基于開放服務的RFID信息采集系統的研究與實現*

林海旦，吳立群，樊 冰

（杭州電子科技大學 實驗室與資產管理處，浙江 杭州 310018）

基于開放服務的RFID信息采集系統的研究與實現*

林海旦，吳立群，樊 冰

（杭州電子科技大學 實驗室與資產管理處，浙江 杭州 310018）

為了能夠準確地得到何時、何地、何人使用了何實驗室和大型儀器等數據，從而統計實驗室和大型儀器的使用率、開放共享等情況，本文提出了利用RFID技術實現與高校實驗室與大儀開放共享網絡化平臺結合使用的刷卡信息采集系統，并對RFID刷卡系統的架構、信息采集方法等進行了分析，最后，闡述了RFID刷卡系統的組成模塊、信息顯示功能及配置方法。該系統的開發與應用，有利于更好地實現實驗室與大儀的開放共享。

RFID；實驗室；大型儀器

在當今各高校中，實驗室和大型儀器的開放共享面臨著很多問題，為方便實驗室和大型儀器向學生全天候開放，許多高校日前已經著手開發網絡化開放共享管理平臺，提供對實驗設備方便快捷的自助式預約服務，網上預約，網上審核，實現對實驗室和大型儀器的有效利用[1-4]。然而，目前市場上已有的信息采集器[5]基本都需要配備電腦,成本較大。為此,筆者所在學校結合RFID技術[6]，研究并實現了新型的具有自動登記、計時、支付等功能的信息采集系統,該系統還能監控是否真正實行了開放以及實現運行狀態的監測。[7]

一、RFID信息采集系統的分析與設計

1.RFID信息采集系統架構

為了實現在實驗室與大型儀器開放使用時，采用學校現有的一卡通系統作為身份認證平臺，借助現有卡介質和查詢密碼進行登錄和刷卡認證，實現高效率、低成本地了解實驗室和大型儀器的開放情況[8][9]，本文提出利用無線傳感網絡技術、RFID技術和現代網絡技術等對實驗室儀器設備的使用情況進行數據采集、傳輸、統計和信息化管理。系統的具體架構如圖1所示。

圖1中從上往下分別是學校實驗室與儀器管理中心、各學院數據中心服務器、各實驗室、大型儀器，最后一層表示使用該實驗室或儀器的人員。

2.RFID系統信息采集方法

在RFID刷卡器上刷的用于確認身份的卡片使用現在很普遍的校園一卡通。讀寫器放置于進門處，利用RFID技術，讀取卡片序列號以后傳送至PC實驗室管理子系統進行登記確認。[10]嵌入式RFID讀卡器還能夠布置在大型儀器或者貴重儀器附近，以控制和統計使用權限、使用人數、使用時間長短等。每一個嵌入式RFID讀寫器配備一塊顯示屏。該嵌入式RFID讀卡器不需要另外配置PC進行工作，可以“上電即工作”。在第一次布置嵌入式RFID讀卡器以后，以后的每一次工作只需要給其提供電源和相應的接插線即可，不需要額外的人工操作。具體的信息采集流程如圖2所示。

嵌入式讀卡器內部可以寫入預先確定的信息，如布置時候寫入的用于區分各個讀卡器的序列號；大型儀器設備的描述及使用注意事項；最新一次操作修改記錄等均可以寫入其中。顯示屏上需要的定制信息除了通過服務器向讀卡器發送以外，也可以預先寫入讀卡器中。

二、RFID信息采集系統的實現

1.RFID刷卡器的組成模塊

在分析與設計成熟的基礎上，進行了產品外觀與模具的設計，第一期制作成的刷卡器外觀如圖3所示，RFID刷卡器組成可以分為五個部分：

（1）2.8寸TFT液晶屏。液晶屏作為讀寫節點的用戶界面載體，用于顯示各種信息，包括服務器返回的姓名、學號、通知、錯誤提示等信息。

（2）無線模塊。無線模塊是無線網絡的基礎，用于完成無線網絡的數據通信、組網協議實現的功能。每一個讀卡節點都有一個無線模塊，起終端作用的讀卡節點搭載的是工作于終端模式的無線模塊；相應地，起路由作用的讀卡節點搭載的是工作于路由模式的無線模塊。

（3）讀卡模塊。讀卡模塊用于用戶登錄時提供卡號信息。讀卡模塊采用ISO/IEC 1444A協議標準，可以讀取“校園一卡通”標準卡片的卡號信息，并將卡號信息通過SPI接口發送到主控的STM32芯片上進行進一步處理。

（4）以太網接口。以太網接口用于整個無線網絡與數據庫的通信中。以太網接口可以使用普通網線進行駁接，使用該接口前，需要啟動服務器并提供DHCP服務（如果不使用DHCP服務，則需要提前在配置中進行設置）。

（5）兩個按鍵用于用戶登錄與注銷。在將卡片放到讀卡模塊上以后，按下左邊的“登錄”按鍵讀取卡號并向服務器發起登錄請求，登錄成功以后將在液晶屏上顯示卡片對應的用戶姓名與卡號等信息。成功登錄以后，按下右邊的“注銷”按鍵將向服務器發起注銷請求，注銷成功將在服務器上消去已登錄的記錄。

嵌入式RFID讀卡器將預留接口用于出廠設置及布置、更改設置用。更改嵌入式RFID讀卡器的設置，需要一臺與讀卡器預留接口連接的PC，并在PC上運行相應軟件來進行。

2.RFID刷卡器顯示功能模塊

液晶屏在開機以后顯示的界面由背景圖片和正面信息欄組成。背景圖片包括標題“RFID設備管理系統”、校徽底紋及分欄的橫線。正面信息欄由以下部分組成：

（1）用戶信息。這里用戶信息為姓名、學號，通過讀取服務器返回的響應數據包讀取其中的姓名、學號，并顯示在用戶信息中。

（2）網絡連接狀態。網絡連接狀態包括無線網絡狀態和以太網連接狀態兩種。剛開機時為斷開狀態。終端節點搜索無線信號成功后會打開無線連接成功的圖標 （即無線連接狀態的紅色“X”標識消失）。路由節點除了無線網絡狀態以外還有以太網連接狀態圖標，成功連接服務器以后會打開以太網連接成功的圖標 （相應的紅色“X”標識消失）。

（3）通知信息。通知信息包括服務器返回的通知信息、開機歡迎詞、提醒信息等。通知信息顯示的位置在校徽圖標對應的文字欄。

（4）卡片狀態信息。卡片狀態指的是登錄成功、注銷成功等提醒信息。卡片信息顯示于通知信息下一欄。即圖3所示的最后一欄中。

三、RFID信息采集系統的配置

使用RFID系統之前，需要對該系統進行配置：

（1）在服務器上架設數據庫。這里包括用戶數據庫、設備數據庫的建設和對應。

（2）配置路由節點。包括配置路由節點的IP分配方式，服務器IP地址確定，路由節點的設備號分配，無線路由模塊分配等。

（3）配置終端節點。主要是進行設備號分配和無線終端模塊分配。

配置好RFID實驗室管理系統之后，就可以使用用戶數據庫登記過的RFID卡片進行用戶登錄、注銷等動作。由于需要控制的模塊比較多，需要判斷和運行的流程也比較多，實驗室管理系統的讀卡節點采用了一個實時操作系統。

此外，必須有與刷卡器配套的主服務器端軟件，該軟件的功能包括人員數據庫讀取比較、實驗室編號記錄、儀器設備使用記錄、使用時間統計、預訂信息確認、控制命令發送等等。這里的控制命令發送主要指向系統中的其他系統發布命令，包括同步時間命令和接通關閉命令。主服務器端軟件主要包括以下幾個數據庫：人員信息數據庫、實驗室信息數據庫、儀器設備數據庫、記錄信息數據庫、預訂記錄數據庫等。由于需要使用校園一卡通的數據，必須與校園一卡通的數據庫定期進行同步刷新。除此之外，通知和其他相關的定制內容也可以通過該服務器端軟件進行發布。

四、結束語

本系統整合了RFID、無線網絡、以太網以及數據庫的技術，通過一個實時操作系統完成各個子模塊子系統的功能實現，完成了自動統計、識別、記錄進出實驗室者以及使用大型儀器的人員的身份、時間以及使用實驗室和大型儀器的時間等信息。RFID刷卡系統能給管理者提供實驗室和大型儀器的使用效率等信息，同時也能使管理者對何時何地何人使用了何實驗室和儀器一目了然。該系統可以布置在不同學院所屬的不同實驗室中，通過服務器進行統一管理和監控實驗室與大型儀器的開放共享。

[1]院婕,劉朝暉,王蓓.高校開放實驗室信息管理系統的研究與實現[J].南華大學學報(自然科學版)，2008，22(1): 80-83．

[2]楊春，唐杰，強勇軍,等.實驗室網絡管理平臺的構建與應用[J].實驗科學與技術，2006(3):93-95.

[3]張琦,連劍波,張麟.基于Web的實驗室信息管理系統的設計[J].實驗科學與技術，2009(4):138-140．

[4]黃小斌.大型儀器設備管理使用的研究與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(9):171-172,177．

[5]楊安,歐陽奇.儀器設備平臺資源共享系統[J].實驗室研究與探索,2008,27(8):147-150．

[6]粘華.開放平臺實驗室RFID管理系統設計[J].實驗室科學,2009(1):129-131．

[7]郭海平,倪振文.無線射頻識別在高校儀器設備管理中的應用[J].實驗室研究與探索，2010,29(2):171-173．

[8]饒增仁，郭明超．RFID及識別技術在開放實驗室中的應用[J].蘭州大學學報(自然科學版)，2009,45(6):157-159．

[9]項曉慧,阮慧,李五一．高校大型儀器共享管理系統建設的探討與實踐[J].實驗技術與管理，2011,28(1):196-199．

[10]王紅林．基于RFID技術的門控管理系統設計與實現[D].南京:南京信息工程大學,2006．

（編輯：隗爽）

G647

A

1673-8454(2011)23-0053-03

浙江省2010年度高校實驗室工作研究重點項目（Z201005）。