基于RFID的智能防盜系統

周漢達 陳廣明 陳育賢 張有林 夏焱章 李曉良 許曉偉

摘 要：針對生活中人們經常在公共場合遺漏或被盜竊財物的問題，文中利用RFID的接收信號強度指示（RSSI）測距技術實現智能的防盜防丟失系統。通過對不同的應用場景進行安全等級劃分，實時地監控RFID標簽與讀寫器的距離;當標簽與讀寫器的距離超過安全等級范圍時，讀寫器就會向用戶發出警告，從而避免用戶財物被盜或丟失。實驗結果表明，該系統可自由拆卸，方便遷移，實時性高，使用靈活，適用于多種防盜場景。

關鍵詞：RFID;智能防盜系統;藍牙;物聯網云平臺;微信平臺;讀寫器

中圖分類號：TP399-34文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）01-00-03

0 引 言

隨著我國經濟的不斷發展，人民生活水平的不斷提高，人們身邊貴重的物品變得越來越多。大家對生活的追求慢慢偏向更安全、舒適，所以防盜也成為了當代人們關注的生活熱點。然而，目前大部分人的防盜措施都是非常原始的，如把貴重的物品放在隱蔽不容易被發現的地方等。目前市面上大部分的防盜系統功能過于單一，只能簡單地監控家中的情況，在遇到盜竊事件后才能通過監控攝像頭來觀察貴重物品被盜前的情況。如若采用這樣的防盜系統，即使最后能找回被盜物品，但由于錯過了最佳的找尋時間，往往需要一個月甚至更長的時間才能找回被盜的貴重物品。這種過于簡單且效率低下的防盜系統已經無法滿足如今人們對防盜系統的需求。

進入21世紀，條形碼在越來越多的情況下已經不能滿足人們的需求。雖然價格低廉，但它有過多的缺點，如讀取速度慢、存儲能力小、工作距離近、穿透能力弱、適應性不強以及不能進行讀寫操作等。與此同時，另外一項逐步成熟的識別技術以近似瘋狂的速度一夜之間席卷全球，徹底改變了條形碼統一天下的現狀，這就是非接觸射頻識別（RFID）技術。作為條形碼的替代品，RFID技術有許多獨特優勢，如防水、防磁、穿透力強、讀取速度快、識別距離遠、存儲數據能力大、數據可進行加密、可進行讀寫等。RFID技術最大的特點是能夠提供更細致、更精確的商品供貨信息，并能實現貨物供給過程的自動化。

當RFID與互聯網結合時，一場影響深遠的革命就來臨了。特別是當賦予地球上所有物品以唯一IP的IPv6技術與承載著物品大量相關信息并具有無線通信能力的RFID結合時，雙方的巨大潛力能進一步釋放，一個人與人、人與物、物與物相互聯系的“物聯網”誕生了。RFID與互聯網的結合帶來了令人驚嘆的能量[1]。現在的RFID射頻識別技術可以精準地識別出射頻標簽與射頻讀寫器的距離。人們可以在貴重物品上放上射頻標簽，在家里或隨身的箱包中放入射頻讀寫器，當射頻標簽與讀寫器的距離超過設定值時，手機端就可以收到防盜警報，讓人們能對盜竊事件做出及時的反應。

針對生活中人們經常在公共場合遺漏或被盜竊財物的問題，本文利用RFID的接收信號強度指示（RSSI）測距技術實現智能的防盜防丟失系統。本系統的設計推翻傳統防盜系統只能監控一個固定地點的局限，讓人們可以在任何有網絡覆蓋的地方使用該安防系統，也能夠讓人們在貴重物品被盜時做出及時處理，從傳統防盜系統的“固定地點的被動防盜”變為“任意地點的主動防盜”。

1 系統總體框架

經典的物聯網結構主要分為三部分：感知層、網絡層、應用層。

感知層：使用一個CC1101芯片作為讀寫器，若干個CC1101芯片作為標簽，讀寫器隨時監控自身與標簽的距離。使用STM8單片機驅動CC1101芯片作為標簽和讀寫器，STM32單片機作為主芯片。讀寫器讀出各個標簽與自己的距離、標簽的編號、名稱等信息后，通過串口協議把這些信息傳輸到主芯片。

網絡層：系統主芯片與手機連接，兩者通過藍牙模塊使用BLE4.0協議進行通信。手機可以通過主芯片得到標簽的編號、名稱、距離等信息。

應用層：系統的應用層由主芯片上的用戶可操作OLED顯示屏和用戶手機上的微信小程序兩個部分組成。在主芯片從讀寫器上獲取到標簽的信息后，可保存到本地，供用戶在主芯片上查看，用戶可通過主芯片上的OLED顯示屏對系統進行各類操作，如開關藍牙、查看標簽數量、查看各個標簽信息、刪除標簽、添加標簽等，在標簽超出距離時，主芯片會發出警報。微信小程序上可查看各個標簽的信息，如果有超出距離的標簽，小程序就會在手機上發出警報。

系統的功能框架如圖1所示，系統的總體框架如圖2所示。

2 系統硬件模塊設計

2.1 主芯片模塊

主芯片模塊包括STM32F407ZGT6單片機、CC2541藍牙模塊、OLED模塊、CC1101讀寫器模塊等。主芯片由獨立供電模塊進行供電，可在室內長期使用。主芯片模塊的硬件設計如圖3所示。

2.2 標簽模塊

標簽模塊由STM8單片機驅動的CC1101芯片組成，標簽模塊發送標簽信息到讀寫器，由使用周期可以達到1年以上的紐扣電池供電。標簽模塊的硬件設計如圖4所示。

3 系統流程設計

3.1 設備端設計

設備端主要由主芯片和標簽組成。主芯片由RFID讀寫器和OLED屏幕組成;標簽由STM8單片機驅動的CC1101芯片組成。主芯片要用于驅動RFID讀寫器和提供用戶操作界面，便于用戶管理和查看標簽的信息。標簽主要用于標記物品，把物品到RFID讀寫器的距離發送到主芯片。在程序設計中，標簽不斷把自己的信息發送到RFID讀寫器，RFID讀寫器把標簽的信息傳到主芯片中，主芯片再通過OLED顯示屏把標簽信息顯示到用戶可操作界面，同時通過藍牙發送到小程序上，使用戶可以在兩端查看標簽的信息。

電子標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼內部儲存的信息（產品名稱、型號、制造者代碼、出廠等）。電子標簽附著在產品本身，通過閱讀器進行信息輸出，工作人員可以與產品上的視讀信息進行對比，信息一致則說明產品真實有效，同時閱讀器可以讀出出廠日期，判斷產品是否失效[2]。

RFID系統是由閱讀器與電子標簽及應用軟件系統3個部分組成。其中電子標簽按工作模式可以分為主動式、被動式及半自動式[3]。RFID閱讀器的主要任務是控制射頻模塊向標簽發射讀取信號，并接收標簽的應答信號，對標簽的識別信息進行處理，之后閱讀器把接收到的數據整合處理后傳送給計算機。高層是信息管理系統和決策系統，通過對數據的加工、分析和挖掘，為正確決策提供依據[4]。

主芯片初始化后，可以通過芯片上的按鍵打開OLED顯示屏，用戶可以用按鍵操作OLED顯示屏上顯示的菜單，在用戶操作界面打開藍牙模塊后，手機端的小程序就可以接收到藍牙信號，通過藍牙在小程序中查看已連接到讀寫器的標簽信息。主芯片與標簽的通信流程如圖5所示。

3.2 數據主要流程

射頻識別（RFID）是物聯網中非常重要的一項技術，是20世紀90年代興起的一種自動識別技術，也是目前比較先進的一種非接觸識別技術[5]。

本系統使用RFID讀寫器讀取各個標簽的信息，再通過串口協議把各個RFID標簽的信息傳送到主芯片，主芯片會保存各個標簽的信息，之后通過藍牙協議傳輸到手機的小程序上。數據流圖如圖6所示。

3.3 移動端流程設計

系統手機微信端的處理流程如圖7所示。一方面從主芯片的藍牙端接收各個標簽的信息，接收到標簽信息后對各個標簽的信息進行更新;另一方面，判斷標簽與主芯片的距離，如果距離超過設定值，則會在微信小程序中給用戶發送警報信息，讓用戶可以在第一時間查找被盜物品。

4 系統的響應與報警機制

4.1 主芯片端報警機制

主芯片采用獨立供電模塊供電，便于用戶實現不同地點的防盜檢測。用戶可自行選擇主芯片的放置地點，主芯片放置完成后，用戶就可以對附近的任意物品添加RFID射頻標簽。用戶可通過主芯片上的按鍵打開主芯片電源，之后在OLED顯示屏的可操作界面上對主芯片上的藍牙功能進行開關操作，也可以監控周圍已連接上RFID讀寫器的RFID射頻標簽，用戶可對各個標簽執行添加、修改、刪除等操作。如果主芯片檢測到有一個或多個RFID標簽離RFID讀寫器的距離大于用戶設定的值時，主芯片就會打開報警措施，同時通過藍牙把報警信息傳送到手機端，第一時間通知用戶自己的物品可能已經被盜。

4.2 手機端報警機制

手機端主要采用微信小程序的形式報警，用戶在使用手機通過藍牙連接到主芯片后，可以在手機的微信小程序看到各個標簽的信息和狀態。在任意標簽與讀寫器的距離超過用戶設定值時，微信小程序會收到主芯片發來的警報信息，提示用戶的物品可能存在被盜的風險。

5 結 語

本文通過對比市面上的防盜系統，使用RFID射頻識別技術、藍牙通信技術、微信小程序，設計了一個基于RFID的智能安防系統。該系統是一個可自由拆卸，方便遷移、便攜的防盜系統，它不僅擁有傳統防盜系統所沒有的高實時性，也更具有靈活性，適用于多種防盜場景。使用如今熱門的微信小程序技術，人們只要擁有智能手機就能夠使用該系統，使系統的用戶面更廣，對市場的應用價值更大。

參 考 文 獻

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