基于RFID的自動防盜報警系統(tǒng)

朱洪浪 譚浩 曾陳萍 何乾龍 秦瑞

摘? 要：針對傳統(tǒng)防盜報警系統(tǒng)成本高、難操作、應(yīng)用場景單一的問題，文章首先采用RFID識別技術(shù)對物品進(jìn)行標(biāo)識，然后在PC應(yīng)用軟件上對物品進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，再通過ESP8266芯片建立與PC端的STA+微信配網(wǎng)/AP鏈接模式，最后實現(xiàn)了自動識別、無線報警、防盜的功能，該自動防盜報警系統(tǒng)具有斷網(wǎng)可工作、應(yīng)用場景靈活、安全系數(shù)高、非接觸自動識別的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：RFID;Wi-Fi;防盜報警

中圖分類號：TP277? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）17-0050-03

Abstract：Aiming at the problems of high cost，difficult operation and single application scenario of traditional anti-theft alarm system，this paper firstly uses RFID identification technology to identify the items，then compares the data of the items on the PC application software，and then establishes the STA + WeChat distribution network/AP link mode with the PC terminal through ESP8266 chip，and finally realizes the functions of automatic identification，wireless alarm and anti-theft. The anti-theft alarm system has the characteristics of open network，flexible application scene，high safety factor and non-contact automatic identification.

Keywords：RFID;Wi-Fi;anti-theft alarm

0? 引? 言

隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提升，購買力隨之逐漸提升，身邊貴重物品也多了，因此對物品的安全性也越來越重視。傳統(tǒng)防盜報警系統(tǒng)成本高、難操作、應(yīng)用場景單一。如毛禮建[1]等人針對人流大的公共場所物品安全問題，設(shè)計了一款基于RFID技術(shù)的實時防盜監(jiān)控系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)中手持閱讀器的成本較高，且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不暢通時，該系統(tǒng)也無法進(jìn)行有效的報警。顏謙和[2]等人針對倉儲管理問題，采用RFID技術(shù)設(shè)計了一款短距離無線尋物系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨在提高倉儲管理效率。常正平[3]等人基于RFID技術(shù)設(shè)計了一款適用于醫(yī)院用的嬰幼兒防盜管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效防止嬰幼兒被盜。陳瑞祥[4]等人采用RFID技術(shù)，針對高校貴重物品被盜情形，設(shè)計了一款適用于校園的防盜系統(tǒng)。上述研究人員設(shè)計的防盜系統(tǒng)均針對某一特定場景開發(fā)，且受網(wǎng)絡(luò)覆蓋的限制，使得其應(yīng)用范圍受到限制。

為了克服上述系統(tǒng)場景受限、網(wǎng)絡(luò)覆蓋限制等缺點(diǎn)，本設(shè)計基于RFID技術(shù)和Wi-Fi技術(shù)開發(fā)了一種可適用于校園、商場、實驗室等多場景使用的自動防盜報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用M100閱讀器，內(nèi)部含8位8051MCU，并且可同時穩(wěn)定識別50張電子標(biāo)簽，有效識別距離可達(dá)3 m，工作頻率840 MHz～960 MHz。通過該系統(tǒng)中報警模塊與Wi-Fi模塊鏈接模式的調(diào)整，能實現(xiàn)斷網(wǎng)工作，提高了防盜安全系數(shù)。

2? RFID工作原理及優(yōu)勢

2.1? RFID工作原理

如圖1所示，RFID由閱讀器、電子標(biāo)簽和PC管理系統(tǒng)組成。其中閱讀器是用來讀寫電子標(biāo)簽的設(shè)備;電子標(biāo)簽是唯一電子編碼，供用戶寫入數(shù)據(jù)，主要用于物品標(biāo)識;PC管理系統(tǒng)可實現(xiàn)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)寫入、修改、刪除、增加等功能。

RFID工作原理：閱讀器發(fā)送無線電磁波射頻能量，射頻能量的范圍即為閱讀器有效識別范圍。電子標(biāo)簽通過閱讀器發(fā)出的射頻能量驅(qū)動自身的內(nèi)部電路，將標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過標(biāo)簽天線發(fā)送出去。閱讀器天線按順序接收標(biāo)簽天線發(fā)送的電子標(biāo)簽內(nèi)部數(shù)據(jù)，依次解讀標(biāo)簽數(shù)據(jù)，再將解讀后的標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送給PC管理系統(tǒng)，在PC管理系統(tǒng)中與數(shù)據(jù)表單進(jìn)行逐一對比，實現(xiàn)對每個物品準(zhǔn)確穩(wěn)定的識別。最后通過Wi-Fi模塊可與報警模塊進(jìn)行通信，實現(xiàn)自動防盜報警功能。

2.2? RFID優(yōu)勢

RFID的主要優(yōu)勢包括：能對較大范圍內(nèi)的多個標(biāo)識物品進(jìn)行識別;抵抗惡劣環(huán)境的能力強(qiáng);標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更新，數(shù)據(jù)內(nèi)容不易被隨意更改，安全性高;標(biāo)簽可回收多次重復(fù)使用;在障礙物非金屬且不導(dǎo)電情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)穿透障礙物讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

3? 防盜報警系統(tǒng)

本防盜報警系統(tǒng)工作原理如圖2所示，該系統(tǒng)中包括物品標(biāo)簽、閱讀器、PC管理系統(tǒng)、通信鏈接、報警。將需要防盜的所有物品貼上RFID電子標(biāo)簽，并對該電子標(biāo)簽進(jìn)行物品信息錄入，即對完成物品的電子編碼，以方便后續(xù)實現(xiàn)識別功能、監(jiān)控功能、防盜報警功能。

3.1? 閱讀器

基于RFID的自動防盜報警系統(tǒng)中的閱讀器，采用超高頻（UHF）讀寫模塊，該讀寫模塊在1 s內(nèi)能同時穩(wěn)定識別50張電子標(biāo)簽，有效讀寫距離2 m～3 m，通信波特率115 200 bps，穩(wěn)定工作電壓DC3.5 V～5 V，工作頻率840 MHz～960 MHz。用戶可根據(jù)自己的需求、防盜應(yīng)用場景的不同，在PC應(yīng)用軟件上自由設(shè)置讀寫距離、通信波特率等。

3.2? 應(yīng)用軟件

基于RFID的自動防盜報警系統(tǒng)中的PC應(yīng)用軟件是基于C#語言編寫的桌面應(yīng)用軟件。當(dāng)閱讀器連接到PC端后，用戶可以在PC應(yīng)用軟件的手動識別界面，對防盜物品電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作，一次性可寫入32字節(jié)的數(shù)據(jù)信息。在PC應(yīng)用軟件的自動識別界面，設(shè)置了AUTO按鈕控制閱讀器自動識別開啟，當(dāng)在自動識別開啟狀態(tài)下再次點(diǎn)擊此按鈕，則會關(guān)閉閱讀器的自動識別功能;SET按鈕可設(shè)置、錄入、修改、增加、刪減需要防盜物品的數(shù)據(jù)信息，并將此信息存儲到PC應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)表單中;STOP按鈕可實現(xiàn)暫停報警的功能。同時物品標(biāo)簽數(shù)據(jù)和標(biāo)簽防盜報警數(shù)據(jù)可在PC應(yīng)用軟件界面直觀顯示出來。當(dāng)被盜物品靠近閱讀器時，閱讀器識別到被盜物品標(biāo)簽數(shù)據(jù)，PC應(yīng)用軟件立即將該數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)表單中的防盜物品數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，如結(jié)果一致則發(fā)現(xiàn)物品被盜，立即向用戶發(fā)出報警指令;如不一致則物品未被盜取，不進(jìn)行報警處理。

3.3? 報警指令

本系統(tǒng)Wi-Fi模塊采用ESP8266為核心，外加USB—TTL、串口下載電路來實現(xiàn)對被盜物品報警指令的傳輸。ESP8266具有集成度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)，可在溫度高的情況下持續(xù)工作，具有很強(qiáng)的工作適應(yīng)性。其工作電壓在5 V，支持USB供電，具有4Pin OLED、DHT11的擴(kuò)展接口，不僅僅能和PC進(jìn)行通信，也可以和云服務(wù)器進(jìn)行通信，支持百度云、阿里云、騰訊云等。ESP8266與PC之間可以建立STA+微信配網(wǎng)通信鏈接模式，也可以建立AP模式進(jìn)行通信鏈接。其中STA+微信配網(wǎng)通信鏈接模式為：ESP8266模塊在上電后掃描工作覆蓋區(qū)域的Wi-Fi熱點(diǎn)，若ESP8266模塊掃描到有Wi-Fi熱點(diǎn)，則直接將ESP8266模塊與PC連接到同一個Wi-Fi熱點(diǎn)上，否則通過手機(jī)連接某一個Wi-Fi熱點(diǎn)，然后在微信配網(wǎng)小程序中將Wi-Fi熱點(diǎn)名稱和Wi-Fi熱點(diǎn)密碼信息發(fā)送給ESP8266模塊，以此來實現(xiàn)ESP8266模塊的微信配網(wǎng)功能。AP模式：ESP8266模塊上電后，PC將自動連接到ESP8266模塊自主創(chuàng)建的熱點(diǎn)，實現(xiàn)無Wi-Fi熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信的斷網(wǎng)工作模式。

當(dāng)基于RFID的自動防盜報警系統(tǒng)中PC應(yīng)用軟件發(fā)現(xiàn)有物品被盜時，則會自動選擇STA+微信配網(wǎng)通信鏈接模式或者AP模式與ESP8266模塊建立有效通信，將需要發(fā)出的報警指令發(fā)出;隨后ESP8266模塊在接收到PC應(yīng)用軟件發(fā)出的報警指令后，將自身的GPIO5口電平拉高，控制蜂鳴器發(fā)出警報聲，同時點(diǎn)亮LED1燈，實現(xiàn)自動防盜報警系統(tǒng)的聲光報警，達(dá)到提醒用戶有物品被盜的目的。

4? 系統(tǒng)測試

基于RFID的自動防盜報警系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖3所示，該自動防盜報警系統(tǒng)在出入口設(shè)置RFID閱讀器，工作的磁場范圍可設(shè)置為2 m～3 m。

當(dāng)有電子標(biāo)簽標(biāo)識的物品被人惡意帶走后，其經(jīng)過出入口的閱讀器附近時，閱讀器自動檢測磁場范圍內(nèi)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，將檢測到的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)結(jié)果傳到PC端;PC端的PC應(yīng)用軟件將此數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)表單中的數(shù)據(jù)進(jìn)行一一對比，結(jié)果一致則物品被盜，PC應(yīng)用軟件會向ESP8266模塊發(fā)送報警信息;ESP8266模塊根據(jù)接收到的報警指令，觸發(fā)聲光報警，以提醒用戶自身物品被盜。如果結(jié)果不一致，則PC應(yīng)用軟件不需要發(fā)出報警指令，閱讀器繼續(xù)監(jiān)控磁場范圍內(nèi)是否有電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，如果有，則發(fā)送給PC應(yīng)用軟件，PC應(yīng)用軟件將接收到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)表單中的數(shù)據(jù)進(jìn)行一一對比，根據(jù)比對結(jié)果進(jìn)行處理，并重復(fù)此過程，達(dá)到自動防盜報警功能。

5? 結(jié)? 論

本文通過對比傳統(tǒng)意義上的防盜報警系統(tǒng)，使用RFID射頻識別技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、PC桌面應(yīng)用軟件，設(shè)計了一款安裝方便、操作簡單、應(yīng)用范圍廣泛的自動防盜報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高效性、及時性的特點(diǎn)，適用于多種防盜場景。目前已有單片機(jī)和閱讀器之間實現(xiàn)RFID自動識別的相關(guān)研究，而本系統(tǒng)實現(xiàn)了PC與閱讀器之間自動識別，PC與報警模塊斷網(wǎng)可工作，以及桌面應(yīng)用軟件可讓用戶選定應(yīng)用場景，使得該自動防盜報警系統(tǒng)具有更廣闊的應(yīng)用場景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 毛禮建，劉參，董天驕，等.基于RFID的實時防盜系統(tǒng)設(shè)計 [J].計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2015，25（5）：123-126.

[2] 顏謙和，顏珍平.基于RFID的短距離無線尋物系統(tǒng)的研究 [J].電子設(shè)計工程，2020，28（2）：44-47.

[3] 常正平，王忠，陳和恒，等.基于RFID技術(shù)的嬰幼兒防盜管理系統(tǒng)設(shè)計 [J].測控技術(shù)，2015，34（4）：32-35.

[4] 陳瑞祥，王亞芳，葛明杰，等.基于RFID和GPRS的校園防盜系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J].自動化與儀表，2013，28（9）：54-57.

作者簡介：朱洪浪（1991—），男，漢族，四川達(dá)州人，專任教師，助教，碩士研究生，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、智能結(jié)構(gòu)及控制。