RFID在教學(xué)設(shè)備管理中的應(yīng)用探析

王燕燕，尹曉紅，雷 天，羅 欽

（深圳技術(shù)大學(xué) 城市交通與物流學(xué)院，廣東 深圳 518118）

引言

實(shí)驗(yàn)室是高校教學(xué)與科研工作的重要場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)的重要組成部分［1］，不斷發(fā)展和完善的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及管理方法為人才培養(yǎng)提供了重要保障，而設(shè)備管理是較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。近幾年，高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)速度逐漸加快，但是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理速度卻沒(méi)有跟上。由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備數(shù)量龐大、種類繁多，傳統(tǒng)的人工出入庫(kù)與盤點(diǎn)速度慢、效率低，信息管理系統(tǒng)的使用解決了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的統(tǒng)計(jì)與出入問(wèn)題，但是仍需要人工操作。隨著實(shí)驗(yàn)課程和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的增多，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的設(shè)備流通變得越來(lái)越頻繁，給實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理人員帶來(lái)很大挑戰(zhàn)［2］?；赗FID的位置感知技術(shù)屬于非接觸式的主動(dòng)式識(shí)別技術(shù)，有著較強(qiáng)的跟蹤和追溯能力。將RFID標(biāo)簽固定到實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，實(shí)驗(yàn)室門口設(shè)置RFID閱讀器，設(shè)備在進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室時(shí)可被主動(dòng)讀取，自動(dòng)完成錄入與出庫(kù)工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)定位、跟蹤，從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提高實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理的穩(wěn)定性和安全性。

一、RFID技術(shù)概述

（一）RFID技術(shù)

RFID（radio frequency identification，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)），即通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別電子標(biāo)簽并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)［3］，是一種非接觸式批量自動(dòng)識(shí)別標(biāo)簽的技術(shù)，無(wú)須在識(shí)別對(duì)象與識(shí)別器之間建立機(jī)械或光學(xué)連接。

RFID技術(shù)可同時(shí)主動(dòng)批量識(shí)別一定范圍內(nèi)正在移動(dòng)的標(biāo)簽，經(jīng)常應(yīng)用于貴重物品的信息溯源、數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)定位等。與藍(lán)牙、超聲波、Wi-Fi等室內(nèi)定位技術(shù)相比，基于RFID的定位技術(shù)穩(wěn)定性更強(qiáng)，維修成本更低，而且具有更強(qiáng)大的信號(hào)抗干擾能力，能夠有效避免信息泄露現(xiàn)象發(fā)生。因此，本文將RFID用于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的定位、溯源等功能。

（二）RFID位置感知系統(tǒng)工作原理

RFID位置感知系統(tǒng)主要包括閱讀器、電子標(biāo)簽、管理信息系統(tǒng)。電子標(biāo)簽由收發(fā)天線、AC/DC電路、解調(diào)電路、邏輯控制電路、存儲(chǔ)器和調(diào)制電路構(gòu)成［4］，通過(guò)收發(fā)天線接收閱讀器的信號(hào)，并將要求的數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器，分為被動(dòng)標(biāo)簽與主動(dòng)標(biāo)簽。根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同，閱讀器可以是讀或讀寫(xiě)裝置，它是RFID系統(tǒng)的信息控制和處理中心［5］。閱讀器通常由收發(fā)天線、頻率產(chǎn)生器、鎖相環(huán)、調(diào)制電路、微處理器、存儲(chǔ)器、解調(diào)電路和外設(shè)接口組成［6］，在一定的范圍內(nèi)發(fā)送射頻能量形成電磁場(chǎng)。系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入電磁場(chǎng)識(shí)別范圍后，感應(yīng)到閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，被動(dòng)標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，標(biāo)簽則主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)［7］，閱讀器讀取標(biāo)簽信息后進(jìn)行解碼，并通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)發(fā)送到管理系統(tǒng)。

RFID標(biāo)簽天線根據(jù)制造工藝、導(dǎo)線材質(zhì)、材料結(jié)構(gòu)的不同，可分成印刷天線、繞線天線、陶瓷天線等。本文的RFID技術(shù)用于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，一般為金屬材質(zhì)，且需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離識(shí)別，結(jié)合了陶瓷天線抗金屬、遠(yuǎn)距離讀取、耐高溫等特性，因此采用超高頻RFID陶瓷標(biāo)簽。閱讀器可分為手持式與固定式兩種，本文涉及兩種閱讀器，其中固定式安裝在實(shí)驗(yàn)室門口，用于設(shè)備入庫(kù)、出庫(kù)的讀取，手持式用于進(jìn)行定期盤點(diǎn)。

二、基于RFID位置感知技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

基于RFID位置感知技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。感知層主要由RFID標(biāo)簽、天線、RFID閱讀器組成，通過(guò)RFID標(biāo)簽感知到設(shè)備信息，即將標(biāo)簽貼在設(shè)備上，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室大門附近安裝固定的閱讀器，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的面積和RFID識(shí)讀覆蓋面積確定安裝個(gè)數(shù)；網(wǎng)絡(luò)層是將感知層獲取的信息通過(guò)應(yīng)用傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，以保障感知層和應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)通信；應(yīng)用層分為用戶管理應(yīng)用、在線盤點(diǎn)應(yīng)用、入庫(kù)出庫(kù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)，其中應(yīng)用屬于人機(jī)交換的界面，數(shù)據(jù)庫(kù)則用于存儲(chǔ)人員信息、設(shè)備信息及設(shè)備變更信息等。

基于RFID位置感知技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)根據(jù)功能模塊分為RFID通道門模塊、Web端實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊和便攜式設(shè)備盤點(diǎn)模塊。RFID通道門模塊用于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的進(jìn)出管理，采用超高頻RFID射頻技術(shù)，以發(fā)揮RFID標(biāo)簽快速和批量識(shí)別、防盜報(bào)警的作用；Web端實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊用于平臺(tái)的用戶管理、設(shè)備出入庫(kù)管理，以及與通道門模塊和便攜式設(shè)備盤點(diǎn)模塊通信；便攜式設(shè)備盤點(diǎn)模塊旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)備的在線實(shí)時(shí)盤點(diǎn)。

在設(shè)備第一次入庫(kù)時(shí)，RFID標(biāo)簽固定在對(duì)應(yīng)的設(shè)備上，與通道門的閱讀器之間使用系統(tǒng)天線傳送特定頻率的電磁波。當(dāng)貼有RFID標(biāo)簽的設(shè)備進(jìn)入對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，標(biāo)簽被激活并使用調(diào)制技術(shù)將標(biāo)簽編號(hào)通過(guò)反射波回傳，RFID閱讀器通過(guò)天線接收到反射信息，將信息進(jìn)行解調(diào)和解碼，得到標(biāo)簽編號(hào)。因此，可獲取對(duì)應(yīng)設(shè)備信息，啟動(dòng)Web端實(shí)驗(yàn)室管理模塊，后臺(tái)系統(tǒng)將設(shè)備信息和標(biāo)簽寫(xiě)入到該實(shí)驗(yàn)室中，完成設(shè)備的入庫(kù)。設(shè)備出庫(kù)則應(yīng)事先在Web端實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊上申請(qǐng)，申請(qǐng)通過(guò)后設(shè)備搬出時(shí)，通道門可以識(shí)別設(shè)備搬出動(dòng)作，完成設(shè)備的出庫(kù)；如未申請(qǐng)通過(guò)，設(shè)備直接搬出會(huì)觸發(fā)防盜報(bào)警。設(shè)備應(yīng)定期通過(guò)便攜式設(shè)備盤點(diǎn)模塊進(jìn)行盤點(diǎn)，操作者啟動(dòng)便攜式設(shè)備盤點(diǎn)模塊，在可識(shí)別范圍內(nèi)設(shè)備經(jīng)過(guò)則自動(dòng)完成設(shè)備盤點(diǎn)，并將盤點(diǎn)結(jié)果發(fā)送到Web端實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊。三個(gè)模塊相互作用，以對(duì)設(shè)備定位和溯源。

Web端實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊作為系統(tǒng)的主要部分，包括用戶管理應(yīng)用、在線盤點(diǎn)應(yīng)用、入庫(kù)出庫(kù)應(yīng)用三個(gè)后臺(tái)應(yīng)用，硬件部分包括標(biāo)簽、天線、RFID閱讀器、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備。設(shè)備管理人員通過(guò)后臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與標(biāo)簽信息的綁定錄入，掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的狀態(tài)和具體的位置信息，防止出現(xiàn)設(shè)備丟失的情況。RFID標(biāo)簽通過(guò)與RFID閱讀器之間的通信可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的定位。本文涉及的軟硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟硬件整體結(jié)構(gòu)

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

我們根據(jù)系統(tǒng)方案進(jìn)行RFID通道門模塊、Web端實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊、便攜式設(shè)備盤點(diǎn)模塊三個(gè)模塊的功能開(kāi)發(fā)。

RFID通道門模塊的實(shí)現(xiàn)如圖3所示，可完成通道門的硬件啟動(dòng)與停止，同時(shí)快速識(shí)別RFID標(biāo)簽并將識(shí)別結(jié)果發(fā)送到設(shè)備管理模塊。

圖3 RFID通道門模塊

Web端實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊的實(shí)現(xiàn)如圖4所示，可完成設(shè)備的出入庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室管理、設(shè)備管理、設(shè)備盤點(diǎn)等功能。

圖4 Web端實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理模塊

便攜式設(shè)備盤點(diǎn)模塊實(shí)現(xiàn)如圖5所示，可完成設(shè)備查看與設(shè)備盤點(diǎn)。

圖5 便攜式設(shè)備盤點(diǎn)模塊

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。本文通過(guò)RFID位置感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的出入庫(kù)、盤點(diǎn)、定位等功能，加強(qiáng)了對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備尤其是流動(dòng)性較強(qiáng)的設(shè)備的管理，提高了設(shè)備管理的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，有利于實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理人員快速定位設(shè)備，掌握設(shè)備狀態(tài)，大大減少了實(shí)驗(yàn)管理人員的人力成本。同時(shí)，有效防止了設(shè)備丟失的情況，節(jié)約了時(shí)間成本，對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的智能化管理具有重大意義。