基于RFID技術(shù)的目標(biāo)對(duì)象監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張麗英，王憲偉，李 及

(1.長(zhǎng)春大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022;2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 發(fā)展學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130600)

基于RFID技術(shù)的目標(biāo)對(duì)象監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張麗英1，王憲偉1，李 及2

(1.長(zhǎng)春大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022;2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 發(fā)展學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130600)

介紹了基于RFID技術(shù)的目標(biāo)對(duì)象監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，監(jiān)測(cè)探頭、跟蹤器、上位機(jī)。該系統(tǒng)采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理和出現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的非法移動(dòng)時(shí)，報(bào)警并及時(shí)通知相關(guān)人員及管理部門，幫助查清目標(biāo)對(duì)象所處方位，盡快的找到丟失重要物件，減少損失。

RFID;監(jiān)測(cè)探頭;跟蹤器;目標(biāo)對(duì)象

0 引言

日常生活中總有一些重要物件及危險(xiǎn)物品存放、使用，在存放或使用過程中，有可能丟失，造成一定的損失，尤其是一些危險(xiǎn)物品丟失，會(huì)對(duì)公眾造成一定的損傷，引起公眾恐慌，造成一定經(jīng)濟(jì)損失。如何監(jiān)督管理好重要物件及危險(xiǎn)物品，丟失后迅速找回是減少這類事件造成嚴(yán)重后果的關(guān)鍵，也是丟失者及相關(guān)管理部門急需解決的問題之一。目標(biāo)對(duì)象監(jiān)控管理系統(tǒng)就是基于上述要求設(shè)計(jì)的。

目標(biāo)對(duì)象監(jiān)控管理系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：監(jiān)測(cè)對(duì)象、跟綜器、上位機(jī)。正常情況時(shí)下附著在目標(biāo)對(duì)象上的跟蹤器每隔2秒鐘發(fā)射信息碼，探測(cè)頭收到信息后，向跟蹤器回復(fù)一信息碼。如果跟蹤器與探測(cè)頭聯(lián)系正常，則系統(tǒng)不報(bào)警，如果跟蹤器與探測(cè)頭聯(lián)系中斷，目標(biāo)對(duì)象出現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的非法移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)立即通知值班人員和監(jiān)管部門，附著在目標(biāo)對(duì)象上的跟蹤器中的GPSGSM系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和跟蹤功能，并定時(shí)向指定手機(jī)號(hào)碼和上位機(jī)發(fā)送報(bào)警短信及相關(guān)資料，并顯示目標(biāo)對(duì)象所在位置。管理部門也會(huì)很快根據(jù)上位機(jī)存放的相關(guān)信息，確定該目標(biāo)對(duì)象的身份及相關(guān)資料，以采取相應(yīng)的措施。

1 監(jiān)測(cè)探頭設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)探頭是由單片機(jī)C8051F340作為控制核心，由鍵盤顯示、串口通訊和RFID無線射頻模塊等電路組成，整體框圖見圖1。C8051F340是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，48 MI/s速率、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容微控制器內(nèi)核;全速、非侵入式的在線調(diào)試接口;8個(gè)靈活的端點(diǎn)通道，具有收發(fā)器和1 KB FIFO RAM的USB功能控制器;帶有模擬多路器的10位200 KS/s的單端/差分ADC;12 MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時(shí)鐘乘法器;64 KB的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器;4352字節(jié)片內(nèi)RAM;5個(gè)捕捉/比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列;3.3 V工作電壓，功耗低且?guī)в衅瑑?nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時(shí)鐘丟失檢測(cè)器;40個(gè)I/O端口。控制單元電路見圖2。

圖1 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)探頭

射頻卡作為信息通訊模塊，安裝在監(jiān)測(cè)探頭和跟蹤器上。本設(shè)計(jì)選擇的無線收發(fā)模塊是挪威Nordic公司推出的nRF2401，2.4GHz無線收發(fā)一體芯片。它將射頻、8051MCU、9通道12位ADC、外圍元件、電感和濾波器全部集成到芯片中，并采用2.4GHz全球開放ISM頻帶和0.18μm工藝，可提供ShockBurst、DuoCeiv-er、片上CRC以及地址計(jì)算編碼等功能。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能、設(shè)計(jì)方便。

監(jiān)測(cè)探頭和PC機(jī)終端通訊采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232協(xié)議。監(jiān)測(cè)探頭裝置將目標(biāo)對(duì)象的基本信息傳送至PC機(jī)，便于管理和維護(hù)，同時(shí)在目標(biāo)對(duì)象被移動(dòng)時(shí)能夠在電腦上動(dòng)態(tài)定位跟蹤，提供目標(biāo)對(duì)象的位置和基本情況。

圖2 控制單元電路

2 跟蹤器設(shè)計(jì)

跟蹤器是附在目標(biāo)對(duì)象上，主要由六部分構(gòu)成，見圖3跟蹤器電路框圖。

附在跟蹤器的供電電源是保證在線監(jiān)控系統(tǒng)能否長(zhǎng)期正常工作的關(guān)鍵部分，故我們按控制器休眠節(jié)電工作方式和低功耗進(jìn)行了設(shè)計(jì)。電源采用大容量長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)的鋰電電池組，系統(tǒng)芯片均選用+3V供電模式，定期休眠待機(jī)以節(jié)省功耗，僅由RFID射頻卡在指定范圍內(nèi)與監(jiān)測(cè)探頭保持聯(lián)絡(luò)，當(dāng)目標(biāo)對(duì)象被非法移動(dòng)時(shí)跟蹤器報(bào)警，并啟動(dòng)GSM移動(dòng)通信模塊和GPS定位模塊工作，這樣可達(dá)到省電、延長(zhǎng)裝置使用壽命的目的。

跟蹤器上的RFID射頻卡其功能和原理與監(jiān)測(cè)探頭相符。GSM(Global System for Mobile Communication全球移動(dòng)通信系統(tǒng))采用西門子公司的TC35i模塊，與單片機(jī)串口連接。該模塊的工作電壓為3.3-5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900M)和1W(1800M)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。

GPS(Global Positioning System全球定位系統(tǒng))采用ProGin公司的SR-92，啟動(dòng)時(shí)間短，捕捉信息較快，無需另加接收天線，體積小。供電電源范圍寬：3.3V～5.5V，具有備用電池，對(duì)外僅有5個(gè)引腳。該部分電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、鎖定、測(cè)量，從而產(chǎn)生計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息(包括：緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)星狀況等)，數(shù)據(jù)更新率為每秒一次。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，可讀性強(qiáng)、便于今后改進(jìn)和升級(jí)。整個(gè)程序由主從式的多點(diǎn)RFID無線通訊、鍵盤處理、顯示及參數(shù)設(shè)置、GPS信息提取、短信息模塊和上位機(jī)管理軟件等組成。

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)探頭主要完成對(duì)附在目標(biāo)對(duì)象上跟蹤器參數(shù)輸入和命令的控制。上電后單片機(jī)對(duì)所有外設(shè)及功能電路引導(dǎo)進(jìn)入程序初始化狀態(tài)，如果需要修改系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，可配合按鍵及菜單選項(xiàng)進(jìn)行，分別具有“目標(biāo)管理”“報(bào)警電話”“修改密碼”“運(yùn)行”菜單項(xiàng)。正常工作時(shí)由RFID射頻卡與跟蹤器保持通訊聯(lián)系，處于監(jiān)控狀態(tài)。根據(jù)RFID通訊協(xié)議，可以由一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控終端監(jiān)控多點(diǎn)跟蹤器，在點(diǎn)陣屏上顯示監(jiān)控狀態(tài)和結(jié)果。

跟蹤器上電復(fù)位后，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，在接收到系統(tǒng)監(jiān)測(cè)探頭通過RFID發(fā)送的啟動(dòng)命令I(lǐng)D+“啟動(dòng)”后，判別與本跟蹤器的ID號(hào)一致則進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，否則繼續(xù)等待。跟蹤器上的C8051F330單片機(jī)定時(shí)休眠以降低功耗，喚醒后與系統(tǒng)監(jiān)測(cè)探頭的RFID模塊保持通訊，在兩者間互相得到對(duì)方的應(yīng)答信號(hào)，說明監(jiān)控正常，未超出監(jiān)控范圍，如果保持通訊聯(lián)系失敗，3S內(nèi)連續(xù)發(fā)出請(qǐng)求聯(lián)絡(luò)信號(hào)，均未成功則認(rèn)為失去控制，此時(shí)啟動(dòng)GSM移動(dòng)通信模塊和GPS定位模塊工作，向預(yù)置在跟蹤器存儲(chǔ)器上的移動(dòng)監(jiān)控終端發(fā)送報(bào)警信息，將當(dāng)前GPS的有效地理信息以短信方式傳送出去，并通過PC機(jī)監(jiān)控軟件對(duì)失控的目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行查找和跟蹤定位。見圖4跟蹤器工作流程圖。

圖3 跟蹤器電路框圖

圖4 跟蹤器工作流程圖

PC機(jī)作為監(jiān)控終端，界面采用VC++6.0開發(fā)工具結(jié)合GIS電子地圖定位管理軟件系統(tǒng)，當(dāng)目標(biāo)對(duì)象出現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的非法移動(dòng)時(shí)，附著在目標(biāo)對(duì)象上跟蹤器中的GPS、GSM系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)工作，運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和跟蹤功能，定時(shí)向指定手機(jī)號(hào)碼和PC機(jī)發(fā)送報(bào)警短信，并顯示目標(biāo)對(duì)象所在位置。

4 結(jié)語(yǔ)

基于RFID技術(shù)的目標(biāo)對(duì)象監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一些重要物件及危險(xiǎn)物品存放、使用的監(jiān)督管理，且在一些重要物件及危險(xiǎn)物品丟失很快幫助查清目標(biāo)對(duì)象所處方位，盡快的找到丟失重要物件，減少損失。該項(xiàng)目的主要部分已申請(qǐng)兩項(xiàng)專利。

［1］ 王存美.放射源監(jiān)管信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與集成［J］.地球信息科學(xué)，2008(6)：401-407.

［2］ 劉冬生.RFID標(biāo)簽芯片的最新研究進(jìn)展［J］.微電子學(xué)，2007(12)：779-784.

［3］ 周曉光.頻識(shí)別(RFID)技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

［4］ 李春廣.GSM的可移動(dòng)危險(xiǎn)源處警系統(tǒng)的研究［J］.中國(guó)安全科學(xué)報(bào)，2007(6)：120-124.

責(zé)任編輯：吳旭云

The design of target object monitoring and management system based on RFID technique

ZHANG Li-ying1，WANG Xian-wei1，LI Ji2
(1.College of Electronic Information Engineering，Changchun University，Changchun 130022，China; 2.Development College，Jilin Agricultural University，Changchun 130600，China)

This paper introduces the design of target object monitoring and management system which is based on RFID technique.This system is composed of three parts such as monitoring probe，tracker and host computer.It realizes the real-time target object monitoring and management by using RFID technique，alarms and reminds relevant staff and department to check the target＇s position and find the missing important object so as to avoid losses when there is illegal movement without authorization.

RFID;monitoring probe;tracker;object target

TP277

A

1009-3907(2010)08-0051-03

2010-06-03

吉林省教育廳“十一五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目：吉教科合字［2009第578號(hào)］

張麗英(1958-)，女，吉林長(zhǎng)春人，教授，主要從事檢測(cè)技術(shù)與智能控制方面的研究。