的信息。通過射頻自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，無需人工干預，操作快捷方便。依據(jù)頻率可分為低頻、高頻、超高頻，射頻標簽和讀寫器，只有在同頻段下才能完成通信工作。讀寫器在其有效頻率范圍內(nèi)激活多個電子標簽，可以快速識別多個電子標簽，具有防碰撞功能＼[7-8＼]。

（3）控制模塊。嵌入式系統(tǒng)的控制模塊，作為系統(tǒng)的核心部分，主要功能在于對 RFID 讀寫模塊和通信模塊的控制。STM32通過控制 RFID 讀寫模塊實現(xiàn)向電子標簽中寫入信息或者從電子標簽中讀取相關信息的工作，并通過控制GPRS模塊實現(xiàn)與遠程控制主機之間的雙向通信，完成電子標簽數(shù)據(jù)信息的上傳功能＼[9-10＼]。

（4）網(wǎng)絡傳輸模塊。依據(jù)不同場合，可以選擇GPRS模塊（適用于廣域網(wǎng)通信）或WIFI模塊（適用于局域網(wǎng)通信）。網(wǎng)絡傳輸模塊將讀寫器采集到的信息傳輸?shù)竭h程服務器。

（5）管理計算機。安裝管理軟件，負責對采集的電子標簽信息進行存儲、管理、銷毀。

2.2 軟件設計

整個系統(tǒng)的軟件設計部分主要是設計嵌入式控制器對通信模塊和RFID讀寫模塊的控制程序，以及控制器內(nèi)部的復位程序、RTC時鐘中斷程序和DataFlash存儲器的驅(qū)動程序等。整個設計流程如圖2所示。

（1）RFID模塊。RFID讀寫模塊對電子標簽進行讀寫操作的程序控制流程如圖3。

控制器通過RS232接口與通信模塊相連接，等待發(fā)送的標簽數(shù)據(jù)先通過通信模塊的內(nèi)部嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡協(xié)議封裝，然后再由通信模塊經(jīng)無線通信網(wǎng)絡發(fā)送到主機的數(shù)據(jù)管理中心。

（2）通信模塊軟件設計。本系統(tǒng)的通信模塊采用GPRS模塊和WIFI模塊組合而成，提供更多的選擇性以適應不同的應用場合。在系統(tǒng)初始化之后，由用戶自己選擇通信方式，關鍵命令如下：

AT+WKMODE=”WIFI” //設置通信方式為WIFI模式

AT+WKMODE=“GPRS” //設置通信方式為GPRS模式

選擇通信方式后，需要進行參數(shù)設置。

WIFI模式參數(shù)設置：

AT+WIFI：

SSID //輸入wifi的名稱

PASSWD //輸入wifi密碼

SERVER-IP //輸入服務器端ip地址

SERVER-PORT //輸入服務器端口

OK //輸入結(jié)束指令

GPRS設置（兩種設置方式）：

AT+GPRS：

SERVER-IP

SERVER-PORT

OK //結(jié)束

或者

AT+GPRS

Domain name //輸入服務器域名

Server-Port //輸入服務器端口

OK //輸入結(jié)束

GPRS模式下提供兩種連接方式，通過設定主機的IP地址或域名均可進行數(shù)據(jù)通信。通信模塊（GPRS/WIFI）與主機的通信是基于TCP/IP通信，當通信模塊（客戶端）向主機（服務端）發(fā)送連接請求時，客戶端的地址和端口與服務器的地址和端口構(gòu)成一個Session，通過TCP協(xié)議的可靠性傳輸，保證標簽信息可靠完整地傳輸?shù)街鳈C并進行處理。

3 系統(tǒng)應用測試

將各模塊上電，通過RS232串口與PC機相連接，打開PC端的串口調(diào)試器，設置通信方式，設置波特率。具體設置如圖4所示。

測試采用奧地利微電子的AS3992RFID讀寫模塊和8dB天線，嵌入式控制模塊采用STM32VET6大容量芯片，GPRS（SIM800A）和WiFi組合的通信方式，Gen2電子標簽（頻率915MHz）。將電子標簽放置在離RFID讀寫模塊7m的地方。本次調(diào)試一方面測試讀寫標簽的有效性，另一方面是為了測試電子標簽的有效讀取距離。在發(fā)送欄輸入0x43 0x03 0x01（讀取標簽的指令）， 在距離RFID天線7m處讀取失?。ń邮盏?4 05 00 00 00），當距離逐漸縮減至6m時，接收到RFID數(shù)據(jù)。經(jīng)過測試得到的極限距離為6m，穩(wěn)定距離為4m。

測試結(jié)果如表1所示。

在管控區(qū)域，讀寫器能迅速讀取多標簽，從主機端可以辨別是否有管控物品經(jīng)過管控區(qū)；在主機端對標簽的更改需要輸入登錄密碼，保證標簽數(shù)據(jù)的安全性；主機可對標簽進行鎖定，可以實現(xiàn)對標簽所有區(qū)的寫保護，防止標簽數(shù)據(jù)被篡改；主機可銷毀標簽，使讀寫器不能再讀取標簽數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)管控物品的各個流程的管控。

4 結(jié)語

本文主要針對傳統(tǒng)的管控物品管理方式，提出了基于RFID技術的新型管理方案，適用于多種類型的管控物品的管理，可在實際應用中切實解決目前管控物品管理中存在的問題和難點。根據(jù)管控物品的實際需求，今后可以研究各類型數(shù)據(jù)的動態(tài)接入，實現(xiàn)多類傳感器數(shù)據(jù)的實時接入，如GPS、北斗等；還可整合各類監(jiān)控及安放手段，實現(xiàn)各類載體的立體化縱深管控。同時加強RFID技術和WSN技術在管控物品管理中的結(jié)合，提高對涉密物品的管控力度，擴大管控物品管理系統(tǒng)的實際應用范圍。此外，由于管控物品的特殊性，需要進一步針對管理系統(tǒng)存在的安全隱患進行相關研究，提高系統(tǒng)整體的安全性，保證重要信息的傳輸安全可靠＼[12-15＼]。

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（責任編輯：江 艷）