RFID及其在高校實驗室管理中的應用

摘要：針對課程改革中需要建立綜合性實驗室的需求，介紹了RFID技術，提出利用RFID技術改進實驗室的使用及管理，使其更加開放和科學。給出了一個利用RFlD技術的開放平臺實驗室管理的解決方案，其特點是：學生須持卡預約并使用實驗室資源，分享實驗數據；老師通過系統管理設備和資源。

關鍵詞：射頻識別；綜合實驗室；實驗室管理系統

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A

0、引 言

以往的高校實驗室都是某一方面的專用實驗室，例如模擬電子技術實驗室，數字電子技術實驗室，單片機/DSP實驗室，通信實驗室等。但是隨著教學的深入和課程的改革這樣的實驗室分類法往往無法滿足現實的需要。如果學生需要做一個小型的系統，可能會涉及以上所有的實驗室。這就要求我們要有綜合的實驗，實訓平臺，這個平臺滿足我們對本專業所有課程的實驗要求。在參加全國電子設計大賽，學生畢業設計，課程設計的時候學生都需要一個綜合性的實驗平臺，而這樣的平臺也慢慢出現在我們的校園中。這也對實驗室的管理提出了新的挑戰，設備多種多樣，需求多種多樣。對此本文提出了利用RFID技術加強綜合平臺實驗室的管理，提出了一種新型管理系統。

1、射頻技術中的射頻識別

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標簽。

RFID技術具有很多突出的優點：無需人工干預，無需直接接觸、無需光學可視即可完成信息的輸入和處理，可工作于各種惡劣的環境，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便，實現了無源和免接觸操作，無機械磨損，壽命長：數據安全方面除標簽的密碼保護外，數據部分可用一些算法實現安全管理，如：DES、RSA、DSA、MD5等，讀寫器與標簽之間也可相互認證，實現安全通信和存儲。隨著電子標簽總體成本越來越接近接觸式IC卡的成本，甚至更低，為其大量應用奠定了基礎。RFlD基本原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。如圖l所示。它主要有兩種方式：一、電磁耦合，即所謂的變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現耦合，依據的是電磁感應定律。電磁耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統；典型的工作頻率有：125kHz，225kHz和13.56MHz；識別距離小于1m，典型作用距離10-20cm。二、電磁傳播或者電磁反向散射耦合，即雷達原理模型，發射出去的電磁波碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據的是電磁波的空間傳播規律。電磁反向散射耦臺方式一般適合高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統；典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2.4GHz和5.8GHz：識別距離大于1m，典型作用距離3-10m。

2、RFID在高校實驗室管理中的應用

對于開放式綜合性實驗平臺要起到相應的作用必須滿足以下的要求：(1)實驗室資源上網，學生及管理者能實時了解實驗室的可用資源：(2)管理員根據學生的具體需求可設定相應的資源使用權限；(3)管理者可監控正在使用的設備。基于以上需求我們設計了一個基于RFID技術的新型開放式實驗平臺如圖2所示：

本系統將每個儀器設備都進行編號，并在數據庫中記錄該儀器的使用記錄，可能應用的方向和設備的狀況等信息。學生持有射頻卡，并擁有對應的密碼，必須預先登陸管理系統預約儀器設備和操作位。管理系統將根據學生的實驗需求提供可能用到的設備，和以往使用該設備所得的實驗數據供學生參考。學生實驗結束后上傳相關的實驗數據，并填寫設備的相關狀況。

本系統由管理系統，讀寫器，射頻電子標簽，射頻卡四個部分構成。

2.1 管理系統包括以下模塊

(1)設備管理。通過這個模塊，學生可以查詢到那些設備是空閑的，那些設備正在使用中，那些設備正在維修中及維修所需要的時間。老師則通過這個模塊報修設備，合理分配資源。

(2)資源申請。學生在上一個模塊中查找到可用資源后，通過這個模塊向老師提出使用設備的申請，老師根據實際情況批準申請并賦予相應的權限，此權限通過讀寫器寫入學生所持射頻卡中。(對于上課班級可批量寫入)。

(3)實驗數據。在這個模塊中學生可以查詢到相關實驗的歷史數據，并上傳自己的實驗數據供后人參考，老師定時檢查學生上傳的實驗數據對異常情況進行分析并做出解釋。

(4)新用戶注冊。學生使用開放實驗平臺前必須注冊一個用戶，管理員通過這個環節控制本實驗室的使用人數，保證實驗室能正常運作。

(5)資料下載。通過該模塊學生可下載相關的專業資料。

(6)后臺管理。通過這個模塊來管理這個管理系統，更新公告和新聞。

2.2 讀寫器

此部分為實驗管理人員持有，根據管理系統賦予學生相關權限。根據學生所持射頻卡的記錄信息，把相應設備分發給學生。

2.3 電子標簽

每個設備上都貼有電子標簽，設備在進出設備間時由讀寫器讀出相關信息，并傳給管理系統，電子標簽也可包含該設備的一些個性化信息。每次使用系統均記錄下設備的使用情況，如果后一使用者發現設備損壞可通過管理系統追究前一使用者的責任。

2.4 射頻卡

該卡為學生所持有，記錄學生的相關信息，也可以做為校外使用者的收費依據。學生持被賦予相關權利的射頻卡，向老師取得設備并在相應操作臺操作，操作完成歸還設備。

本系統提高了高校資源的使用效率，方便管理，節省人力，更可使實驗員從繁雜的管理工作中解脫出來專注于實驗指導。而開放式的實驗平臺更可使學校與社會共用實驗室，突顯其社會效應。

參考文獻：

[1]游戰清，劉克勝，無線射頻識別技術(RFID)規劃與實施[M]北京：電子工業出版社，2005