基于RFID射頻識別技術的物品尋找APP設計與實現

聶壹琦 金力

摘? 要：基于RFID射頻識別技術開發一款物品尋找APP，從而實現一個室內定位的系統。主要采用C語言和Java語言，涉及手機APP的開發、微信小程序的創立和程序設計;室內定位系統的實現;電子信號的發出、傳遞、接收和解碼。國內各大省市還未有相關軟件的開發，該系統可以滿足當前人們快速尋找丟失物品的需要。

關鍵詞：射頻識別;藍牙;無線通信;基站定位

中圖分類號：TP273+.5? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）01-0076-03

Abstract：Based on RFID technology，we develop an APP for finding objects，which can realize an indoor positioning system. It mainly uses C language and Java language，involving the development of mobile APP，the creation and programming of WeChat applet，the realization of indoor positioning system，the sending，transmission，receiving and decoding of electronic signals. There is no relevant software development in major provinces and cities in China. The system can meet the needs of people to quickly find lost goods.

Keywords：radio frequency identification;Bluetooth;wireless communication;base station positioning

0? 引? 言

RFID是一種利用射頻信號傳遞信息，利用空間集電極和變壓器采集的信息來識別磁場或電磁場的自動識別技術。現在RFID系統已經廣泛運用于各大行業，并且種類繁多：單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速度移動物體的射頻識別技術與產品正在成為現實并逐漸應用。2011～2017年，中國RFID行業的市場規模呈不斷上漲趨勢，且增速保持較快。

無線通信主要是不用導線、電纜、光線等有線介質，而是用空間來傳遞電磁信號的通信方式?，F代科技與經濟的快速發展，帶動了全球通信業的突飛猛進。自從1967年第一套無線通訊設備在美國貝爾實驗室誕生以來，無線通信便逐步成為全球通訊行業的一個重要組成部分，它的應用范圍和市場占有率呈逐年上漲趨勢。

近兩年，可穿戴設備市場的快速增長離不開藍牙技術的發展。隨著藍牙4.x的普及和移動互聯網的崛起，藍牙技術應用也從手機、平板等便攜式設備向物聯網、醫療等領域發展，許多基于移動平臺的藍牙應用為整個無線市場帶來新的機遇。

基站定位一般應用于手機用戶。定位的基本原理是：手機測量不同基站下鏈路的導頻信號，得到不同基站下鏈路的導頻或TDOA。根據測量結果和基站的坐標，可以利用三角形的公式類別計算出手機的位置。本文基于2017年入學申報的國家級創新創業項目的內容，團隊主要成員研究和學習方向為計算機科學與技術。該項創新創業項目歷時兩年，在安徽中醫藥大學醫藥信息工程學院老師的幫助和支持下，現已成功結題，擁有實物成果一項，論文一篇。研究內容涉及藥房的藥物管理以及無人藥房理念的實現，充分結合了學校特色和專業特色。

1? 研究方法

1.1? 硬件方面

無線電技術的原理是改變導體無線電波中電流的強度。利用這一現象，信息可以通過調制被充電到無線電波中。如果電波穿過房間傳到接收端，電波產生的電磁場就在導體中產生電流。通過對當前變化的信息進行解調，達到信息傳輸的目的。我們可以通過室內架設的Wi-Fi網絡的方式通過Wi-Fi傳遞信息[1]，也可以在室內安裝藍牙標簽，在手機上打開藍牙通信接入網絡，手機通過接收藍牙標簽信號的強度，判斷所在位置。我們還可以通過RFID射頻技術，在室內安裝天線，在物品上貼電子標簽，實現信號的發送傳遞和接收，最后再把信息發送給手機[2]。

1.2? 軟件方面

我們可以在手機上制作APP，繪制場地的地圖，把接收到的信息進行解碼，在繪制的地圖上實現定位。

1.3? 技術方面

我們的室內定位技術以物聯網技術和RFID技術即射頻識別技術為基礎[3]。特殊物體可以通過無線電信號來識別，相關數據可以在識別系統和特定目標之間沒有任何機械或光學接觸的情況下讀寫。我們可以在藥房上藥的過程中將每一種藥貼上相應電子標簽，電子標簽與電腦系統或是手機APP相連，快速定位那一種類藥物的位置[4]，與此同時，還可通過電腦系統和手機軟件看到藥物的使用量和剩余量，讓藥房的工作更加智能化。這樣可以幫助藥師快速找藥，減少他們在無意義勞動上所花費的力氣，提高工作效率，同時也能提高病患的滿意度，甚至可以挽救病患生命，因為一些疾病（如：心臟?。┑陌l生需要藥物及時供給才有生的希望。RFID在室內定位技術雖然出現時間不長，但是應用很廣泛，它是非接觸的，標簽可以長時間存放，不會發生變化，對于藥物的室內定位具有很大的實際意義。

目前國內對于尋找物品開發的軟件尚無前例，所以筆者團隊對于這個軟件開發的前景是十分可觀的;國外對于這個軟件已有一定基礎的研究，將為本團隊的研究提供非常好的借鑒。與筆者團隊研究方向相同的有已經成熟的室內定位系統——IndoorStar室內星定位導航系統（IDS），適用于GPS信號未覆蓋或GPS系統不適用的精確實時定位、導航等一系列定位服務。智能終端在覆蓋區域的導航定位部署，通過在房間或區域內創建“內部衛星”，建立區域三維通信網絡。另外，從中我們可以了解到電子瓷片的應用，該設備不僅適合丟失東西的用戶，也適合那些意識到自己缺乏存儲和安排能力的用戶，他們對這種匱乏感到擔憂和痛苦。現在有一些連接的設備。但沒有一個是完美的。Tile是目前可以買到的最好的設備，這是一個1.5英寸的帶鎖塑料盒，內置電池、Bluth4.0芯片，可以將它連接到移動應用程序，并將其連接到鑰匙鏈、背包、錢包或任何不想丟失的東西上[5]。

本產品屬于軟硬件結合領域，即實體硬件與線上APP（小程序）相結合的產品，目前在市面上所銷售的同類型產品應用的大多是藍牙技術且支持的是大范圍、長距離物體定位跟蹤，其特點有應用成本高、體積大、耗電快等特點，而本文設計的產品運用的是RFID無線射頻技術，主要應用在小范圍、短距離的物品尋找，即室內尋物方面，其成本低廉、體積小巧且基本不需要能源供給，所以在短距離尋物方面，本文設計的產品有絕對的優勢，沒有太大的競爭壓力。

2? 系統設計

2.1? 軟件框架結構

定位系統主要由手機后臺，未知位置點和已知位置點構成，手機后臺與參考位置點之間以聲音定位算法為依據進行小距離位置識別定位[6]。

在此種模式下，未知位置點接收已知位置點（小范圍內確定的四個位置點）的發射信號，采用串口通信，把信號強度傳遞給手機后臺，后臺執行定位算法，及時定位未知位置點，實時監測未知位置點的位置。

2.1.1? 位置標記

未知位置點：在實驗室的貴重儀器和標本上，學生的水卡、飯卡或銀行卡上，藥房的藥物上，快遞物品上，老年人的公交卡和老年證上貼上含有物品信息的RFID芯片。

已知位置點：在房間的四個角放置讀卡器。讀卡器選取YXU1861-8 dbi。YXU1861-8 dbi是一款高性能的遠距離讀卡器，識別距離遠，具有多種數據接口，工作性能可靠。以廣譜跳頻（FHSS）或定頻發射方式工作[7]。

每個已知位置點不斷地向外界發送ID和位置信息，當未知位置點進入射頻范圍，就可以接收該位置點的信息。當接受的次數達到某個設定值就對其取平均值，將位置點的信息通過串口通信發送給手機后臺，手機后臺進行定位算法。

EPC C1G2電子標簽存儲器在邏輯上分為四個存儲區域，每個存儲區域由一個或更多的存儲字組成。四個儲存區分別為：

EPC區域：EPC存儲的區域。根據這個遠程讀卡器的規定，最大容量是15個EPC碼，是可讀和可寫的。

TID區：儲存電子標簽制造商所設定的身份ID。目前有兩種身份ID：4字和8字，可讀不可寫。

用戶區（User）：不同廠商該區不一樣。Inpinj公司的G2電子標簽沒有用戶區。Philips公司有28字，可讀可寫。

保留區（Password）：前兩個字是Kill Password，后兩個字是Access Password，可讀可寫。

四個存儲區均可寫保護。寫保護意味著該區永不可寫或在非安全狀態下不可寫;讀只有密碼區可設置為讀保護，即不可讀[8]。

2.1.2? 串口通信

串行接口是將接收到的并行數據字符從CPU轉換成連續的串行數據流并將其發送出去，同時將接收到的串行數據流轉換成并行數據字符提供給CPU的一種設備。串口逐位發送和接收字節。雖然它比字節并行通信慢，但串口可以在使用一條線發送數據的同時，另一條線接收數據。它非常簡單，可以實現遠距離通信。如IEEE-488定義并行交通狀態時，設備線路總長度不超過20米，任意兩個設備之間的長度不超過2米，串口長度可達1200米。通常，串行接口用于ASCII字符的傳輸。通信用3根線，即地線、傳輸線和接收線。由于串行通信是異步的，所以端口可以在一行上發送數據，在另一行上接收數據。其他線路用于握手，但不需要串行通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗，對于要通信的兩個端口，這些參數必須匹配。

2.2? 定位算法

定位算法是該手機APP實現的核心內容，為實現平臺的基本功能提供了重要的支持。以下是定位算法的理論分析和計算。

根據平臺要求，A，B，C，D為聲音接收的四個已知位置點，該算法對元坐標系進行坐標變換，以A點為坐標原點，建立笛卡爾坐標系，未知位置點N（X，Y）至點A，B，C，D的距離之差為一常數，建立數學模型：

3? 結? 論

在這次平臺設計中，曾經無數次的困難和技術難關，但在老師和同學的幫助下，所面臨的技術問題都一步一步地解決了?；赗FID射頻識別技術的尋找物品平臺的構建是一個創新的想法，國內尚無先例。學術研究開發不是一件簡單的事情，需要設計者具有全面的專業知識、嚴密的思維、嚴謹的態度以及細致的分析解決問題的能力，而我們在很多方面還有欠缺。最后，基于RFID射頻識別技術的尋找物品平臺的構建前端搭建已經完成，尚要解決的問題是后端部分連接實現的問題。我們整個團隊認為RFID將成為物聯網發展和小范圍定位技術的“新星”，筆者對于該項技術在“無人藥房”的實現將進行深入研究。

參考文獻：

[1] 梅松青，鄧小茹.位替換運算的超輕量級移動RFID認證協議 [JB/OL].計算機工程與應用：1-8.[2019-10-11].http：//kns. cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20190924.1036.002.html.

[2] 鄒浩，胡志勇，余道敏，等.基于雙RFID物聯網技術的非機動車防盜系統研究與應用 [J].計算技術與自動化，2019，38（3）：128-131.

[3] WANG Y Y，LIU J，WANG X，et al. Efficient Tag Identification in Blocker-Assisted RFID Systems [C]//2017 14th Annual IEEE International Conference on Sensing，Communication，and Networking （SECON）.IEEE，2017.

[4] CHEN Y L，LIU D，WANG S，et al. Self-powered smart active RFID tag integrated with wearable hybrid nanogenerator [J].Nano Energy，2019：64.

[5] GIUSTI I，CEPOLINA E，CANGIALOSI E，et al. Mitigation of human error consequences in general cargo handler logistics：Impact of RFID implementation [J].Computers & Industrial Engineering，2019：137.

[6] 韓共樂，張接信，張富強.一種基于RFID場景布局的AGV改進花朵授粉定位算法 [J].制造業自動化，2019，41（9）：68-72.

[7] CAMPIONI F，CHOUDHURY S，AI-TURJMAN F. Scheduling RFID networks in the IoT and smart health era [J].Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing，2019，10（10）：4043-4057.

[8] 閆一佳，閆洪濤，王志標，等.RFID在高危場所安全警示管理系統上的應用 [J].科技創新與應用，2019（27）：167-168.

作者簡介：聶壹琦（1998-），女，漢族，安徽合肥人，本科在讀，研究方向：計算機科學技術;通訊作者：金力（1979-），男，漢族，安徽合肥人，講師，碩士研究生，主要研究方向：信息與網絡技術。