基于物聯網的智能手環設計

黃林峰

摘要：隨著物聯網技術的發展，智慧校園建設也取得了很大進步。為了滿足當代學生校園生活上的便利需求，基于節省資源、便捷管理的考慮，本文提出一種智能手環的設計方案。

關鍵詞：物聯網;RFID;智能手環

一、引言

1999年，麻省理工學院（MIT）建立了“自動識別”技術，隨即“一切都可以通過互聯網連接”，也展現了物聯網的基本含義。而最初的物聯網則是依附于射頻識別技術的物流網絡。2006年，韓國成立了“u-Korea計劃”，旨在建設一個智能網絡（IPv6、BCN、USN）和人們生活環境中的新應用，使得人們能夠享受到每時每刻提供服務的智慧科技。2009年，溫家寶總理在無錫進行訪問期間發表了“中國感知”演講，隨即將物聯網的研究和應用都推向了高潮，無錫則率先建立起了“中國感知”研究中心。

在高校信息化建設中，提出了智能校園的概念。隨著這一理念的不斷拓展，智能校園的建設也逐漸成為高校信息化建設時的一個重要課題。智慧校園的特點是在管理方面，提供全面的智能感知環境、信息服務平臺和基于角色的個性化定制服務;將信息服務的計算機網絡化整合到學校應用的各個領域上，以便于實現校園的智能化。互聯互通概念：為學校和外部世界之間提供智能的感知環境、綜合信息的服務平臺通信以及相互感知的接口。

二、RFID技術

射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，是利用射頻信號通過空間耦合實現非接觸信息傳輸的一種技術，然后再通過傳輸信息的方式來實現標識的目的。目標檢測是基于低頻段的變壓器耦合模型（一次和二次波段之間的能量傳輸和信號傳輸）和高頻段的空間耦合模型（雷達發射電磁波時），然后目標信息會傳送回雷達接收器中。而RFID技術是基于信息傳輸的基本原理。到目前為止，射頻識別技術的理論得到了豐富和完善。多標簽識別、單片機電子標簽、無線讀寫等等適合高速移動物體的產品正在成為現實，并逐步向應用方向發展。

RFID技術的基本工作原理并不復雜：標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。

一套完整的RFID系統，是由閱讀器與電子標簽也就是所謂的應答器及應用軟件系統三個部份所組成，其工作原理是Reader發射一特定頻率的無線電波能量，用以驅動電路將內部的數據送出，此時Reader便依序接收解讀數據， 送給應用程序做相應的處理。

以RFID 卡片閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應方式來看大致上可以分成：感應耦合及后向散射耦合兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種式，而較高頻大多采用第二種方式。

三、系統設計

智能手環集成了RFID、傳感器、計算機網絡等技術。如今，傳感器技術正變得越來越成熟。可穿戴設備已從概念進入市場環境，智能手環的概念提高了校園管理效率。數據統計顯示，不僅要看智能系統的數量，系統的先進程度或集成程度，還取決于系統是否設計和經濟配置，系統是否能夠成功運作，還有產品的使用和管理。

智能手環系統包括四個主要子模塊：中央數據模塊、宿舍管理模塊、GPS定位模塊、支付模塊等本設計的數字系統采用MCU單片機作為中央控制站，以及射頻電路單元，時鐘電路單元，存儲電路單元，傳感器電路單元作為從站，負責信息采集， 統計和基礎工作。 Dialog DA14580模塊用作連接所有站點的通信工具，完成完整的智能手環系統。電池壽命最長，DA14580接收電流和接收僅為4.9 mA;此外在DA1458 0低至0.9V的工作電壓時非常適合用于鋅空氣電池或單節電池。最小尺寸僅為2.5x 2.5 x 0.5 mm的DA14580封裝在晶片級芯中，只有五個外圍元件，可以使用鎳錳，堿性或紐扣電池;使用戶擁有最小體積的特性產品。DA14580的高集成度確保了最少的外設數量，降低了系統成本。憑借使用更小電池的能力和集成的電源管理設備，該產品可降低材料成本（BoM），便能夠開發高功能系統和低成本的電池。

該系統中使用的RF傳感器模塊和軟件模塊由低頻RF傳感器和書面軟件代碼記錄頁面組成。當模塊工作時，低頻射頻傳感器將通過宿舍門上的傳感器驗證環中登記的信息是否正確，整個系統處于工作狀態。當驗證宿舍學生的手環中的信息是真的時，他們可以打開門或發出警告。軟件編程后的登錄軟件可以應用于宿舍管理員。宿舍管理系統涵蓋了與宿舍管理相關的一系列業務流程，如學生住宿管理、學生信息管理、學生退換房管理等日常運營管理。該系統不僅支持單個數據記錄的處理，還支持批量記錄的處理，如：批量房間生成、批量簽出、批量登記等獨特的訪客管理功能。GPS包括校園人員的實時位置信息，根據系統建設情況，可以設置從操場到教室的不同精確區域定位能力。還可以監測人員的實時和間隔物理數據，如心率，體溫等。最后進行周期性活動的統計分析，為學生管理提供參考依據。

四、結束語

本文系統主要從智能手環設計入手，基于無線信息采集與傳輸為基礎，應用RFID、GPS定位和多模式數據采集等技術，后續還將不斷進行優化。

參考文獻：

[1]方龍雄，RFID技術與應用，北京，機械工業出版社，2010.10。

[2]何曉龍，史文越，盛張群，智能手環/手機應用程序在不同步行速度或路面中的計步有效性研究，浙江，中國體育科技，2016