基于RFID技術(shù)的智能安全書包系統(tǒng)

郁承鑫

無線射頻識別技術(shù)（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(shù)，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(shù)據(jù)通信，達到對標簽物品的自動識別，并且可實現(xiàn)多標簽同時識別。

RFID具有識別距離遠、識別速度快、可讀寫、數(shù)據(jù)存儲量大、環(huán)境適應(yīng)性好等特點，廣泛應(yīng)用于物流系統(tǒng)、智能家電、運動計劃、生產(chǎn)線自動化、物品監(jiān)視等領(lǐng)域。

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

我設(shè)計的基于RFID技術(shù)的智能安全書包系統(tǒng)主要可實現(xiàn)兩大功能：一是基于RFID技術(shù)的學習用品的自動識別與檢查，二是通過GPS技術(shù)的實時定位監(jiān)測，實現(xiàn)對學生的定位監(jiān)控，并通過設(shè)置電子柵欄，實現(xiàn)異常活動范圍報警功能，提高出行安全性。

一、設(shè)計方案

智能安全書包系統(tǒng)分為RFID讀寫模塊、GPS/GPRS定位模塊、數(shù)據(jù)傳輸與存儲模塊等。

1.管理系統(tǒng)

智能安全書包管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)錄入和存儲模塊、提示模塊。

數(shù)據(jù)錄入與存儲模塊利用電腦錄入電子課程信息表及對應(yīng)的學習用品信息，信息格式需根據(jù)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(tǒng)中。當RFID系統(tǒng)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(tǒng)掃描到信息與系統(tǒng)錄入信息不一致時，提示模塊發(fā)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(tǒng)

無線射頻識別系統(tǒng)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(xiàn)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(fù)利用。

系統(tǒng)啟動后，RFID讀寫器識別書包內(nèi)帶有電子標簽的物品，與系統(tǒng)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(nèi)（包括遺漏和錯拿情況），系統(tǒng)則顯示提示信息，提醒學生及時檢查。

3.基于GPS/GPRS定位系統(tǒng)

GPS定位模塊和GPRS模塊啟動后，GPS定位系統(tǒng)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(tǒng)的工作流程如下。

1.預(yù)先在系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)啟動后，RFID讀寫器讀取物品的電子標簽，與系統(tǒng)內(nèi)的課表內(nèi)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(xiàn)缺失或錯拿等情況，管理系統(tǒng)發(fā)出提示信息，提醒學生檢查后，再重復(fù)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(tǒng)實時采集學生的位置信息，通過GPRS通信技術(shù)，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(shè)置電子柵欄，實現(xiàn)學生處于異常活動范圍時的報警功能。

三、系統(tǒng)開發(fā)

1.系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

硬件主要包括RFID讀寫器模塊、GPS/GPRS模塊。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio，開發(fā)語言為C#，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)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(lián)網(wǎng)信息服務(wù)）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸和信息發(fā)布。

2.管理系統(tǒng)開發(fā)

首先進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，用于存儲學生的課程信息表與書本及學習用品信息，設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖3。課程信息表可實現(xiàn)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(xiàn)維護和更新功能，采用C#和Web Service開發(fā)實現(xiàn)。

3.RFID自動識別檢查系統(tǒng)開發(fā)

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(fù)使用。

RFID讀寫器通過天線發(fā)出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量，發(fā)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(tǒng)書本及課表信息，通過管理系統(tǒng)處理對比信息后，將結(jié)果返回給前端顯示。

4.GPS/GPRS定位系統(tǒng)

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

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

此外，還可在定位系統(tǒng)中設(shè)置經(jīng)常活動區(qū)域范圍的電子柵欄，如定位位置超出電子柵欄范圍，系統(tǒng)可發(fā)出報警。

四、創(chuàng)新點

1.基于RFID技術(shù)和模塊開發(fā)，實現(xiàn)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(shù)，可進行實時位置數(shù)據(jù)采集與傳輸，便于家長掌握學生的活動狀態(tài)。若超出電子柵欄范圍，系統(tǒng)可自動報警，提高了學生出行的安全性。