射頻識別關鍵技術及其在學生管理中的應用

【摘要】本文介紹了射頻識別的關鍵技術及其在現代學生管理中的應用，并給出了具體的硬件及軟件系統的設計方案。應用該系統不僅可以實現對學生是否在校的考查，還可以實現注冊、成績統計、聯系家長等方面的智能化管理。

【關鍵詞】射頻識別，關鍵技術，智能管理

【中圖分類號】G47【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097（2007）01—0080—03

一、引言

射頻識別技術(RFID， Radio Frequency Identification) 是從80年代起走向成熟的一項非接觸式的自動識別技術。它利用射頻方式進行雙向通信， 自動識別目標對象并獲取相關數據。和傳統的磁卡、IC卡相比， 射頻卡最大的優點就在于非接觸，而且具備耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據存儲數據容量大、可以加密、存取信息更改自如等優點。因此，完成識別工作時無需人工干預， 適于實現自動化且不易損壞， 可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便。在生產、零售、物流、交通等各個行業有著廣闊的應用前景。

二、射頻識別的關鍵技術

典型的射頻識別系統由閱讀器、應答器(電子標簽、RFID卡片)和中央管理控制軟件組成。閱讀器是產生射頻信號及高頻能量來激活RFID卡片工作，并與卡片進行數據交換的設備。應答器的核心是含有一定存儲容量的芯片，用于存儲被識別物體的信息，它通過接收并調制反射高頻信號達到與閱讀器相互識別和通信的目的。中央管理控制軟件主要是收集閱讀器的信息，根據具體應用進行相關的數據處理。其關鍵技術主要表現在以下幾個方面：

（一）應答器的能量供應

按照應答器的能量來源，可以區分為有源的和無源的應答器兩種類型，有源應答器含有自己的電池，用于給數據載體供電。而對于無源應答器，其工作所需能量需要從射頻電磁波束中獲取， 和有源射頻識別系統相比， 無源系統需要較大的發射功率， 射頻電磁波在應答器上經射頻檢波、倍壓、穩壓、存儲電路處理， 轉化為應答器工作所需的工作電壓。

（二）應答器到閱讀器的數據傳輸

應答器回送到閱讀器的數據傳輸方式多種多樣，可歸結為三類：1.利用負載調制的反射或反向散射方式（反射波的頻率與閱讀器的發送頻率一致）2.利用閱讀器發送頻率的次諧波傳送標簽信息（應答器反射波與閱讀器的發送頻率不同，為其高次諧波（n倍）或分諧波（1/n倍））3.其他形式。其中反向散射調制技術是指無源RFID電子標簽將數據發送回讀寫器所采用的通信方式。根據要發送的數據的不同， 通過控制電子標簽的天線阻抗， 使得反射的載波幅度產生微小變化， 這樣反射的回波的幅度就攜帶了所需傳送的數據。這和ASK 調制有些類似。控制電子標簽天線阻抗的方法有多種， 都是基于一種稱為“阻抗開關”的方法。最近研究的幾種阻抗開關有變容二極管、邏輯門、高速開關等等。

（三）數據傳輸的完整性與安全性

由于數字信號在傳輸的過程中會受到干擾的影響，故傳輸到接收端以后可能發生錯誤的判決，為了保證數據的完整性，可以使用校驗和法，來識別傳輸錯誤，并進行校正操作，例如重發數據塊。最常用的方法是奇偶校驗以及冗余校驗。

在與安全有關的應用領域中，例如出入系統或作為支付手段和發售機票、車票等越來越多地應用射頻識別系統，在數據傳輸的過程中難免不受到攻擊，常見的攻擊分為兩種類型，一是被動型的，即試圖通過竊聽傳輸線路以發現秘密信息而達到非法目的；另一種是主動型的，即操縱傳輸數據并為了其個人利益而修改它。為防止“黑客”的蓄意攻擊，必須采取一定的措施，例如可以通過在閱讀器與應答器之間建立密鑰，對要傳輸的數據進行加密，達到安全的目的。

（四）多目標識別技術（防碰撞算法）

當閱讀器信號作用范圍內存在多個標簽，同一時刻有兩個或者以上的標簽向閱讀器返回信息時，將產生沖突，稱標簽沖突。解決沖突的算法稱為反碰撞算法。傳統的無線電技術（如通信衛星、移動電話網）已有空分多路法、頻分多路法、時分多路法以及碼分多路法來解決類似問題。

但在射頻識別系統中，由于閱讀器和標簽構成的無線網絡部分有以下特征 1.規模：每個閱讀器工作區域內可能有大量標簽。2.體積：標簽用于附著在各種各樣的商品上，體積不能太大。3.成本：粘貼標簽的商品本身價值可能很低，所以標簽的成本不能高于1 美元，最好低于5 美分。4.通信量：標簽內包含的信息量很少，閱讀器與標簽兩者之間的通信時間很短。所以解決射頻識別技術標簽沖突的反碰撞算法有與傳統無線電技術不同之處。現存的

反碰撞算法有ALOHA算法、分隙 ALOHA算法、二進制搜索算法。

三、射頻識別在學生管理中的應用

現代休閑娛樂的方式越來越多，給人們的日常生活增添了很多的樂趣，但不可否認也帶來了很多的問題，特別是對于沒有多少自制力的在校學生，經常逃學沉醉于網絡，聊天、游戲等以至于荒廢了學業，而這時的學校、家長往往不知道學生的真實情況，不利于及時地對學生進行教育和管理。因此，我們可以在現代網絡和通信普及的基礎上利用射頻識別技術建立一套學生智能管理體系，不僅可以實現對學生是否在校的實時考查，也能實現對學生的注冊、學籍管理、成績統計、發布等功能，家長可以通過登陸學校網站實現對學生的遠程監控。

（一）系統硬件組成及工作原理

整個學生管理系統主要由三部分組成，校園管理中心主機，閱讀器和學生識別卡。中心主機以Windows XP +Visual Basic 6.0作為開發平臺，建立系統管理軟件，通過學校的原有的通信線路和閱讀器建立連接；閱讀器由單片機、射頻芯片、LCD顯示及外圍電路等組成，按照學校的規模可以靈活的選擇數量及安裝位置，實現對學生的到校信息等的采集；學生識別卡安裝在學生證上，內置了代表該學生的唯一的序列號。其框圖見圖1所示：

系統的工作原理為：當學生進入學校經過閱讀器時，粘貼在學生證上的識別卡接收閱讀器的發出的電磁波信息，獲取能量，將自身的序列號發送給閱讀器，進而傳送到校園管理主機，以確認學生的到校情況，一旦發現在規定的時間內無某生的信息，為防止漏掃或該生已請假的情況，由學校的管理人員聯系該生所在班級的班主任，確認學生的真實情況，當確認屬于無故曠課以后，即通過電話或短信的方式，通知家長，并將最終的統計結果發布到網上。

（二）系統的軟件開發

學生到校監測及管理系統軟件采用面向對象的VB集成開發工具進行開發設計。本系統是在WINDOWS XP環境下以SQL Server 7.0 數據庫為核心并采用Client/Server 模式開發而成的具有:用戶登錄模塊、閱讀器控制模塊、數據庫管理模塊、數據統計處理模塊、實時顯示、遠程通訊、網絡發布等7個模塊系統管理軟件。

用戶登錄模塊用來檢驗用戶的權限，維護系統的安全性；閱讀器控制模塊主要通過串口通信控件來實現主機對閱讀器的控制以及數據交換的功能；數據庫管理模塊是應用SQL Server 7.0數據庫進行學生信息的存儲、修改、查詢、維護等，保證數據的完整性和可靠性，而且便于錄入查詢工作；實時顯示模塊是把閱讀器和獲取的RFID卡信息迅速通過數據庫查詢配對，得到相應的學生的信息資料，并將其顯示在屏幕上，便于管理人員了解到校情況；數據統計模塊是對學生的到校情況、成績等信息進行統計和處理，并將其存入數據庫，需要時制成報表和打印；遠程通訊模塊是方便學校通過通信網絡實現和學生家長的聯系，及時實現對學生的管理；網絡發布模塊即是將實現將學生的各種信息及時發布到網絡上，便于相關人員查詢。 其結構見圖2。

四、 結束語

射頻識別技術的應用為建立一套學生智能管理系統提供了便利，不僅可以實現學生到校情況的實時統計，使家長及時的了解學生的在校情況，而且對實現學生的智能管理具有很好的推動力。同時也將帶動通信技術、控制和計算機應用等技術的發展。

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