基于RFID的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備追蹤系統(tǒng)

安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心　李梅香

基于RFID的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備追蹤系統(tǒng)

安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心李梅香

本文針對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理過(guò)程中存在設(shè)備查找、統(tǒng)計(jì)不便，設(shè)備所處狀態(tài)（如在用、停用或報(bào)廢）不明確，設(shè)備損壞責(zé)任無(wú)從追究等問(wèn)題，提出一種實(shí)驗(yàn)室設(shè)備監(jiān)控查詢(xún)系統(tǒng)，本系統(tǒng)將RFID技術(shù)與上位機(jī)軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)設(shè)備進(jìn)行出入庫(kù)登記、狀態(tài)查詢(xún)、跟蹤等功能，具有較好的使用價(jià)值。

RFID；定位；設(shè)備查找

1.前言

近年來(lái)，我國(guó)科技一直迅猛發(fā)展，國(guó)家大力扶持各高等院校、研究院、檢測(cè)機(jī)構(gòu)等科研單位，這些單位承擔(dān)著各種科研任務(wù)。隨著科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸完善和更新，實(shí)驗(yàn)室作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，它的設(shè)備管理問(wèn)題也逐漸顯露出來(lái)，主要體現(xiàn)在設(shè)備查找和管理不方便，設(shè)備所處狀態(tài)（在用、停用、報(bào)廢）不明確，設(shè)備安全的管理等問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題，本文研究一種用于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理和查詢(xún)的系統(tǒng)。

2.實(shí)驗(yàn)室設(shè)備追蹤系統(tǒng)

2.1技術(shù)背景

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱(chēng)RFID）技術(shù)，是一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。一套完整的RFID系統(tǒng)由閱讀器（Reader）、電子標(biāo)簽（Tag）及上位機(jī)軟件系統(tǒng)三個(gè)部份組成。

2.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)存在的設(shè)備的管理和查找不便、設(shè)備安全等問(wèn)題，研究一種用于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理和查詢(xún)的系統(tǒng)，本系統(tǒng)由有源標(biāo)簽、讀卡器、讀卡分站以及上位機(jī)（含數(shù)據(jù)庫(kù)）組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)框圖

有源標(biāo)簽粘貼在設(shè)備表面；讀卡器放置于每個(gè)房間用于讀取房間范圍內(nèi)有源標(biāo)簽信息；讀卡分站放置在各個(gè)讀卡器中心的位置，用于與多個(gè)讀卡器較遠(yuǎn)距離的通信，以及向上位機(jī)上傳數(shù)據(jù)；上位機(jī)放置在管理室，用于接收讀卡分站數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)標(biāo)簽信息、顯示標(biāo)簽位置、提供設(shè)備信息查詢(xún)功能、有效期提示功能以及設(shè)備丟失報(bào)警功能。

2.2.2芯片選型

本系統(tǒng)讀卡器及讀卡分站核心處理芯片采用三星公司生產(chǎn)的S3C2440，該芯片具有四通道DMA、以及兩路SPI串口，內(nèi)核供電電壓為1.2V，存儲(chǔ)器供電為1.8V/3.3V，外部I/O接口采用3.3V供電。片上集成外部存儲(chǔ)控制器用于控制SDRAM和片選邏輯、此外該芯片具有130個(gè)通用I/O口和24通道外部中斷源；SDRAM用于系統(tǒng)內(nèi)存，F(xiàn)LASH為整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)。讀卡器基于Linux操作系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)RF模塊驅(qū)動(dòng)程序及上層應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)RF底層通信功能和上層網(wǎng)口通信，實(shí)現(xiàn)讀卡器與標(biāo)簽及上位機(jī)的通信功能。

2.2.3讀卡器和讀卡分站設(shè)計(jì)

讀卡器放置在每個(gè)房間內(nèi)讀取該房間內(nèi)的標(biāo)簽信息，并將讀取到的標(biāo)簽信息傳輸至讀卡分站。本系統(tǒng)中讀卡器采用兩款射頻模塊分別與通信距離較短的標(biāo)簽和通信距離較長(zhǎng)的讀卡分站通信，同時(shí)獨(dú)立的射頻模塊能較好的實(shí)現(xiàn)功率控制。讀卡分站將接收的讀卡器射頻信號(hào)通過(guò)網(wǎng)口將信號(hào)傳輸至上位機(jī)，完成射頻信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)功能。讀卡器和讀卡分站如圖2、圖3所示。

圖2　讀卡器硬件結(jié)構(gòu)

讀卡器主要由電源模塊、單片機(jī)和兩個(gè)獨(dú)立的射頻模塊組成。其中，選用MSP430單片機(jī)作為處理器，選用NRF24L01射頻模塊與標(biāo)簽通信，選用性能較好的CYRF6936射頻模塊實(shí)現(xiàn)與讀卡分站遠(yuǎn)距離通信。讀卡分站由電源模塊、MSP430單片機(jī)、CYRF6936射頻模塊以及網(wǎng)口和GPIO接口組成。

2.2.4上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟件包括網(wǎng)口通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、界面顯示模塊等。如圖4所示。

圖4　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)口讀取讀卡分站上傳的標(biāo)簽信息，將接收到的信息通過(guò)界面顯示給管理者，管理者可通過(guò)界面進(jìn)行設(shè)備添加、設(shè)備查詢(xún)、設(shè)備存儲(chǔ)、報(bào)警功能等操作，設(shè)備的相關(guān)信息被錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中保存，此外上位機(jī)能夠顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（如在用、停用或報(bào)廢），當(dāng)設(shè)備使用年限即將到期時(shí)，軟件會(huì)提醒管理者對(duì)設(shè)備進(jìn)行計(jì)量等處理。

3.結(jié)論

本文針對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理過(guò)程中存在設(shè)備查找、統(tǒng)計(jì)不便等問(wèn)題，提出一種實(shí)驗(yàn)室設(shè)備監(jiān)控查詢(xún)系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、芯片選型、讀卡器及讀卡分站、以及上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容，該系統(tǒng)有效的解決了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理存在的基本問(wèn)題，具有一定的使用價(jià)值。