超高頻RFID技術(shù)在家校通領(lǐng)域中的應(yīng)用

金磊

摘 要：提出了一種基于超高頻射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的家校通系統(tǒng)解決方案。與傳統(tǒng)方式相比，該系統(tǒng)更加準(zhǔn)確、便捷、高效；通過(guò)采用閱讀器和RFID標(biāo)簽等設(shè)備搭建的項(xiàng)目環(huán)境獲得的大量測(cè)試結(jié)果表明，基于超高頻RFID技術(shù)的這種家校通系統(tǒng)具有較好的可靠性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：家校通；超高頻；射頻識(shí)別

0 引 言

家?；ネㄊ谴龠M(jìn)孩子健康成長(zhǎng)的重要因素之一，以往學(xué)校和家長(zhǎng)之間的溝通主要靠家長(zhǎng)會(huì)、重點(diǎn)家訪和個(gè)別電話聯(lián)系來(lái)解決的，但由于老師教學(xué)任務(wù)重，學(xué)生多，家長(zhǎng)工作繁忙，而且受時(shí)間、交通、通訊手段的限制，老師幾乎不可能做到和每個(gè)家長(zhǎng)保持經(jīng)常密切的溝通。這也一直是多年來(lái)困擾中國(guó)教育界的一個(gè)問(wèn)題[1-5]。

家校通系統(tǒng)的出現(xiàn)有效地解決了這些問(wèn)題，該系統(tǒng)變革了傳統(tǒng)的家校溝通方式，改進(jìn)了學(xué)校的管理模式，促進(jìn)了學(xué)校的發(fā)展。該系統(tǒng)還可為學(xué)校教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量考核提供了準(zhǔn)確依據(jù)，還有利于提高教師工作效率和教學(xué)水平，此系統(tǒng)擁有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[6-10]。

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，其主要原理是將無(wú)線射頻信號(hào)傳送給被識(shí)別物體，從而做到不直接接觸物體就能識(shí)別物體和與物體交換數(shù)據(jù)的目的。利用RFID技術(shù)，多個(gè)物體能同時(shí)被識(shí)別，并且能識(shí)別靜止的對(duì)象和運(yùn)動(dòng)的對(duì)象。在這個(gè)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的過(guò)程中，不需要人工干預(yù)，完全是自動(dòng)進(jìn)行的。不僅如此，RFID系統(tǒng)還能使用于惡劣的環(huán)境中。

基于超高頻RFID技術(shù)的家校通系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)家庭與學(xué)?？旖?、實(shí)時(shí)溝通的教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。家校通系統(tǒng)通過(guò)RFID技術(shù)，對(duì)學(xué)生進(jìn)出校進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并通過(guò)短信平臺(tái)實(shí)時(shí)反饋到家長(zhǎng)的手機(jī)上，為人性化管理提供便捷的途徑和廣闊的空間，其典型應(yīng)用包括：家長(zhǎng)獲知子女到離校時(shí)間、學(xué)校發(fā)布各類(lèi)信息、開(kāi)展家長(zhǎng)調(diào)查、有針對(duì)性和個(gè)性化地通報(bào)學(xué)生的學(xué)習(xí)生活情況、家長(zhǎng)及時(shí)了解學(xué)校的動(dòng)態(tài)及子女的在校情況等。

本文針對(duì)布設(shè)于某小學(xué)校門(mén)口的家校通系統(tǒng)應(yīng)用背景，提出一種基于超高頻射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的家校通系統(tǒng)解決方案。通過(guò)在學(xué)校大門(mén)及后門(mén)安裝的固定式讀寫(xiě)器，實(shí)時(shí)讀取學(xué)生的電子標(biāo)簽信息，并通過(guò)3G路由器上傳到服務(wù)器，由控制中心對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，最終將該學(xué)生安全到校及離校等信息發(fā)送給各位家長(zhǎng)。

1 射頻標(biāo)簽選型

射頻標(biāo)簽需封裝到學(xué)生的胸牌中，并要求達(dá)到大校門(mén)時(shí)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息讀取，因此，標(biāo)簽的大小須有一定的限制。從標(biāo)簽射頻性能、使用壽命、耐磨損程度、尺寸大小、價(jià)格適中等因素綜合考慮，本文方案選擇如圖1所示的Impinj E42標(biāo)簽。

該標(biāo)簽的主要技術(shù)參數(shù)為：

尺寸規(guī)格：19.22 mm×68 mm；

封裝芯片：M4D、M4E、M4QT；

穩(wěn)定讀距：6 m；

應(yīng)用場(chǎng)景：人員管理、資產(chǎn)管理、物流行業(yè)。

圖1 Impinj E42標(biāo)簽

該RFID標(biāo)簽進(jìn)行初始化操作后，需將其塑封到學(xué)校的胸牌中，有掛牌方式（豎和橫兩種方式均可）和胸牌方式兩種。掛牌和胸牌方式的標(biāo)簽式樣分別如圖2和圖3所示。

圖2 掛牌方式的標(biāo)簽式樣

圖3 胸牌方式的標(biāo)簽式樣

2 讀寫(xiě)器選型

2.1 HIK-FR528固定式閱讀器

圖4所示為針對(duì)該類(lèi)應(yīng)用研發(fā)的一款成熟的4端口遠(yuǎn)距離超高頻RFID固定式閱讀器HIK-FR528實(shí)物照片，采用Impinj R2000方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有良好的多標(biāo)簽處理能力以及抗干擾性能。因采用相干接收機(jī)架構(gòu)并引入載波消除功能，RSSI更加穩(wěn)定可靠，讀取性能更好?？蓮V泛應(yīng)用于出入門(mén)禁人員管理、倉(cāng)儲(chǔ)物流、產(chǎn)品防偽溯源、資產(chǎn)盤(pán)點(diǎn)、智能交通、圖書(shū)檔案管理等領(lǐng)域。

該閱讀器具有以下特點(diǎn)：

符合EPC C1 Gen2/ISO 18000-6C；

PowerPC架構(gòu)CPU MPC8308，128M RAM；

具有載波消除功能，抗干擾能力更強(qiáng)；

支持EPC密集型讀取模式（DRM）；

高動(dòng)態(tài)靈敏度，讀取距離更遠(yuǎn)；

支持4路天線接口；

支持640 Kb/s標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀取速率；

配置以及參數(shù)設(shè)定靈活，提供最大化標(biāo)簽閱讀量和最佳工作性能；

應(yīng)用場(chǎng)景：園區(qū)門(mén)禁、物品盤(pán)點(diǎn)、智能倉(cāng)儲(chǔ)、超市防盜、智能交通及車(chē)庫(kù)。

圖4 超高頻RFID固定式閱讀器HIK-FR528

2.2 HIK-IR301一體式閱讀器

圖5所示為一體式遠(yuǎn)距離UHF RFID閱讀器HIK-IR301及其安裝示意圖，該產(chǎn)品支持DRM工作模式，具有良好的防沖突和抗干擾性能、識(shí)別率高、功能強(qiáng)、可靠性高、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于服裝盤(pán)存、智能倉(cāng)儲(chǔ)、智能交通等領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代化的物流管理、海關(guān)智能通關(guān)、園區(qū)門(mén)禁、停車(chē)場(chǎng)不停車(chē)收費(fèi)應(yīng)用等集成系統(tǒng)。

圖5 HIK-IR301一體式閱讀器及安裝示意圖

該閱讀器具有以下特點(diǎn)：

兼容EPC C1 Gen2/ISO 18000-6C；

PowerPC架構(gòu)CPU MPC8308，128M RAM；

具有載波消除功能，抗干擾能力更強(qiáng)；

支持EPC密集型讀取模式（DRM）；

遠(yuǎn)距離讀取，RF輸出功率達(dá)到32.5 dBm；

支持640 Kb/s標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀取速率；

配置以及參數(shù)設(shè)定靈活，提供最大化標(biāo)簽閱讀量和最佳工作性能；

應(yīng)用場(chǎng)景：園區(qū)門(mén)禁、物品盤(pán)點(diǎn)、智能倉(cāng)儲(chǔ)、超市防盜智能交通及車(chē)庫(kù)。

圖6 大門(mén)安裝示意圖

圖7 大門(mén)讀取范圍示意圖

3 實(shí)施方案

本方案分別在學(xué)校大門(mén)和后門(mén)分別安裝一套超高頻RFID系統(tǒng)。

3.1 大門(mén)安裝

大門(mén)安裝示意圖如圖6所示。在校門(mén)口傳達(dá)室的墻上（擋雨板上方）安裝一臺(tái)HIK-FR528固定式閱讀器，連接4個(gè)天線：3個(gè)12 dB線極化天線及1個(gè)9 dB圓極化天線，2個(gè)12 dB線極化天線分別安裝在傳達(dá)室立面上，傳達(dá)室立面上固定L型抱桿，12 dB線極化天線安裝在抱桿上，一個(gè)略朝里，管理出校學(xué)生，一個(gè)略朝外，管理進(jìn)校學(xué)生。在立柱朝大門(mén)口方向安裝1個(gè)12 dB增益天線，協(xié)助另2個(gè)12 dB天線管理大門(mén)進(jìn)出的學(xué)生。在傳達(dá)室前的小通道上方安裝1個(gè)9 dB增益天線，管理進(jìn)出學(xué)生。該方案可確保學(xué)生在通過(guò)傳達(dá)室前小通道及大門(mén)靠近傳達(dá)室一側(cè)5 m范圍內(nèi)學(xué)生進(jìn)出時(shí)的讀取效果。要求學(xué)校在上學(xué)及放學(xué)時(shí)，不能將電動(dòng)門(mén)全部打開(kāi)。大門(mén)讀取范圍示意圖如圖7所示。

3.2 后門(mén)安裝

在后門(mén)的小通道上方安裝一個(gè)HIK-IR301一體式閱讀器，方面朝下，因?yàn)閷W(xué)生進(jìn)出后門(mén)都從右側(cè)小通道進(jìn)出，所以這里只需要配置一臺(tái)9 dB天線的HIK-IR301一體式閱讀器即可。圖8所示是其后門(mén)安裝示意圖。

圖8 后門(mén)安裝示意圖

3.3 所需安裝設(shè)備

大門(mén)和后門(mén)所需的安裝設(shè)備及其數(shù)量如表1所列，可見(jiàn)，本文方案設(shè)計(jì)十分緊湊。

表1 安裝設(shè)備列表

位置 設(shè)備名稱(chēng)及規(guī)格 數(shù)量

大門(mén) 固定式閱讀器HIK-FR528 1

天線12 dB 3

天線9 dB 1

連接線纜 4

3G路由器 1

防水箱 1

后門(mén) 一體式閱讀器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出一個(gè)基于超高頻RFID技術(shù)的家校通系統(tǒng)。當(dāng)學(xué)生進(jìn)出校園并經(jīng)過(guò)裝有RFID讀卡器的通道時(shí)，系統(tǒng)能記錄學(xué)生的信息并及時(shí)反饋給管理人員和家長(zhǎng)的移動(dòng)終端。此外，可將這些信息傳輸?shù)椒?wù)器中，學(xué)校管理人員和家長(zhǎng)能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)到學(xué)生相關(guān)信息。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)遲到、曠課等行為時(shí)，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)把該學(xué)生的情況反饋學(xué)校管理人員和家長(zhǎng)，以便及時(shí)處理。運(yùn)行測(cè)試證明，該系統(tǒng)正確識(shí)別率高、誤判率低、漏讀率低、可靠性好，是一種可大規(guī)模推廣應(yīng)用的家校通解決方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張繼果，徐瑞，王德政.基于RFID技術(shù)的家校通無(wú)線考勤系統(tǒng)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2011，1（10）：38-40.

[2] 陳金花. 基于中間技術(shù)的RFID家校通系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].武漢：武漢郵電科學(xué)研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平臺(tái)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

[4] 王志堅(jiān). RFID技術(shù)在智慧校園項(xiàng)目中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（22）：37.

[5] 劉雯，移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)——基于RFID遠(yuǎn)程身份識(shí)別的“家校通”短信系統(tǒng)[D].貴陽(yáng)：貴州大學(xué)，2007.

[6] 孫群英.密集環(huán)境中有源RFID防沖撞算法的研究及應(yīng)用[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2011.

[7] 劉思君. 浙江電信“家校通”綜合應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 大連：大連理工大學(xué)，2008.

[8] 何世勇. 基于RFID的學(xué)生管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2013，9（8）：1795-1798.

[9] 曹躍紅，李昂，唐璐.智能校園一卡通跨層安全方案的研究與設(shè)計(jì)[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，20（2）：29-31.

[10] 孫宏偉. 嵌入式RFID校園考勤系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J]. 微型電腦應(yīng)用，2012，28（9）：35-38.

3 實(shí)施方案

本方案分別在學(xué)校大門(mén)和后門(mén)分別安裝一套超高頻RFID系統(tǒng)。

3.1 大門(mén)安裝

大門(mén)安裝示意圖如圖6所示。在校門(mén)口傳達(dá)室的墻上（擋雨板上方）安裝一臺(tái)HIK-FR528固定式閱讀器，連接4個(gè)天線：3個(gè)12 dB線極化天線及1個(gè)9 dB圓極化天線，2個(gè)12 dB線極化天線分別安裝在傳達(dá)室立面上，傳達(dá)室立面上固定L型抱桿，12 dB線極化天線安裝在抱桿上，一個(gè)略朝里，管理出校學(xué)生，一個(gè)略朝外，管理進(jìn)校學(xué)生。在立柱朝大門(mén)口方向安裝1個(gè)12 dB增益天線，協(xié)助另2個(gè)12 dB天線管理大門(mén)進(jìn)出的學(xué)生。在傳達(dá)室前的小通道上方安裝1個(gè)9 dB增益天線，管理進(jìn)出學(xué)生。該方案可確保學(xué)生在通過(guò)傳達(dá)室前小通道及大門(mén)靠近傳達(dá)室一側(cè)5 m范圍內(nèi)學(xué)生進(jìn)出時(shí)的讀取效果。要求學(xué)校在上學(xué)及放學(xué)時(shí)，不能將電動(dòng)門(mén)全部打開(kāi)。大門(mén)讀取范圍示意圖如圖7所示。

3.2 后門(mén)安裝

在后門(mén)的小通道上方安裝一個(gè)HIK-IR301一體式閱讀器，方面朝下，因?yàn)閷W(xué)生進(jìn)出后門(mén)都從右側(cè)小通道進(jìn)出，所以這里只需要配置一臺(tái)9 dB天線的HIK-IR301一體式閱讀器即可。圖8所示是其后門(mén)安裝示意圖。

圖8 后門(mén)安裝示意圖

3.3 所需安裝設(shè)備

大門(mén)和后門(mén)所需的安裝設(shè)備及其數(shù)量如表1所列，可見(jiàn)，本文方案設(shè)計(jì)十分緊湊。

表1 安裝設(shè)備列表

位置 設(shè)備名稱(chēng)及規(guī)格 數(shù)量

大門(mén) 固定式閱讀器HIK-FR528 1

天線12 dB 3

天線9 dB 1

連接線纜 4

3G路由器 1

防水箱 1

后門(mén) 一體式閱讀器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出一個(gè)基于超高頻RFID技術(shù)的家校通系統(tǒng)。當(dāng)學(xué)生進(jìn)出校園并經(jīng)過(guò)裝有RFID讀卡器的通道時(shí)，系統(tǒng)能記錄學(xué)生的信息并及時(shí)反饋給管理人員和家長(zhǎng)的移動(dòng)終端。此外，可將這些信息傳輸?shù)椒?wù)器中，學(xué)校管理人員和家長(zhǎng)能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)到學(xué)生相關(guān)信息。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)遲到、曠課等行為時(shí)，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)把該學(xué)生的情況反饋學(xué)校管理人員和家長(zhǎng)，以便及時(shí)處理。運(yùn)行測(cè)試證明，該系統(tǒng)正確識(shí)別率高、誤判率低、漏讀率低、可靠性好，是一種可大規(guī)模推廣應(yīng)用的家校通解決方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張繼果，徐瑞，王德政.基于RFID技術(shù)的家校通無(wú)線考勤系統(tǒng)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2011，1（10）：38-40.

[2] 陳金花. 基于中間技術(shù)的RFID家校通系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].武漢：武漢郵電科學(xué)研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平臺(tái)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

[4] 王志堅(jiān). RFID技術(shù)在智慧校園項(xiàng)目中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（22）：37.

[5] 劉雯，移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)——基于RFID遠(yuǎn)程身份識(shí)別的“家校通”短信系統(tǒng)[D].貴陽(yáng)：貴州大學(xué)，2007.

[6] 孫群英.密集環(huán)境中有源RFID防沖撞算法的研究及應(yīng)用[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2011.

[7] 劉思君. 浙江電信“家校通”綜合應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 大連：大連理工大學(xué)，2008.

[8] 何世勇. 基于RFID的學(xué)生管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2013，9（8）：1795-1798.

[9] 曹躍紅，李昂，唐璐.智能校園一卡通跨層安全方案的研究與設(shè)計(jì)[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，20（2）：29-31.

[10] 孫宏偉. 嵌入式RFID校園考勤系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J]. 微型電腦應(yīng)用，2012，28（9）：35-38.

3 實(shí)施方案

本方案分別在學(xué)校大門(mén)和后門(mén)分別安裝一套超高頻RFID系統(tǒng)。

3.1 大門(mén)安裝

大門(mén)安裝示意圖如圖6所示。在校門(mén)口傳達(dá)室的墻上（擋雨板上方）安裝一臺(tái)HIK-FR528固定式閱讀器，連接4個(gè)天線：3個(gè)12 dB線極化天線及1個(gè)9 dB圓極化天線，2個(gè)12 dB線極化天線分別安裝在傳達(dá)室立面上，傳達(dá)室立面上固定L型抱桿，12 dB線極化天線安裝在抱桿上，一個(gè)略朝里，管理出校學(xué)生，一個(gè)略朝外，管理進(jìn)校學(xué)生。在立柱朝大門(mén)口方向安裝1個(gè)12 dB增益天線，協(xié)助另2個(gè)12 dB天線管理大門(mén)進(jìn)出的學(xué)生。在傳達(dá)室前的小通道上方安裝1個(gè)9 dB增益天線，管理進(jìn)出學(xué)生。該方案可確保學(xué)生在通過(guò)傳達(dá)室前小通道及大門(mén)靠近傳達(dá)室一側(cè)5 m范圍內(nèi)學(xué)生進(jìn)出時(shí)的讀取效果。要求學(xué)校在上學(xué)及放學(xué)時(shí)，不能將電動(dòng)門(mén)全部打開(kāi)。大門(mén)讀取范圍示意圖如圖7所示。

3.2 后門(mén)安裝

在后門(mén)的小通道上方安裝一個(gè)HIK-IR301一體式閱讀器，方面朝下，因?yàn)閷W(xué)生進(jìn)出后門(mén)都從右側(cè)小通道進(jìn)出，所以這里只需要配置一臺(tái)9 dB天線的HIK-IR301一體式閱讀器即可。圖8所示是其后門(mén)安裝示意圖。

圖8 后門(mén)安裝示意圖

3.3 所需安裝設(shè)備

大門(mén)和后門(mén)所需的安裝設(shè)備及其數(shù)量如表1所列，可見(jiàn)，本文方案設(shè)計(jì)十分緊湊。

表1 安裝設(shè)備列表

位置 設(shè)備名稱(chēng)及規(guī)格 數(shù)量

大門(mén) 固定式閱讀器HIK-FR528 1

天線12 dB 3

天線9 dB 1

連接線纜 4

3G路由器 1

防水箱 1

后門(mén) 一體式閱讀器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出一個(gè)基于超高頻RFID技術(shù)的家校通系統(tǒng)。當(dāng)學(xué)生進(jìn)出校園并經(jīng)過(guò)裝有RFID讀卡器的通道時(shí)，系統(tǒng)能記錄學(xué)生的信息并及時(shí)反饋給管理人員和家長(zhǎng)的移動(dòng)終端。此外，可將這些信息傳輸?shù)椒?wù)器中，學(xué)校管理人員和家長(zhǎng)能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)到學(xué)生相關(guān)信息。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)遲到、曠課等行為時(shí)，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)把該學(xué)生的情況反饋學(xué)校管理人員和家長(zhǎng)，以便及時(shí)處理。運(yùn)行測(cè)試證明，該系統(tǒng)正確識(shí)別率高、誤判率低、漏讀率低、可靠性好，是一種可大規(guī)模推廣應(yīng)用的家校通解決方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張繼果，徐瑞，王德政.基于RFID技術(shù)的家校通無(wú)線考勤系統(tǒng)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2011，1（10）：38-40.

[2] 陳金花. 基于中間技術(shù)的RFID家校通系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].武漢：武漢郵電科學(xué)研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平臺(tái)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

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