基于超高頻RFID設備借還系統軟件的設計

古智鋒 陳娟

摘 要：隨著學校規模擴大，以往常用的紙質管理、人工管理已經難以滿足學校教學需求，所以迫切需要一種管理系統來解決當前的問題。市面上基于RFID的管理系統比較多，但是由于RFID感應距離近，且易受干擾，用在實驗室設備管理中效果不明顯。文章提出使用超高頻RFID技術來進行實驗室的設備管理，由于超高頻RFID具有遠距離及移動感應的特性，所以能夠捕獲移動中的設備而無須觸碰特定的感應設備進行登記。

關鍵詞：超高頻RFID;自動登記;借還系統;uCOSII

一、設備編號檢測記錄機簡介

RFID是公認最具發展潛力的技術，目前廣泛應用在樓宇管理、倉庫管理、公路交通等各個領域。設備編號檢測記錄機主要用于對檢測區設備編號進行檢測和記錄，超高頻RFID使用的是網源超高頻遠距離讀取一體機，該一體機距離遠，提供串口可以二次開發，可調節功率，從而調節讀卡距離遠近，可主動讀卡和被動讀卡，完全做到不停留讀取標簽數據，且能自動過濾相同的標簽，避免重復，單卡讀取時間小于 10MS，具有防碰撞讀取功能，可識別多個不同標簽，支持串口輸出。

在實際應用中如果有多個通道可能會有信號干擾的問題，所以本文所設計的設備檢測機對占地和方位會提出要求，以最大限度避免干擾的發生。同時，由于UHF標簽的工作介質是電磁波，所以金屬會對UHF標簽產生很大的影響，金屬不僅會吸收電磁波而且還會反射，從而改變電池廠的空間和強度的分布，如果金屬靠近標簽貼紙的天線，電磁波會被反射回來，還會與原來的電磁場相互疊加，從而引起電磁場的減弱。

為避免這個問題，使用了一個短路環偶級子天線模型，并且還加入了一個阻抗臂，可以通過調節阻抗臂長度和寬度，達到調節輸入阻抗的目的，從而更好地優化天線。

本文所使用的控制器為STM32F103，選用該控制器主要是因為其具備多個串口，可以對接多個超高頻RFID讀寫器，7個定時器使得該控制器在多任務處理方面變得更加靈活，80個多功能IO口豐富了它的外圍設備及擴展能力。

二、軟件功能簡介

本文所述的系統涉及數據的讀取、轉換、存儲、打包和發送。為了得到更好的實時性及穩定性，采用了uCOSII作為其操作系統。該實時操作系統功能完整，體積小，大部分為C語言代碼，非常適合本文自主設計的硬件系統。

三、軟件運行流程

設備編號檢測記錄機在啟動的時候首先對控制器進行環境設置，初始化時鐘及內存，使控制器能夠獲得最高的時鐘頻率及正確的內存地址，之后uCOS系統會初始化程序控制塊、事件控制塊等相關功能，再對超高頻RFID讀取器進行初始化設定，將超高頻RFID設置為外部控制讀卡功能，對無線發送模塊24L01進行初始化，設置發射地址為約定的地址，允許 AUTO ACK，設置接收通道及配置重發次數，之后創建任務，通過設定優先級方式決定任務的調度順序，啟動調度器，任務中通過OSTimeDly（）、信號量等方式令當前任務釋放CPU的控制權，各個任務間的同步將由uCOS中的信號量、消息郵箱來完成。

本文描述了基于超高頻RFID技術的設備借還系統的軟件設計方案，介紹了該系統的工作流程，以uCOS作為其操作系統，將硬件工作流程作為任務進行控制，這樣的設計簡化了后續在擴展功能的同步工作，同時使得該軟件系統變得更加健壯和安全。該系統的設計和使用，不但解決了日后教學設備的管理問題，還向智慧教室的建設邁進了一步，同時成了教學工作中實踐的一部分。

參考文獻：

[1]吳桂斌.超高頻柔性抗金屬RFID標簽天線研究設計[D].成都：電子科技大學，2017.

[2]劉然.RFID抗金屬標簽天線設計及測量[D].北京：北京郵電大學，2014.

基金項目：廣州大學華軟軟件學院科學研究、教育教學研究項目“基于超高頻RFID實驗室課堂設備借還系統的研究與設計”（ky201813）。

作者簡介：古智鋒（1989—），男，廣東梅州人，助理實驗師，本科，研究方向：電子與通訊;

陳娟（1991—），女，廣東梅州人，中小學二級教師，本科，研究方向：小學科學。