基于2.4G RFID技術(shù)的家校通系統(tǒng)

嚴順枝

(衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北衡水,053000)

基于2.4G RFID技術(shù)的家校通系統(tǒng)

嚴順枝

(衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北衡水,053000)

介紹了一種基于2.4G RFID技術(shù)的家校通系統(tǒng)，當(dāng)學(xué)生經(jīng)過校門時，閱讀器采集到學(xué)生卡信息，上傳至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心經(jīng)過分析、處理后發(fā)送至后臺系統(tǒng)服務(wù)器，后臺服務(wù)器連接短信平臺將相關(guān)信息發(fā)送短信至家長手機。經(jīng)過測試表明基于2.4G RFID技術(shù)的家校通考勤系統(tǒng)，具有較高的可靠性和實用性。

2.4G；射頻識別；低頻觸發(fā)；無線考勤；家校通

射頻識別技術(shù)RFID(RadioFrequencyIdentification)，又稱為射頻電子標(biāo)簽技術(shù)，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)。隨著RFID 技術(shù)的迅速發(fā)展，同時由于其具有標(biāo)簽體積小、壽命長、移動識別、可工作于各種惡劣環(huán)境等優(yōu)點，RFID 技術(shù)廣泛應(yīng)用于公共安全、教育管理、物流管理、交通管理等多個領(lǐng)域。本文介紹了一種帶激勵器的2.4G RFID技術(shù)的家校通系統(tǒng)，可準(zhǔn)確地判斷學(xué)生的進出校門情況，并通過短信告知家長，能夠自動完成家校互通。

1 家校通系統(tǒng)基本原理

該系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、激勵器、閱讀器和數(shù)據(jù)中心器組成。如圖1所示，當(dāng)學(xué)生佩戴電子標(biāo)簽由校外進入校外激勵器的觸發(fā)范圍時，激勵器發(fā)出125KHz的激勵信號，電子標(biāo)簽的線圈耦合激勵器的磁場，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流以獲取能量，并解調(diào)激勵器磁場信號，獲取激勵器ID號等信息；再 激 活2.4GHz頻率的模塊， 2.4GHz模塊激活后將轉(zhuǎn)入主動狀態(tài)，接收激勵器的ID號等信息后，合并2.4GHz電子標(biāo)簽的ID號等信息，然后打包發(fā)送給閱讀器。閱讀器再把信息通過同軸電纜線送到中心控制器；學(xué)生通過大門進入校內(nèi)激勵器的觸發(fā)范圍，電子標(biāo)簽被二次觸發(fā)，獲得能量和ID號信息，發(fā)出2.4 GHz頻率信號，被閱讀器接收后，送到數(shù)據(jù)中心，中心控制器根據(jù)兩次閱讀器送來數(shù)據(jù)先后順序，可判斷學(xué)生是到校還是離校，并以短信的形式通知家長。

2 系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)原理

2.1 激勵器電路

2.1.1 激勵器結(jié)構(gòu)原理

激勵器又叫地標(biāo)器，它的作用是激發(fā)電子標(biāo)簽。當(dāng)學(xué)生佩戴電子標(biāo)簽進入激勵器的觸發(fā)范圍時，電子標(biāo)簽接收到激勵器發(fā)出125KHz的激勵信號，從而獲取能量，并獲取激勵器ID號等信息，使2.4GHz模塊激活后將轉(zhuǎn)入主動狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.2 帶激勵器射頻系統(tǒng)的優(yōu)點

第一是改變了2.4 GHz電子標(biāo)簽讀取范圍不確定的問題，可將讀取范圍可以精確在2-4米之間，這樣，激勵器的觸發(fā)范圍可以很容易的對當(dāng)時的電子標(biāo)簽進行定位。

第二是大大提高了2.4 GHz電子標(biāo)簽的使用壽命,現(xiàn)有的2.4 GHz電子標(biāo)簽都是主動發(fā)送數(shù)據(jù)的，每隔一定的時間就發(fā)送一次，即使不需要也發(fā)送因而耗電量較大。而新設(shè)計的電子標(biāo)簽平時處于休眠狀態(tài)，只有電子標(biāo)簽進入激勵器的觸發(fā)區(qū)域時，才由低頻部分激活2.4 GHz電子標(biāo)簽，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，一旦標(biāo)簽離開激勵器區(qū)域，電子標(biāo)簽將進入休眠狀態(tài)，因此，耗電量極低。故可大約延長電子標(biāo)簽一倍以上的使用壽命。

第三是提高了READER的數(shù)據(jù)處理能力。不帶激勵器射頻系統(tǒng)READER需要處理幾十米內(nèi)的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，而不管數(shù)據(jù)是否需要，故而數(shù)據(jù)有效率較低，而新型技術(shù)使READER只需要處理處于激勵器范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽，接收到都是有效的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，因而有效率較高。也使得READER可以同時處理的標(biāo)簽數(shù)量也就增加了。

2.2 讀卡器的電路

讀卡器主要由微處理器、2.4G模塊和讀卡模塊構(gòu)成。

2.2.1 微處理器的硬件電路

STC89C52 是 STC 公司研發(fā)的一種基于51內(nèi)核微控制器，其特點是速度快、功耗低、抗干擾能力強，單指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，免去了使用專用編程器，可通過串口（RXD/ P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序，速度非常快僅需要幾秒鐘，這些特點非常有利于產(chǎn)品的開發(fā)，同時縮小了產(chǎn)品的體積，大幅度縮減了產(chǎn)品的成本，非常有利產(chǎn)品迅速占有市場。

2.2.2 2.4G數(shù)據(jù)傳送

2.4 G射頻技術(shù)是一種低功耗、低成本、低復(fù)雜度、高速率的近距離無線通信技術(shù)。在設(shè)計中選用的是 NORDIC 公司研發(fā)的nRF24L01+ 芯片。該款芯片屬于2.4 GHz 無線射頻頻段收發(fā)芯片，但是工作頻率在 2.4 --2.4835 GHz 之間可調(diào)，可以同時接收6路不同通道數(shù)據(jù)。通訊速度最高可調(diào)至 2 Mbps，芯片內(nèi)部固化有 CRC 與地址校驗校驗協(xié)議，并支持自動應(yīng)答功能，在確認收到數(shù)據(jù)，可以自動回應(yīng)應(yīng)答方，從而提高了通信的安全可靠性，在ShockBurstTMC模式下低速單片機也可以與其通信，這些功能都可以用 MCU經(jīng)芯片提供的 SPI 接口配置相應(yīng)的寄存器得以實現(xiàn)。

2.2.3 讀卡模塊電路

讀卡芯片使用恩智浦公司研發(fā)的 RC522，這款芯片目前在相應(yīng)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。其特點是支持 ISO/IEC 14442 TypeA

圖1 系統(tǒng)基本原理圖

圖2 激勵器結(jié)構(gòu)原理圖

接口和 MIFARE 協(xié)議，調(diào)制電路高度集成，天線的驅(qū)動只需要少量的外圍器件，特有的掉電機制可以關(guān)閉天線，即關(guān)閉射頻場，從而降低功耗。

3 家校通系統(tǒng)的測試

本系統(tǒng)可由數(shù)據(jù)中心、閱讀器、RFID卡、校門內(nèi)外側(cè)觸發(fā)器、后臺管理系統(tǒng)和短信平臺組成。學(xué)校內(nèi)外分別安有一個閱讀器，每位學(xué)生配戴一張電子標(biāo)簽，當(dāng)學(xué)生經(jīng)過校門時主動識別出學(xué)生進出校門的狀態(tài)，并完成考勤記錄，然后通過平安短信方式通知學(xué)生家長和老師。平臺軟件系統(tǒng)由WindwsXP、SQLSerer2005、家校通數(shù)據(jù)采集軟件和家校通管理系統(tǒng)軟件組成。

[1] Klaus Finkenzeller.射頻識別（RFID）技術(shù)—無線電感應(yīng)的應(yīng)答器和非接觸 IC卡的原理與應(yīng)用[M].2版.北京:電子工業(yè)出版社,2001.

[2] 彭 赟1,鄧志良.基于2.4 G射頻技術(shù)的遠距離考勤讀卡器的設(shè)計[J]. 電子設(shè)計工程,2014,2:165-166.

[3] 周曉光,王曉華.射頻識別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用實例[M].北京 :人民郵電出版社,2006.

[4] 張繼果，徐瑞，王德政.基于RFID技術(shù)的家校通無線考勤系統(tǒng)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2011,12:38-40.

According to 2.4 G RFID technical system in school in the house

Yan Shunzhi
(Heng water occupation technical collegeHeng water in Hebei,053000)

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2.4G;The radio frequency identifies;The low frequency triggers;The wireless tests frequently;In school in the house

嚴順枝(1967-),男,河北武強人,衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系副教授，研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)。