基于RFID技術的智能檔案管理研究

葉偉洲　吳汝趁　蔡志崗

摘 要： 需要人工掃描標簽的操作一直制約著無線射頻識別（RFID）技術在檔案管理中的應用。在RFID射頻系統(tǒng)中加入工作頻率為902～928 MHz的智能天線分支器，通過主分支器和子分支器的四級級聯(lián)，系統(tǒng)最多支持256路天線切換。再通過Visual Studio上位機編程控制讀寫器的連接和讀取，以及天線分支器查詢級聯(lián)和切換天線，就可以將檔案標簽和天線位置準確匹配，實現(xiàn)了檔案的快速盤點、定位查找和錯位提醒。該方法避免布置多個讀寫器，也不需要人工掃描標簽，使得檔案管理更加智能快捷。

關鍵詞： RFID； 智能天線分支器； 讀寫器； 定位查找； 檔案管理

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）06?0109?05

Abstract： Manual tags?scan has restricted the wider application of radio frequency identification （RFID） technology in archives management. The intelligent antenna splitter working in 902～928 MHz is added to the RFID system. With four stage cascades of the main splitter and sub splitter， 256 antennas can be switched in the system at most. The connection and reading of the reader， and the splitter query cascade and antenna switching of the antenna splitter are controlled through Visual Studio upper computer， with which the accurate matching of the archive tags and the antenna position can be done. The fast check， locating search and malposition reminding of archive management were realized. This method avoids scanning the tag with multiple readers manually， and makes the archive management more intelligent and convenient.

Keywords： RFID； intelligent antenna splitter； reader； locating search； archives management

0 引 言

檔案工作是一項發(fā)展型的工作，隨著企事業(yè)總體工作的不斷深化，各種項目的申報、開展實施等，檔案資料也越來越多，將對檔案管理工作提出更高的要求。所以，檔案的信息化建設愈發(fā)顯得重要[1]。

如果檔案管理沒有借助其他自動識別工具，檔案盤點工作的勞動利用率不是很高，檔案的安全管理工作只好借助視頻監(jiān)控來完成[2]；對檔案進行檢索時，檢索的信息還是上一次進行盤點之后的信息，信息存在滯后性[3]；如果有人為原因造成的檔案放置在不同的位置，作為檔案管理人員，他們需要知道錯位檔案的信息，而現(xiàn)在的管理方式多數(shù)還不能實現(xiàn)。

本文設計和提出了檔案館采用RFID技術和Visual Studio軟件相結合的管理系統(tǒng)?？傮w規(guī)劃是：把RFID標簽附著于檔案盒上，通過天線分支器在各個檔案柜里布置天線，各天線實時接收標簽數(shù)據(jù)，可快速準確地獲得檔案信息與放置位置信息。并且可以知道有哪些檔案是錯位放置的，及時提醒管理員做相應的移架操作。應用加入天線分支器的RFID系統(tǒng)，使得原本靠人工的繁瑣的盤點工作變得便捷。只要使所有天線依次輪詢，便可以得到檔案館內的所有檔案信息。基于Visual Studio的軟件管理，讓管理員只要在電腦上便可以實時地掌握檔案館的情況，管理更加人性化，一定程度上可提高檔案的利用效率和準確性。

1 系統(tǒng)總體設計

市場上對于檔案管理或者圖書管理一般的解決方案是設計一個移動讀寫器（或手持機）進行檔案上架、盤點等操作[4]，而如果要實現(xiàn)檔案館的盤點功能就要挨個掃面每個密集架內的每個小格子，方法簡單，效率低下，而且不能及時地實現(xiàn)檔案的錯位管理[5]。在考慮現(xiàn)有的解決方案的不足之處，結合市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品，提出了RFID讀寫器加天線分支的解決方案。其總體架構圖如圖1所示。

天線分支器的工作頻率為902～928 MHz（可以根據(jù)實際要求調整，而且檔案館是封閉空間）[6]。智能子分支器無需額外的供電電源線路連接，直接復用射頻傳輸線的同軸電纜線由智能主分支器實現(xiàn)取電、通信。上電自動查詢子分支器和天線的接入狀態(tài)，并且支持動態(tài)更新當前連接情況。智能主分支器有8個射頻信號輸出接口，每個接口支持4級智能子分支器級聯(lián)，當然也可作為天線接口接入天線。每個子分支器最多可接入8個天線，故一個智能主分支器輸出接口可以連接多達32個天線。最多支持256路天線切換，且天線切換速度小于100 ms。射頻信號輸入端到天線端的射頻傳輸線上的距離可達10 m以上。超低功耗設計，智能主分支器9 V電源供電，同時支持RS 232和TCP IP網(wǎng)絡等用戶接口[7]。

一個讀寫器天線出口通過智能天線分支器可以接多達256路天線，可以有效減少射頻盲區(qū)，防止漏讀[8]。所以RFID讀寫器加智能天線分支器在檔案管理、倉儲管理、設備實時監(jiān)控、天線管理等管理系統(tǒng)中應用價值非常大，可以節(jié)約大量讀寫器，一定程度降低工程實施造價[9]。

本系統(tǒng)的解決方案為RFID讀寫器加天線主分支器。RFID讀寫器和智能天線分支器都由電腦控制，編寫上位機程序通過串口通信實現(xiàn)對兩者的同時控制，同時要實現(xiàn)輪詢和指定某一個天線工作兩種模式[10]。智能天線主分支最多可以連接256個天線，所以一個RFID讀寫器連接一個智能主分支器便可以實現(xiàn)多個位置的定位讀取。不用通過布置更多的讀寫器來實現(xiàn)，這樣便大量地減少了方案實施的成本[11]。同時這種方案的優(yōu)點在于：只要使讀寫器工作便可以實時檢測檔案館的管理情況，不用再走到檔案館用一個手持機（或移動讀寫器）挨個位置進行檔案的掃描管理，管理效率大大提高。

2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的核心技術在于利用天線分支器連接多個天線，通過主分支器和子分支器的級聯(lián)系統(tǒng)最多可接入256路天線，再通過軟件控制選取特定的某幾路或者全部天線讀取標簽的數(shù)據(jù)實現(xiàn)輪詢功能。在檔案館中對所有金屬柜編號，將每路天線分別安裝在不同編號的金屬柜中，柜中每本檔案都貼上標簽，由于金屬對射頻信號的隔離，所以每路天線只能讀到所在柜子內的標簽，通過標簽數(shù)據(jù)與柜子編號的匹配就能實現(xiàn)檔案的定位和錯誤放置檢查，而全部天線輪詢則實現(xiàn)所有檔案的盤點和查漏。

系統(tǒng)兩大核心部件是讀寫器和天線分支器，天線分支器控制多個天線的連接，通過軟件發(fā)送獲取天線分布命令，才能將天線在檔案館內的連接數(shù)量和位置顯示在主機上，讓管理者對天線的分布有個直觀了解。而控制讀寫器可將主機的讀寫命令傳送到天線，再把電子標簽的數(shù)據(jù)傳送到主機，這樣管理者才能在主機上完成檔案信息的分析與處理。二者都通過USB串口與電腦進行通信，在軟件的操作下便可實現(xiàn)對天線的分步控制。只要全部天線顯示連接成功，管理者就可控制所有天線輪詢，在主機上就能定位和盤點所有檔案，并不需要拿著掃描器逐本掃描清點，因此連接多天線對館內實行區(qū)域劃分讀取數(shù)據(jù)也是本系統(tǒng)最大的亮點。

2.1 對讀寫器的控制的實現(xiàn)

在讀寫器的控制下，天線讀取標簽的數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)隨時開始和停止，管理者就可以根據(jù)自己的意愿選擇盤點的時間點。因此讀寫器的控制命令設有開始工作、停止工作和繼續(xù)工作三個模式。繼續(xù)工作和開始工作的命令代碼是相同的，只是繼續(xù)工作是在原來讀取的標簽數(shù)據(jù)的基礎上把讀到的數(shù)據(jù)繼續(xù)放到顯示區(qū)，而開始工作是把讀取到的數(shù)據(jù)清空重新開始讀取數(shù)據(jù)。

步驟1 在電腦上獲得和讀寫器相連的串口。開發(fā)環(huán)境選擇Visual Studio 2008，開發(fā)語言選擇為VB。Visual Studio是微軟公司的開發(fā)工具包系列產(chǎn)品。VB是一種由微軟開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅動編程語言。它源自于Basic編程語言，用于圖形用戶界面（GUI）和快速應用程序開發(fā)（RAP）系統(tǒng)。本系統(tǒng)的控制面板如圖2所示。

步驟2 與讀寫器進行通信，并獲得標簽數(shù)據(jù)。獲得標簽數(shù)據(jù)時要比較獲得的標簽數(shù)據(jù)是否已經(jīng)接收過，如果是則把它丟掉繼續(xù)接收下一個標簽的數(shù)據(jù)；如果沒有接收過則把標簽數(shù)據(jù)寫入數(shù)組顯示出來。

對讀寫器的操作步驟有開始工作和停止工作兩個命令，開始工作的指令為：BB 00 36 00 05 02 00 00 00 00 7E 22 0D。停止動作的指令為：BB 00 37 00 00 7E F3 91。獲得和讀寫器相連的串口并初始化串口的VB程序代碼為：

For i As Integer=0 To My.Computer.Ports.SerialPortNames.Count-1

ComboBox2.Items.Add（My.Computer.Ports.SerialPortNames（i））

Next

′串口初始化

SerialPort2.BaudRate = 115 200

SerialPort2.PortName = ComboBox2.Text

SerialPort2.DataBits = 8

SerialPort2.StopBits = IO.Ports.StopBits.One

SerialPort2.Parity = IO.Ports.Parity.None

SerialPort2.ReceivedBytesThreshold = 22

SerialPort2.Open（）

If （SerialPort2.IsOpen） Then

Label8.Text = "已連接"

Label8.ForeColor = Color.Green

End If

2.2 對天線分支器控制的實現(xiàn)

對天線分支器的控制要同時實現(xiàn)對一個或多個天線控制[12]。第一步要獲得天線的級聯(lián)連接情況，這樣便知道是有哪幾個天線已經(jīng)連接在天線分支器上。對天線分支器進行的操作有可以查詢級聯(lián)、查詢天線、切換天線等命令。查詢級聯(lián)用于獲得主分支器八個端口的子分支器級聯(lián)情況，查詢命令為：EB 02 7D 19 98。上位機發(fā)送查詢天線命令用于獲得主分支器可級聯(lián)的32個子分支器上的所有天線端口（共256個）連接天線的情況，查詢命令為：EB 02 7D 0C 8B。切換天線命令用于打開指定天線通路，命令為EB 02 7C Parity2 0A Select_Ant（1 B），長度為6 B。其中Parity2等于其后面所有字節(jié)的異或值再加上0x81。用戶需根據(jù)當前從主分支器上獲得的天線連接情況打開已經(jīng)接入的天線，打開未掃描到的天線或者不存在的天線將返回打開失敗響應。

對天線分支器的控制與對讀寫器的控制有點類似，首先要編程獲得和電腦相連接的天線分支器的串口號，并對它進行相應的控制?？刂撇襟E為：獲得天線分支器使用的串口；獲得天線主分支器上面的天線連接情況，并顯示出來；對天線進行控制；由讀寫器獲得數(shù)據(jù)。

獲得天線的連接情況，把查詢天線命令發(fā)送給天線主分支器之后，主分支器會返回一條類似這樣的指令回來：EB 02 5D Parity2 8B Ant_Info（32 B），一共37 B。前5 B是返回數(shù)據(jù)的標識，其中Parity2等于其后面所有字節(jié)的異或值再加上0x81。后面的32 B反饋獲得天線的連接情況。字節(jié)1～32分別代表主分支器接口P7～P0，每4 B分別代表一個接口的4級級聯(lián)。

例如：P.0口接2個子分支器，其中第1級級聯(lián)的子分支器的P.0口接天線，第2級級聯(lián)的子分支器的P.3口接天線，則響應為：

EB 22 5D 03 8B [00…00] 08 01

其實第31，32個字節(jié)就是0000 0100 0000 0001，若為1，則說明此位置上面有天線連接，響應的天線背景顯示為粉紅色，否則沒有。因此這樣便可以根據(jù)返回來的數(shù)據(jù)的位數(shù)是否為1以及天線背景是否為粉紅色來確定哪個響應的位置是否有天線連接。獲取天線流程如圖3所示。

由天線的拓撲圖可以清楚地知道天線的級聯(lián)連接情況，一目了然。既可以指定一個天線工作，也可以指定多個。指定一個天線工作之后，會提示切換成功，否則便會提示切換失敗。切換成功之后，然后再使讀寫器開始工作，則會讀取到處于天線工作范圍內的標簽數(shù)據(jù)。切換天線流程圖如圖4所示。

2.3 輪詢功能的實現(xiàn)

輪詢功能的設計對應于檔案管理中的盤點工作。此命令要求一條指令同時實現(xiàn)對讀寫器和天線分支器的控制。此功能模塊的實現(xiàn)步驟為：連接讀寫器； 連接天線分支器；獲取天線分布；全部選擇已經(jīng)連接上的天線；開始輪詢；結束。執(zhí)行輪詢時，哪一個天線在工作便使那個天線的背景色變?yōu)榫G色，返回的數(shù)據(jù)同時包含天線信息和標簽信息，并且對返回的數(shù)據(jù)進行判斷，若重復接收則不顯示，若首次接收則顯示。輪詢功能流程圖如圖5所示。

3 系統(tǒng)測試與分析

3.1 系統(tǒng)測試

根據(jù)系統(tǒng)圖搭建硬件，將讀寫器連接到電腦的串口6，天線分支器連接到串口7，由于天線較多，測試過程隨機選擇幾個天線做分析，在每個天線上放置足夠的標簽，然后在Visual Studio控制界面上操作，分別實現(xiàn)獲取天線分布、切換天線、輪詢讀取等功能，并對讀取標簽的速度進行測量分析。得到獲取天線分布結果如圖6所示，背景為黑色表示接上了天線。然后選擇切換到特定的天線工作，讀取到的標簽數(shù)據(jù)顯示在空白框內，操作結果如圖7所示。最后選擇讓所有連接上的天線輪詢，輪詢中正在讀取標簽數(shù)據(jù)的天線背景顯示為黑色，操作結果如圖8所示。由此證明整個硬件和軟件系統(tǒng)運行正常。

3.2 結果分析

對實驗測試的結果進行分析發(fā)現(xiàn)，單一天線工作需要9 s，也就是256個天線工作需要9×256=2 304 s=38 min，這比起人工移動讀取設備時間大大縮短。每個天線每秒可以讀取標簽17個，9 s讀取17×9=153個，所以在現(xiàn)在的應用系統(tǒng)中，每個天線讀取范圍內的物品數(shù)量不超過153個。而一次輪詢可讀17×9×256=39 168個，所以總共的物品總量最好不超過39 168個。當然，這只是一個參考數(shù)值，可根據(jù)需要擴展。在實際應用中如果物品數(shù)量增加，通過更改程序可適當增加天線的工作時間，從而可以讀取更多物品的標簽數(shù)據(jù)，不過每次輪詢消耗的總時間也會相應增加。

在本實驗系統(tǒng)中，通過實際操作，如果要實現(xiàn)物品的定位功能，可讓單一的天線工作，利用標簽和天線地址的對應可以實現(xiàn)物品的定位；如果要實現(xiàn)物品的盤點功能，可以讓多個或者全部256個天線工作，讀取全部物品的數(shù)據(jù)，利用了輪詢功能實現(xiàn)盤點。這樣，該系統(tǒng)則同時具有定位和盤點的兩大功能，并且效率都比傳統(tǒng)方法有所提高。

4 結 語

本文提出的讀寫器加天線分支器的解決方案，由讀寫器連接256路天線，實現(xiàn)了檔案館內多區(qū)域的檔案管理。在解決方案中，使用Visual Stdio工具、VB語言編寫上位機程序，通過串口來控制讀寫器和天線分支器。對讀寫器的控制實現(xiàn)了獲得讀寫器串口、連接串口、使讀寫器開始工作接收標簽數(shù)據(jù)和停止讀寫器。

天線分支的控制實現(xiàn)了獲得天線分支器串口、獲得和天線主分支相連的天線的拓撲圖、指定某一個天線工作和指定某幾個天線工作。最重要的是輪詢功能的實現(xiàn)，可同時控制讀寫器和天線分支器，并返回標簽數(shù)據(jù)，同時返回天線數(shù)據(jù)，即包括此標簽是被哪個天線讀到的信息。由此便可以獲得檔案館中檔案數(shù)據(jù)信息和位置信息，應用此系統(tǒng)可大大提升檔案管理的效率和準確性。

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