基于RFID的校園體溫監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為保障開(kāi)學(xué)后校園安全，設(shè)計(jì)了一種基于RFID技術(shù)的體溫檢測(cè)安全性系統(tǒng)。將可穿戴人體體征檢測(cè)設(shè)備與射頻識(shí)別技術(shù)相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)可定位的人體體征檢測(cè)，射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification，RFID）是實(shí)現(xiàn)定位功能的關(guān)鍵技術(shù)，RFID系統(tǒng)所用到的電子標(biāo)簽通常是無(wú)源的，其供電電能來(lái)自感應(yīng)電流，所以電子標(biāo)簽?zāi)軌蛱峁┑墓β瘦^低。因此本文結(jié)合與RFID標(biāo)簽相結(jié)合的低功耗CMOS體溫傳感器，該傳感器具有設(shè)備面積小、功耗低以及可集成于RFID無(wú)源電子標(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)體溫檢測(cè)和定位功能。并且此系統(tǒng)還可以應(yīng)用到其他場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：CMOS傳感器;定位;RFID技術(shù)

一、引言

面對(duì)校園中人員較多，位置分布廣的情況，傳統(tǒng)耳溫槍檢測(cè)體溫的方法并不適用，本文提出一種基于RIFD的體溫檢測(cè)定位系統(tǒng)，可以解決傳統(tǒng)測(cè)溫模式不靈活的缺陷。

利用RFID技術(shù)的非接觸方式獲取目標(biāo)對(duì)象的溫度、濕度、位置和相關(guān)環(huán)境參數(shù)等，使得傳感器技術(shù)與RFID技術(shù)的結(jié)合變得非常熱門(mén)和得到廣泛的應(yīng)用。集成于無(wú)源RFID電子標(biāo)簽的CMOS溫度傳感器設(shè)計(jì)，該CMOS溫度傳感器集成于13.56MHz的高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽芯片上。利用CMOS溫度傳感器體積小可集成于RFID無(wú)源電子標(biāo)簽的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于校園教職員工及學(xué)生的溫度檢測(cè)和定位中，可大大提升測(cè)溫和定位效率。

二、RFID工作原理

RFID由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、應(yīng)用程序三部分組成，如圖1所示：

電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器天線磁場(chǎng)后，接收到讀寫(xiě)器發(fā)出的高頻載波信號(hào)，標(biāo)簽芯片上電并進(jìn)行后續(xù)工作;讀寫(xiě)器再將數(shù)據(jù)和命令調(diào)制到高頻載波信后，電子標(biāo)簽將對(duì)接收到的高頻載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再按照協(xié)議要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理;檢測(cè)到接收信號(hào)的特殊指令后，標(biāo)簽芯片將存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息通過(guò)射頻天線發(fā)送出去;讀寫(xiě)器通過(guò)射頻天線接收到電子標(biāo)簽發(fā)送的信號(hào)后，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼等一系列流程的處理，并通過(guò)應(yīng)用接口將電子標(biāo)簽信息發(fā)送至后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

（一）電子標(biāo)簽工作原理

電子標(biāo)簽根據(jù)供電方式分為有源、無(wú)源和半有源三類(lèi)，本系統(tǒng)中采用的是無(wú)源電子標(biāo)簽。無(wú)源電子標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片及標(biāo)簽天線組成。其中標(biāo)簽天線作用為接收讀寫(xiě)器發(fā)送到空中的射頻信號(hào)和發(fā)送射頻信號(hào)給讀寫(xiě)器。標(biāo)簽芯片作用是存儲(chǔ)標(biāo)簽內(nèi)部信息，將標(biāo)簽接收的射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼等各種處理，并把電子標(biāo)簽需要返回的信號(hào)進(jìn)行編碼、調(diào)制等處理。

本系統(tǒng)中COMS傳感器通過(guò)ADC與無(wú)源電子標(biāo)簽相連，通過(guò)對(duì)電子標(biāo)簽的定位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)體溫傳感器的定位及數(shù)據(jù)收發(fā)功能。

（二）讀寫(xiě)器工作原理

典型的讀寫(xiě)器終端一般由天線、射頻接口模塊和邏輯控制模塊三部分構(gòu)成。

讀寫(xiě)器天線主要負(fù)責(zé)將讀寫(xiě)器中的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻載波信號(hào)并發(fā)送給電子標(biāo)簽，或者接收標(biāo)簽發(fā)送過(guò)來(lái)的射頻載波信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。

射頻接口模塊主要包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)等。該模塊是讀寫(xiě)器的射頻前端，主要負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的發(fā)射和接收。

邏輯控制模塊是整個(gè)讀寫(xiě)器工作的控制中心、讀寫(xiě)器在工作時(shí)由邏輯控制模塊發(fā)出指令，射頻接口模塊按照不同的指令做出操作。

三、校園體溫監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

（一）體溫監(jiān)測(cè)的具體實(shí)現(xiàn)流程

RFID電子標(biāo)簽上的無(wú)線傳輸模塊的作用是將體溫傳感器所探測(cè)到的溫度信息通過(guò)讀寫(xiě)器無(wú)線傳輸?shù)胶笈_(tái)應(yīng)用程序中，CMOS體溫傳感器通過(guò)ADC模塊與電子標(biāo)簽相連，通過(guò)對(duì)電子標(biāo)簽的定位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)體溫傳感器的定位以及數(shù)據(jù)收發(fā)功能。

CMOS溫度傳感模塊時(shí)刻采集用戶體溫?cái)?shù)據(jù)，再將于此溫度成正比的電流或電壓作為模擬輸入信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換到代表溫度信息的數(shù)字信號(hào)，將該數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽，再通過(guò)后級(jí)的編碼、調(diào)制，將處理后的溫度信息通過(guò)空中接口傳輸給讀寫(xiě)器;讀寫(xiě)器再通過(guò)應(yīng)用接口與后臺(tái)的應(yīng)用程序相連，應(yīng)用程序?qū)λ玫降闹颠M(jìn)行分析建模之后還原出溫度數(shù)據(jù)，一旦溫度超過(guò)正常值，后臺(tái)將會(huì)發(fā)出警報(bào)。

（二）定位系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

目前無(wú)線定位算法的種類(lèi)及原理種類(lèi)豐富。與射頻識(shí)別技術(shù)相關(guān)的定位算法主要有基于測(cè)距原理、測(cè)角原理以及鄰近位置選取。測(cè)距原理是根據(jù)待測(cè)目標(biāo)與閱讀器的距離不同所導(dǎo)致接收到的RSSI值的不同實(shí)現(xiàn)的，最后通過(guò)每個(gè)閱讀器的讀取值不同來(lái)計(jì)算距離交點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位;測(cè)角原理與測(cè)距原理類(lèi)似，是應(yīng)用可以測(cè)量待測(cè)目標(biāo)與閱讀器的垂直夾角來(lái)實(shí)現(xiàn)定位的，最后計(jì)算每個(gè)閱讀器測(cè)得的夾角來(lái)確定位置信息的;最后一種是通過(guò)比較待測(cè)標(biāo)簽和參考標(biāo)簽的RSSI值來(lái)確定與待測(cè)標(biāo)簽相鄰近的參考標(biāo)簽的位置，最后通過(guò)加權(quán)計(jì)算得出定位信息。按照類(lèi)型主要是可分為測(cè)距與非測(cè)距的定位方式。

在校園內(nèi)，每隔n米的距離布置一個(gè)RFID讀寫(xiě)器，以確保RFID信號(hào)的全覆蓋。在RFID信號(hào)網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個(gè)校園的基礎(chǔ)上，在教職員工和學(xué)生的手腕上粘貼電子標(biāo)簽，當(dāng)教職員工和學(xué)生在校園中行走時(shí)，選擇離電子標(biāo)簽最近的m個(gè)RFID讀寫(xiě)器（讀寫(xiě)器坐標(biāo)為（xi，yi））來(lái)實(shí)現(xiàn)人員定位。

四、結(jié)語(yǔ)

RFID體溫檢測(cè)定位系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用到校園中，還可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域，但由于時(shí)間原因，目前系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還未完全實(shí)現(xiàn)，后續(xù)還需要繼續(xù)探索，實(shí)現(xiàn)智慧校園的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜芷君.一種集成于無(wú)源RFID標(biāo)簽芯片的CMOS溫度傳感器設(shè)計(jì)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2009.

[2]李佳奇.基于RFID的可定位體溫傳感器芯片研究[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2017.

[3]張玲玉.LANDMARC定位系統(tǒng)及其算法的研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2014.

[4]韓共樂(lè)，張接信，張富強(qiáng).一種基于RFID場(chǎng)景布局的AGV改進(jìn)花朵授粉定位算法[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2019（9）.

作者簡(jiǎn)介：

龔玲，四川省成都市，成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。