基于RFID技術的只能安全書包系統

■上海市民辦華育中學 郁承鑫

無線射頻識別技術（RFID）是利用無線電波進行通信的一種非接觸的自動識別技術，其基本原理是，通過讀寫器和粘附在物體上的電子標簽之間的電磁耦合或電感耦合進行數據通信，達到對標簽物品的自動識別，并且可實現多標簽同時識別。

RFID 具有識別距離遠、識別速度快、可讀寫、數據存儲量大、環境適應性好等特點，廣泛應用于物流系統、智能家電、運動計劃、生產線自動化、物品監視等領域。

GPS 全球定位系統（GPS）和GPRS 全球移動通信系統（GPRS）技術可用于定位與跟蹤，在公共交通、智能手機等領域有著廣泛應用。

我設計的基于RFID 技術的智能安全書包系統主要可實現兩大功能：一是基于RFID 技術的學習用品的自動識別與檢查，二是通過GPS 技術的實時定位監測，實現對學生的定位監控，并通過設置電子柵欄，實現異常活動范圍報警功能，提高出行安全性。

一、設計方案

智能安全書包系統分為RFID 讀寫模塊、GPS/GPRS 定位模塊、數據傳輸與存儲模塊等。

圖1 智能安全書包系統設計模塊示意圖

1.管理系統

智能安全書包管理系統包括數據錄入和存儲模塊、提示模塊。

數據錄入與存儲模塊利用電腦錄入電子課程信息表及對應的學習用品信息，信息格式需根據RFID 和電子標簽的讀寫要求，按照程序定義的格式存儲在系統中。當RFID 系統啟動時，即可對信息進行提取讀寫，將閱讀器識別的電子標簽上的信息與課表信息進行匹配性檢查。

當RFID 系統掃描到信息與系統錄入信息不一致時，提示模塊發出聲音提醒，并在顯示屏上顯示錯漏的書本和學習用品信息。

2.無線射頻識別（RFID）系統

無線射頻識別系統包括RFID 讀寫器、電子標簽和天線。該模塊利用無線方式工作，能實現非接觸識別和實時識別多個電子標簽，方便對各種學具進行檢測，滿足不同距離檢測的要求。RFID 讀寫器和電子標簽符合ISO18000 標準，電子標簽不需要供電，工作時通過電感耦合方式從讀寫器獲取工作電源，延長了使用壽命，并且可以重復利用。

系統啟動后，RFID 讀寫器識別書包內帶有電子標簽的物品，與系統中已錄入的電子課表進行對比，在顯示屏上顯示掃描到的學習用品的名稱，判斷所需物品是否齊備。當掃描到某些物品不在射頻范圍內（包括遺漏和錯拿情況），系統則顯示提示信息，提醒學生及時檢查。

3.基于GPS/GPRS 定位系統

GPS 定位模塊和GPRS 模塊啟動后，GPS 定位系統讀取學生所在的位置信息，GPRS模塊將位置信息傳送到家長的手機上，方便家長實時了解學生的動向。

二、工作原理

智能安全書包系統的工作流程如下。

1.預先在系統中錄入每天的課程表信息、書本及學習用品信息，存儲在管理系統中，并在電子標簽中寫入書本及學習用品信息，將其粘貼在書本和學習用品上。

2.系統啟動后，RFID 讀寫器讀取物品的電子標簽，與系統內的課表內容對比，在顯示屏上顯示書本名稱列表。

3.如果RFID 掃描到物品出現缺失或錯拿等情況，管理系統發出提示信息，提醒學生檢查后，再重復步驟2 直至物品齊備。

4.當學生往返于家與學校的路途中時，GPS 系統實時采集學生的位置信息，通過GPRS 通信技術，家長可在手機上實時查看學生的位置信息，確認其安全，還可設置電子柵欄，實現學生處于異常活動范圍時的報警功能。

圖2 智能安全書包系統工作流程示意圖

三、系統開發

1.系統開發環境

硬件主要包括RFID 讀寫器模塊、GPS/GPRS 模塊。系統開發環境為Microsoft Visual Studio，開發語言為C#，數據庫管理系統為SQL Server2014。采用Web Service 接口使各孤立站點之間的信息能相互通信和共享，采用IIS（Internet Information Server，互聯網信息服務）實現網絡的信息傳輸和信息發布。

2.管理系統開發

首先進行數據庫設計，用于存儲學生的課程信息表與書本及學習用品信息，設計結構圖如圖3。課程信息表可實現獲得、維護和更新功能，書本及學習用品可獲取單個及列表信息，并實現維護和更新功能，采用C#和Web Service 開發實現。

圖3 課程和學習用品信息表ER 圖

3.RFID 自動識別檢查系統開發

采用型號為KLM900 超高頻RFID 讀寫器模塊。電子標簽采用HR61 濕標簽，芯片MR6，尺寸為53×34mm，可粘貼在書本上，反復使用。

圖4 超高頻RFID 讀寫器和天線

圖5 電子標簽

RFID 讀寫器通過天線發出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產生感應電流，從而獲得能量，發送自身編碼等信息，被讀寫器讀取并解碼后傳送至Web Service接口，Web Service 接口通過獲取傳遞的標簽ID，檢索系統書本及課表信息，通過管理系統處理對比信息后，將結果返回給前端顯示。

圖6 RFID 系統自動識別、檢查結果示意圖

4.GPS/GPRS 定位系統

書包的安全定位系統選用深圳安信可GPRS/GPS 集成開發板作為GPS 接收機，型號為AG9。

圖7 GPS/GPRS 開發板

將系統連接后進行設備初始化設置，通過系統App 與手機設備綁定，然后接入百度地圖接口，獲取地理位置信息，實現書包定位。

此外，還可在定位系統中設置經常活動區域范圍的電子柵欄，如定位位置超出電子柵欄范圍，系統可發出報警。

圖8 GPS/GPRS 定位圖

四、創新點

1.基于RFID 技術和模塊開發，實現了書本與學習用品的自動化和智能化檢查與提醒，有利于避免遺忘和錯拿書本和學習用品，提高了學生的學習效率。

2.基于GPS/GPRS 技術，可進行實時位置數據采集與傳輸，便于家長掌握學生的活動狀態。若超出電子柵欄范圍，系統可自動報警，提高了學生出行的安全性。