超高頻RFID技術在家校通領域中的應用

金磊

摘 要：提出了一種基于超高頻射頻識別（RFID）技術的家校通系統解決方案。與傳統方式相比，該系統更加準確、便捷、高效；通過采用閱讀器和RFID標簽等設備搭建的項目環境獲得的大量測試結果表明，基于超高頻RFID技術的這種家校通系統具有較好的可靠性和實用性。

關鍵詞：家校通；超高頻；射頻識別

0 引 言

家校互通是促進孩子健康成長的重要因素之一，以往學校和家長之間的溝通主要靠家長會、重點家訪和個別電話聯系來解決的，但由于老師教學任務重，學生多，家長工作繁忙，而且受時間、交通、通訊手段的限制，老師幾乎不可能做到和每個家長保持經常密切的溝通。這也一直是多年來困擾中國教育界的一個問題[1-5]。

家校通系統的出現有效地解決了這些問題，該系統變革了傳統的家校溝通方式，改進了學校的管理模式，促進了學校的發展。該系統還可為學校教學水平和教學質量考核提供了準確依據，還有利于提高教師工作效率和教學水平，此系統擁有巨大的經濟效益和社會效益[6-10]。

射頻識別技術（RFID）是自動識別技術的一種，其主要原理是將無線射頻信號傳送給被識別物體，從而做到不直接接觸物體就能識別物體和與物體交換數據的目的。利用RFID技術，多個物體能同時被識別，并且能識別靜止的對象和運動的對象。在這個識別和數據交換的過程中，不需要人工干預，完全是自動進行的。不僅如此，RFID系統還能使用于惡劣的環境中。

基于超高頻RFID技術的家校通系統是一個實現家庭與學校快捷、實時溝通的教育網絡平臺。家校通系統通過RFID技術，對學生進出校進行實時記錄，并通過短信平臺實時反饋到家長的手機上，為人性化管理提供便捷的途徑和廣闊的空間，其典型應用包括：家長獲知子女到離校時間、學校發布各類信息、開展家長調查、有針對性和個性化地通報學生的學習生活情況、家長及時了解學校的動態及子女的在校情況等。

本文針對布設于某小學校門口的家校通系統應用背景，提出一種基于超高頻射頻識別（RFID）技術的家校通系統解決方案。通過在學校大門及后門安裝的固定式讀寫器，實時讀取學生的電子標簽信息，并通過3G路由器上傳到服務器，由控制中心對數據信息進行統一處理，最終將該學生安全到校及離校等信息發送給各位家長。

1 射頻標簽選型

射頻標簽需封裝到學生的胸牌中，并要求達到大校門時能夠進行遠距離信息讀取，因此，標簽的大小須有一定的限制。從標簽射頻性能、使用壽命、耐磨損程度、尺寸大小、價格適中等因素綜合考慮，本文方案選擇如圖1所示的Impinj E42標簽。

該標簽的主要技術參數為：

尺寸規格：19.22 mm×68 mm；

封裝芯片：M4D、M4E、M4QT；

穩定讀距：6 m；

應用場景：人員管理、資產管理、物流行業。

圖1 Impinj E42標簽

該RFID標簽進行初始化操作后，需將其塑封到學校的胸牌中，有掛牌方式（豎和橫兩種方式均可）和胸牌方式兩種。掛牌和胸牌方式的標簽式樣分別如圖2和圖3所示。

圖2 掛牌方式的標簽式樣

圖3 胸牌方式的標簽式樣

2 讀寫器選型

2.1 HIK-FR528固定式閱讀器

圖4所示為針對該類應用研發的一款成熟的4端口遠距離超高頻RFID固定式閱讀器HIK-FR528實物照片，采用Impinj R2000方案進行設計，具有良好的多標簽處理能力以及抗干擾性能。因采用相干接收機架構并引入載波消除功能，RSSI更加穩定可靠，讀取性能更好。可廣泛應用于出入門禁人員管理、倉儲物流、產品防偽溯源、資產盤點、智能交通、圖書檔案管理等領域。

該閱讀器具有以下特點：

符合EPC C1 Gen2/ISO 18000-6C；

PowerPC架構CPU MPC8308，128M RAM；

具有載波消除功能，抗干擾能力更強；

支持EPC密集型讀取模式（DRM）；

高動態靈敏度，讀取距離更遠；

支持4路天線接口；

支持640 Kb/s標簽數據讀取速率；

配置以及參數設定靈活，提供最大化標簽閱讀量和最佳工作性能；

應用場景：園區門禁、物品盤點、智能倉儲、超市防盜、智能交通及車庫。

圖4 超高頻RFID固定式閱讀器HIK-FR528

2.2 HIK-IR301一體式閱讀器

圖5所示為一體式遠距離UHF RFID閱讀器HIK-IR301及其安裝示意圖，該產品支持DRM工作模式，具有良好的防沖突和抗干擾性能、識別率高、功能強、可靠性高、可擴展性好等特點。廣泛應用于服裝盤存、智能倉儲、智能交通等領域，能夠實現現代化的物流管理、海關智能通關、園區門禁、停車場不停車收費應用等集成系統。

圖5 HIK-IR301一體式閱讀器及安裝示意圖

該閱讀器具有以下特點：

兼容EPC C1 Gen2/ISO 18000-6C；

PowerPC架構CPU MPC8308，128M RAM；

具有載波消除功能，抗干擾能力更強；

支持EPC密集型讀取模式（DRM）；

遠距離讀取，RF輸出功率達到32.5 dBm；

支持640 Kb/s標簽數據讀取速率；

配置以及參數設定靈活，提供最大化標簽閱讀量和最佳工作性能；

應用場景：園區門禁、物品盤點、智能倉儲、超市防盜智能交通及車庫。

圖6 大門安裝示意圖

圖7 大門讀取范圍示意圖

3 實施方案

本方案分別在學校大門和后門分別安裝一套超高頻RFID系統。

3.1 大門安裝

大門安裝示意圖如圖6所示。在校門口傳達室的墻上（擋雨板上方）安裝一臺HIK-FR528固定式閱讀器，連接4個天線：3個12 dB線極化天線及1個9 dB圓極化天線，2個12 dB線極化天線分別安裝在傳達室立面上，傳達室立面上固定L型抱桿，12 dB線極化天線安裝在抱桿上，一個略朝里，管理出校學生，一個略朝外，管理進校學生。在立柱朝大門口方向安裝1個12 dB增益天線，協助另2個12 dB天線管理大門進出的學生。在傳達室前的小通道上方安裝1個9 dB增益天線，管理進出學生。該方案可確保學生在通過傳達室前小通道及大門靠近傳達室一側5 m范圍內學生進出時的讀取效果。要求學校在上學及放學時，不能將電動門全部打開。大門讀取范圍示意圖如圖7所示。

3.2 后門安裝

在后門的小通道上方安裝一個HIK-IR301一體式閱讀器，方面朝下，因為學生進出后門都從右側小通道進出，所以這里只需要配置一臺9 dB天線的HIK-IR301一體式閱讀器即可。圖8所示是其后門安裝示意圖。

圖8 后門安裝示意圖

3.3 所需安裝設備

大門和后門所需的安裝設備及其數量如表1所列，可見，本文方案設計十分緊湊。

表1 安裝設備列表

位置 設備名稱及規格 數量

大門 固定式閱讀器HIK-FR528 1

天線12 dB 3

天線9 dB 1

連接線纜 4

3G路由器 1

防水箱 1

后門 一體式閱讀器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 結 語

本文提出一個基于超高頻RFID技術的家校通系統。當學生進出校園并經過裝有RFID讀卡器的通道時，系統能記錄學生的信息并及時反饋給管理人員和家長的移動終端。此外，可將這些信息傳輸到服務器中，學校管理人員和家長能通過網絡查詢到學生相關信息。當學生出現遲到、曠課等行為時，系統能實時把該學生的情況反饋學校管理人員和家長，以便及時處理。運行測試證明，該系統正確識別率高、誤判率低、漏讀率低、可靠性好，是一種可大規模推廣應用的家校通解決方案。

參 考 文 獻

[1] 張繼果，徐瑞，王德政.基于RFID技術的家校通無線考勤系統研究[J].物聯網技術，2011，1（10）：38-40.

[2] 陳金花. 基于中間技術的RFID家校通系統的研究與開發[D].武漢：武漢郵電科學研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平臺系統的研究與設計[D]. 上海：復旦大學，2008.

[4] 王志堅. RFID技術在智慧校園項目中的應用[J]. 科技創新與應用，2012（22）：37.

[5] 劉雯，移動通信系統的研究與設計——基于RFID遠程身份識別的“家校通”短信系統[D].貴陽：貴州大學，2007.

[6] 孫群英.密集環境中有源RFID防沖撞算法的研究及應用[D]. 杭州：浙江大學，2011.

[7] 劉思君. 浙江電信“家校通”綜合應用系統的設計與實現[D]. 大連：大連理工大學，2008.

[8] 何世勇. 基于RFID的學生管理系統的研究與設計[J].電腦知識與技術，2013，9（8）：1795-1798.

[9] 曹躍紅，李昂，唐璐.智能校園一卡通跨層安全方案的研究與設計[J]. 北京石油化工學院學報，2012，20（2）：29-31.

[10] 孫宏偉. 嵌入式RFID校園考勤系統的應用與研究[J]. 微型電腦應用，2012，28（9）：35-38.

3 實施方案

本方案分別在學校大門和后門分別安裝一套超高頻RFID系統。

3.1 大門安裝

大門安裝示意圖如圖6所示。在校門口傳達室的墻上（擋雨板上方）安裝一臺HIK-FR528固定式閱讀器，連接4個天線：3個12 dB線極化天線及1個9 dB圓極化天線，2個12 dB線極化天線分別安裝在傳達室立面上，傳達室立面上固定L型抱桿，12 dB線極化天線安裝在抱桿上，一個略朝里，管理出校學生，一個略朝外，管理進校學生。在立柱朝大門口方向安裝1個12 dB增益天線，協助另2個12 dB天線管理大門進出的學生。在傳達室前的小通道上方安裝1個9 dB增益天線，管理進出學生。該方案可確保學生在通過傳達室前小通道及大門靠近傳達室一側5 m范圍內學生進出時的讀取效果。要求學校在上學及放學時，不能將電動門全部打開。大門讀取范圍示意圖如圖7所示。

3.2 后門安裝

在后門的小通道上方安裝一個HIK-IR301一體式閱讀器，方面朝下，因為學生進出后門都從右側小通道進出，所以這里只需要配置一臺9 dB天線的HIK-IR301一體式閱讀器即可。圖8所示是其后門安裝示意圖。

圖8 后門安裝示意圖

3.3 所需安裝設備

大門和后門所需的安裝設備及其數量如表1所列，可見，本文方案設計十分緊湊。

表1 安裝設備列表

位置 設備名稱及規格 數量

大門 固定式閱讀器HIK-FR528 1

天線12 dB 3

天線9 dB 1

連接線纜 4

3G路由器 1

防水箱 1

后門 一體式閱讀器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 結 語

本文提出一個基于超高頻RFID技術的家校通系統。當學生進出校園并經過裝有RFID讀卡器的通道時，系統能記錄學生的信息并及時反饋給管理人員和家長的移動終端。此外，可將這些信息傳輸到服務器中，學校管理人員和家長能通過網絡查詢到學生相關信息。當學生出現遲到、曠課等行為時，系統能實時把該學生的情況反饋學校管理人員和家長，以便及時處理。運行測試證明，該系統正確識別率高、誤判率低、漏讀率低、可靠性好，是一種可大規模推廣應用的家校通解決方案。

參 考 文 獻

[1] 張繼果，徐瑞，王德政.基于RFID技術的家校通無線考勤系統研究[J].物聯網技術，2011，1（10）：38-40.

[2] 陳金花. 基于中間技術的RFID家校通系統的研究與開發[D].武漢：武漢郵電科學研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平臺系統的研究與設計[D]. 上海：復旦大學，2008.

[4] 王志堅. RFID技術在智慧校園項目中的應用[J]. 科技創新與應用，2012（22）：37.

[5] 劉雯，移動通信系統的研究與設計——基于RFID遠程身份識別的“家校通”短信系統[D].貴陽：貴州大學，2007.

[6] 孫群英.密集環境中有源RFID防沖撞算法的研究及應用[D]. 杭州：浙江大學，2011.

[7] 劉思君. 浙江電信“家校通”綜合應用系統的設計與實現[D]. 大連：大連理工大學，2008.

[8] 何世勇. 基于RFID的學生管理系統的研究與設計[J].電腦知識與技術，2013，9（8）：1795-1798.

[9] 曹躍紅，李昂，唐璐.智能校園一卡通跨層安全方案的研究與設計[J]. 北京石油化工學院學報，2012，20（2）：29-31.

[10] 孫宏偉. 嵌入式RFID校園考勤系統的應用與研究[J]. 微型電腦應用，2012，28（9）：35-38.

3 實施方案

本方案分別在學校大門和后門分別安裝一套超高頻RFID系統。

3.1 大門安裝

大門安裝示意圖如圖6所示。在校門口傳達室的墻上（擋雨板上方）安裝一臺HIK-FR528固定式閱讀器，連接4個天線：3個12 dB線極化天線及1個9 dB圓極化天線，2個12 dB線極化天線分別安裝在傳達室立面上，傳達室立面上固定L型抱桿，12 dB線極化天線安裝在抱桿上，一個略朝里，管理出校學生，一個略朝外，管理進校學生。在立柱朝大門口方向安裝1個12 dB增益天線，協助另2個12 dB天線管理大門進出的學生。在傳達室前的小通道上方安裝1個9 dB增益天線，管理進出學生。該方案可確保學生在通過傳達室前小通道及大門靠近傳達室一側5 m范圍內學生進出時的讀取效果。要求學校在上學及放學時，不能將電動門全部打開。大門讀取范圍示意圖如圖7所示。

3.2 后門安裝

在后門的小通道上方安裝一個HIK-IR301一體式閱讀器，方面朝下，因為學生進出后門都從右側小通道進出，所以這里只需要配置一臺9 dB天線的HIK-IR301一體式閱讀器即可。圖8所示是其后門安裝示意圖。

圖8 后門安裝示意圖

3.3 所需安裝設備

大門和后門所需的安裝設備及其數量如表1所列，可見，本文方案設計十分緊湊。

表1 安裝設備列表

位置 設備名稱及規格 數量

大門 固定式閱讀器HIK-FR528 1

天線12 dB 3

天線9 dB 1

連接線纜 4

3G路由器 1

防水箱 1

后門 一體式閱讀器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 結 語

本文提出一個基于超高頻RFID技術的家校通系統。當學生進出校園并經過裝有RFID讀卡器的通道時，系統能記錄學生的信息并及時反饋給管理人員和家長的移動終端。此外，可將這些信息傳輸到服務器中，學校管理人員和家長能通過網絡查詢到學生相關信息。當學生出現遲到、曠課等行為時，系統能實時把該學生的情況反饋學校管理人員和家長，以便及時處理。運行測試證明，該系統正確識別率高、誤判率低、漏讀率低、可靠性好，是一種可大規模推廣應用的家校通解決方案。

參 考 文 獻

[1] 張繼果，徐瑞，王德政.基于RFID技術的家校通無線考勤系統研究[J].物聯網技術，2011，1（10）：38-40.

[2] 陳金花. 基于中間技術的RFID家校通系統的研究與開發[D].武漢：武漢郵電科學研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平臺系統的研究與設計[D]. 上海：復旦大學，2008.

[4] 王志堅. RFID技術在智慧校園項目中的應用[J]. 科技創新與應用，2012（22）：37.

[5] 劉雯，移動通信系統的研究與設計——基于RFID遠程身份識別的“家校通”短信系統[D].貴陽：貴州大學，2007.

[6] 孫群英.密集環境中有源RFID防沖撞算法的研究及應用[D]. 杭州：浙江大學，2011.

[7] 劉思君. 浙江電信“家校通”綜合應用系統的設計與實現[D]. 大連：大連理工大學，2008.

[8] 何世勇. 基于RFID的學生管理系統的研究與設計[J].電腦知識與技術，2013，9（8）：1795-1798.

[9] 曹躍紅，李昂，唐璐.智能校園一卡通跨層安全方案的研究與設計[J]. 北京石油化工學院學報，2012，20（2）：29-31.

[10] 孫宏偉. 嵌入式RFID校園考勤系統的應用與研究[J]. 微型電腦應用，2012，28（9）：35-38.