基于RFID的智能防盜系統(tǒng)

周漢達(dá) 陳廣明 陳育賢 張有林 夏焱章 李曉良 許曉偉

摘 要：針對(duì)生活中人們經(jīng)常在公共場(chǎng)合遺漏或被盜竊財(cái)物的問(wèn)題，文中利用RFID的接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能的防盜防丟失系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行安全等級(jí)劃分，實(shí)時(shí)地監(jiān)控RFID標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的距離;當(dāng)標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的距離超過(guò)安全等級(jí)范圍時(shí)，讀寫(xiě)器就會(huì)向用戶發(fā)出警告，從而避免用戶財(cái)物被盜或丟失。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可自由拆卸，方便遷移，實(shí)時(shí)性高，使用靈活，適用于多種防盜場(chǎng)景。

關(guān)鍵詞：RFID;智能防盜系統(tǒng);藍(lán)牙;物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái);微信平臺(tái);讀寫(xiě)器

中圖分類號(hào)：TP399-34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）01-00-03

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人們身邊貴重的物品變得越來(lái)越多。大家對(duì)生活的追求慢慢偏向更安全、舒適，所以防盜也成為了當(dāng)代人們關(guān)注的生活熱點(diǎn)。然而，目前大部分人的防盜措施都是非常原始的，如把貴重的物品放在隱蔽不容易被發(fā)現(xiàn)的地方等。目前市面上大部分的防盜系統(tǒng)功能過(guò)于單一，只能簡(jiǎn)單地監(jiān)控家中的情況，在遇到盜竊事件后才能通過(guò)監(jiān)控?cái)z像頭來(lái)觀察貴重物品被盜前的情況。如若采用這樣的防盜系統(tǒng)，即使最后能找回被盜物品，但由于錯(cuò)過(guò)了最佳的找尋時(shí)間，往往需要一個(gè)月甚至更長(zhǎng)的時(shí)間才能找回被盜的貴重物品。這種過(guò)于簡(jiǎn)單且效率低下的防盜系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足如今人們對(duì)防盜系統(tǒng)的需求。

進(jìn)入21世紀(jì)，條形碼在越來(lái)越多的情況下已經(jīng)不能滿足人們的需求。雖然價(jià)格低廉，但它有過(guò)多的缺點(diǎn)，如讀取速度慢、存儲(chǔ)能力小、工作距離近、穿透能力弱、適應(yīng)性不強(qiáng)以及不能進(jìn)行讀寫(xiě)操作等。與此同時(shí)，另外一項(xiàng)逐步成熟的識(shí)別技術(shù)以近似瘋狂的速度一夜之間席卷全球，徹底改變了條形碼統(tǒng)一天下的現(xiàn)狀，這就是非接觸射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)。作為條形碼的替代品，RFID技術(shù)有許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如防水、防磁、穿透力強(qiáng)、讀取速度快、識(shí)別距離遠(yuǎn)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能力大、數(shù)據(jù)可進(jìn)行加密、可進(jìn)行讀寫(xiě)等。RFID技術(shù)最大的特點(diǎn)是能夠提供更細(xì)致、更精確的商品供貨信息，并能實(shí)現(xiàn)貨物供給過(guò)程的自動(dòng)化。

當(dāng)RFID與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合時(shí)，一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的革命就來(lái)臨了。特別是當(dāng)賦予地球上所有物品以唯一IP的IPv6技術(shù)與承載著物品大量相關(guān)信息并具有無(wú)線通信能力的RFID結(jié)合時(shí)，雙方的巨大潛力能進(jìn)一步釋放，一個(gè)人與人、人與物、物與物相互聯(lián)系的“物聯(lián)網(wǎng)”誕生了。RFID與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合帶來(lái)了令人驚嘆的能量[1]。現(xiàn)在的RFID射頻識(shí)別技術(shù)可以精準(zhǔn)地識(shí)別出射頻標(biāo)簽與射頻讀寫(xiě)器的距離。人們可以在貴重物品上放上射頻標(biāo)簽，在家里或隨身的箱包中放入射頻讀寫(xiě)器，當(dāng)射頻標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的距離超過(guò)設(shè)定值時(shí)，手機(jī)端就可以收到防盜警報(bào)，讓人們能對(duì)盜竊事件做出及時(shí)的反應(yīng)。

針對(duì)生活中人們經(jīng)常在公共場(chǎng)合遺漏或被盜竊財(cái)物的問(wèn)題，本文利用RFID的接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能的防盜防丟失系統(tǒng)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)推翻傳統(tǒng)防盜系統(tǒng)只能監(jiān)控一個(gè)固定地點(diǎn)的局限，讓人們可以在任何有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方使用該安防系統(tǒng)，也能夠讓人們?cè)谫F重物品被盜時(shí)做出及時(shí)處理，從傳統(tǒng)防盜系統(tǒng)的“固定地點(diǎn)的被動(dòng)防盜”變?yōu)椤叭我獾攸c(diǎn)的主動(dòng)防盜”。

1 系統(tǒng)總體框架

經(jīng)典的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要分為三部分：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。

感知層：使用一個(gè)CC1101芯片作為讀寫(xiě)器，若干個(gè)CC1101芯片作為標(biāo)簽，讀寫(xiě)器隨時(shí)監(jiān)控自身與標(biāo)簽的距離。使用STM8單片機(jī)驅(qū)動(dòng)CC1101芯片作為標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，STM32單片機(jī)作為主芯片。讀寫(xiě)器讀出各個(gè)標(biāo)簽與自己的距離、標(biāo)簽的編號(hào)、名稱等信息后，通過(guò)串口協(xié)議把這些信息傳輸?shù)街餍酒?/p>

網(wǎng)絡(luò)層：系統(tǒng)主芯片與手機(jī)連接，兩者通過(guò)藍(lán)牙模塊使用BLE4.0協(xié)議進(jìn)行通信。手機(jī)可以通過(guò)主芯片得到標(biāo)簽的編號(hào)、名稱、距離等信息。

應(yīng)用層：系統(tǒng)的應(yīng)用層由主芯片上的用戶可操作OLED顯示屏和用戶手機(jī)上的微信小程序兩個(gè)部分組成。在主芯片從讀寫(xiě)器上獲取到標(biāo)簽的信息后，可保存到本地，供用戶在主芯片上查看，用戶可通過(guò)主芯片上的OLED顯示屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各類操作，如開(kāi)關(guān)藍(lán)牙、查看標(biāo)簽數(shù)量、查看各個(gè)標(biāo)簽信息、刪除標(biāo)簽、添加標(biāo)簽等，在標(biāo)簽超出距離時(shí)，主芯片會(huì)發(fā)出警報(bào)。微信小程序上可查看各個(gè)標(biāo)簽的信息，如果有超出距離的標(biāo)簽，小程序就會(huì)在手機(jī)上發(fā)出警報(bào)。

系統(tǒng)的功能框架如圖1所示，系統(tǒng)的總體框架如圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1 主芯片模塊

主芯片模塊包括STM32F407ZGT6單片機(jī)、CC2541藍(lán)牙模塊、OLED模塊、CC1101讀寫(xiě)器模塊等。主芯片由獨(dú)立供電模塊進(jìn)行供電，可在室內(nèi)長(zhǎng)期使用。主芯片模塊的硬件設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.2 標(biāo)簽?zāi)K

標(biāo)簽?zāi)K由STM8單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的CC1101芯片組成，標(biāo)簽?zāi)K發(fā)送標(biāo)簽信息到讀寫(xiě)器，由使用周期可以達(dá)到1年以上的紐扣電池供電。標(biāo)簽?zāi)K的硬件設(shè)計(jì)如圖4所示。

3 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備端設(shè)計(jì)

設(shè)備端主要由主芯片和標(biāo)簽組成。主芯片由RFID讀寫(xiě)器和OLED屏幕組成;標(biāo)簽由STM8單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的CC1101芯片組成。主芯片要用于驅(qū)動(dòng)RFID讀寫(xiě)器和提供用戶操作界面，便于用戶管理和查看標(biāo)簽的信息。標(biāo)簽主要用于標(biāo)記物品，把物品到RFID讀寫(xiě)器的距離發(fā)送到主芯片。在程序設(shè)計(jì)中，標(biāo)簽不斷把自己的信息發(fā)送到RFID讀寫(xiě)器，RFID讀寫(xiě)器把標(biāo)簽的信息傳到主芯片中，主芯片再通過(guò)OLED顯示屏把標(biāo)簽信息顯示到用戶可操作界面，同時(shí)通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到小程序上，使用戶可以在兩端查看標(biāo)簽的信息。

電子標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼內(nèi)部?jī)?chǔ)存的信息（產(chǎn)品名稱、型號(hào)、制造者代碼、出廠等）。電子標(biāo)簽附著在產(chǎn)品本身，通過(guò)閱讀器進(jìn)行信息輸出，工作人員可以與產(chǎn)品上的視讀信息進(jìn)行對(duì)比，信息一致則說(shuō)明產(chǎn)品真實(shí)有效，同時(shí)閱讀器可以讀出出廠日期，判斷產(chǎn)品是否失效[2]。

RFID系統(tǒng)是由閱讀器與電子標(biāo)簽及應(yīng)用軟件系統(tǒng)3個(gè)部分組成。其中電子標(biāo)簽按工作模式可以分為主動(dòng)式、被動(dòng)式及半自動(dòng)式[3]。RFID閱讀器的主要任務(wù)是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答信號(hào)，對(duì)標(biāo)簽的識(shí)別信息進(jìn)行處理，之后閱讀器把接收到的數(shù)據(jù)整合處理后傳送給計(jì)算機(jī)。高層是信息管理系統(tǒng)和決策系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的加工、分析和挖掘，為正確決策提供依據(jù)[4]。

主芯片初始化后，可以通過(guò)芯片上的按鍵打開(kāi)OLED顯示屏，用戶可以用按鍵操作OLED顯示屏上顯示的菜單，在用戶操作界面打開(kāi)藍(lán)牙模塊后，手機(jī)端的小程序就可以接收到藍(lán)牙信號(hào)，通過(guò)藍(lán)牙在小程序中查看已連接到讀寫(xiě)器的標(biāo)簽信息。主芯片與標(biāo)簽的通信流程如圖5所示。

3.2 數(shù)據(jù)主要流程

射頻識(shí)別（RFID）是物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)，是20世紀(jì)90年代興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，也是目前比較先進(jìn)的一種非接觸識(shí)別技術(shù)[5]。

本系統(tǒng)使用RFID讀寫(xiě)器讀取各個(gè)標(biāo)簽的信息，再通過(guò)串口協(xié)議把各個(gè)RFID標(biāo)簽的信息傳送到主芯片，主芯片會(huì)保存各個(gè)標(biāo)簽的信息，之后通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議傳輸?shù)绞謾C(jī)的小程序上。數(shù)據(jù)流圖如圖6所示。

3.3 移動(dòng)端流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)手機(jī)微信端的處理流程如圖7所示。一方面從主芯片的藍(lán)牙端接收各個(gè)標(biāo)簽的信息，接收到標(biāo)簽信息后對(duì)各個(gè)標(biāo)簽的信息進(jìn)行更新;另一方面，判斷標(biāo)簽與主芯片的距離，如果距離超過(guò)設(shè)定值，則會(huì)在微信小程序中給用戶發(fā)送警報(bào)信息，讓用戶可以在第一時(shí)間查找被盜物品。

4 系統(tǒng)的響應(yīng)與報(bào)警機(jī)制

4.1 主芯片端報(bào)警機(jī)制

主芯片采用獨(dú)立供電模塊供電，便于用戶實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)的防盜檢測(cè)。用戶可自行選擇主芯片的放置地點(diǎn)，主芯片放置完成后，用戶就可以對(duì)附近的任意物品添加RFID射頻標(biāo)簽。用戶可通過(guò)主芯片上的按鍵打開(kāi)主芯片電源，之后在OLED顯示屏的可操作界面上對(duì)主芯片上的藍(lán)牙功能進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，也可以監(jiān)控周圍已連接上RFID讀寫(xiě)器的RFID射頻標(biāo)簽，用戶可對(duì)各個(gè)標(biāo)簽執(zhí)行添加、修改、刪除等操作。如果主芯片檢測(cè)到有一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽離RFID讀寫(xiě)器的距離大于用戶設(shè)定的值時(shí)，主芯片就會(huì)打開(kāi)報(bào)警措施，同時(shí)通過(guò)藍(lán)牙把報(bào)警信息傳送到手機(jī)端，第一時(shí)間通知用戶自己的物品可能已經(jīng)被盜。

4.2 手機(jī)端報(bào)警機(jī)制

手機(jī)端主要采用微信小程序的形式報(bào)警，用戶在使用手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙連接到主芯片后，可以在手機(jī)的微信小程序看到各個(gè)標(biāo)簽的信息和狀態(tài)。在任意標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的距離超過(guò)用戶設(shè)定值時(shí)，微信小程序會(huì)收到主芯片發(fā)來(lái)的警報(bào)信息，提示用戶的物品可能存在被盜的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)比市面上的防盜系統(tǒng)，使用RFID射頻識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙通信技術(shù)、微信小程序，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RFID的智能安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)可自由拆卸，方便遷移、便攜的防盜系統(tǒng)，它不僅擁有傳統(tǒng)防盜系統(tǒng)所沒(méi)有的高實(shí)時(shí)性，也更具有靈活性，適用于多種防盜場(chǎng)景。使用如今熱門(mén)的微信小程序技術(shù)，人們只要擁有智能手機(jī)就能夠使用該系統(tǒng)，使系統(tǒng)的用戶面更廣，對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)用價(jià)值更大。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李云浩.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2013.

[2]劉筱霞，陳春霞.現(xiàn)代電子標(biāo)簽及其印刷技術(shù)[J].包裝工程，2008（5）：190-192.

[3]吳波.對(duì)RFID在圖書(shū)館管理中應(yīng)用的思考[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2013（9）：140-141.

[4]葛年明，周泉，沈春梅.基于STM32的物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2012，31（17）：80-83.

[5]李霞.淺談物流信息技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化，2010（15）：48-49.

[6]田鵬輝，隋立春.RFID醫(yī)院嬰兒智能防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（2）：93-95.

[7]柴維路，牛一波，宋云濤.光伏發(fā)電和ZigBee協(xié)議在智能防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（21）：183-185.

[8]方澤強(qiáng)，黃劍鋒.一種機(jī)動(dòng)車可定位自動(dòng)報(bào)警智能防盜系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（1）：102-104.

[9]浩明.基于安卓系統(tǒng)的手機(jī)防盜設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（14）：36-39.

[10]袁曉峰，趙越，李巖，等.一種基于藍(lán)牙技術(shù)的嵌入式防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（4）：45-48.