基于RFID 的智慧實訓室管理系統

梁艷，吳財源

（廣州番禺職業技術學院，廣東廣州，511400）

0 引言

近年來，隨著十四五規劃職業教育再次被重視起來，職業院校改革力度逐步增大，實訓室建設日益增多，隨著而來的教師與學生對實訓室管理的要求也越來越多，為了滿足這些需求，我們需要對實訓室的管理模式進行新的探索與研究。經借鑒物流倉庫等行業的管理模式，我們將物聯網RFID技術引入實訓室管理系統，建設智慧實訓室管理系統，提高實訓室管理效率，為廣大師生提供了智能的實訓室服務。

1 高校實訓室管理現狀

目前我院有實訓室40 余間，現在我院的實訓室采用傳統的管理模式，尚未采用信息化管理，目前實訓室管理存在以下問題：

(1)管理員名下管理實訓室繁多，維護過程中依賴人工統計，維護過程中易造成維護滯后，資源閑置等情況。(2)部分實訓室使用頻率高，部分學生使用后未能正確復位，導致后面上課的師生無法找到相應的實訓模塊，影響實訓授課。(3)實訓室設備種類繁多，設備外借依然采用手工登記，缺乏規范化，流程化管理，已造成設備去向不明等問題。(4)實訓室倉庫管理采用手工登記， 耗時耗力影響辦公效率。

針對目前實訓室管理過程中存在的問題，本文提出新的智慧實訓室管理系統，利用RFID 無線射頻識別技術，對實訓室各模塊進行智慧管理，優化管理流程，減輕實訓室管理人員負擔。

2 RFID 技術

RFID（Radio Frequency Identification）是一種射頻識別技術，它主要通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信[1]。RFID 技術物聯網相輔相成，應用于物聯網感知層，用于數據的采集和身份的識別。RFID 技術已趨于成熟，在世界各地被廣泛應用。現在RFID 技術廣泛應用于物流領域，道路交通、零售行業，制造行業，圖書領域等各個行業，它已經成為了人們生活中的一部分。

2.1 RFID 系統組成

RFID 系統一般由電子標簽、閱讀器、天線、應用軟件系統4 部分組成[2]。

電子標簽又叫射頻識別標簽，里面包含電子芯片和天線，其中電子芯片用來存儲數據，天線用來發送數據。每個標簽有唯一的電子編碼，里面存儲著被識別物體的相關信息[2]。

閱讀器又稱讀寫器，它是應用射頻技術讀寫電子標簽中的內容。讀寫器首先發出一個信號詢問電子標簽，電子標簽收到信號后，做出應答回應一個信號，信號中攜帶電子標簽數據信息，讀寫器收到電子標簽反饋回來的信息便完成了一次標簽識別。

天線對RFID 系統十分重要，是決定RFID 系統性能的關鍵部件[2]。RFID 天線根據頻段范圍可以分為微波天線、高頻段天線和低頻段天線，在高頻段和低頻段常采用線圈形式的天線。天線位于電子標簽和讀寫器中，用來發送信息，是電子標簽和閱讀器溝通的載體。

應用軟件通常是安裝在計算機上的軟件，是可視化的操作系統，通過可視化界面將RFID 系統呈現出來，并且可以對讀寫器發出指令，對讀寫器上傳的數據，進行邏輯判斷。

2.2 RFID 系統工作原理

RFID 系統利用無線射頻方式在讀寫器和電子標簽之間進行非接觸式的雙向數據傳輸[3]，讀寫器通過天線發送一個射頻信號，當電子標簽進入讀寫器的工作區域時，產生感應電流激活電子標簽，電子標簽接收讀寫器發送來的信息，進入等待狀態，根據碰撞算法等待響應，通過天線發送包含自身信息調制后的射頻信號，讀寫器接收到電子標簽的載波，經天線調節器傳送到讀寫器，讀寫器對接收到的信號進行解調和解碼，然后將信號發送給上層應用系統，完成一次讀寫。RFID 系統工作原理圖如圖1 所示。

圖1 RFID 系統原理圖

3 基于RFID 的智慧實訓室管理系統

目前學院實訓設備種類繁多，設備數量龐大。每個實訓管理員名下有大量資產，且實訓管理人員數量有限，倉庫管理由實訓管理員兼職。而資產設備具有存放位置不集中，存放時間長，存放地點開放，設備易丟失等特點。為了改善目前這些情況，我們基于RFID 智慧實訓管理系統主要從以下幾個方面來進行分析：

(1)倉庫資產盤點工作，智能化盤點，自動識別，減輕倉庫管理員負擔。(2)耗材領用申請與購買，網上實現耗材的領用與存量查詢功能。(3)資產流動實時監控功能，實現資產移動實時報警，確保資產安全。(4)資產查詢與報廢跟蹤。

因此，基于RFID 的智慧實訓室管理系統主要解決實訓室的資產管理、倉庫管理和資產基礎數據維護等問題，基于RFID 智慧實訓管理系統架構如圖2 所示，包括感知層，網絡層和應用層三部分[4]。

圖2 RFID 智慧實訓管理系統架構圖

感知層主要是大量的非接觸式射頻識別設備組成。資產設備入庫后，將分得唯一的電子標簽，通過手持RFID 閱讀器或固定閱讀器實現資產數據信息的采集，然后感知層將采集到的數據通過射頻通信系統傳送給網絡層。

網絡層主要由學校局域網和無線網組成。主要功能是將感知層采集來的數據通過公共網絡傳輸至對應服務器中。網絡層還接收應用層下發的指令，利用服務器將接收到的指令下傳到感知層物理設備中，實現應用層命令的下達。因此，網絡層在應用層和感知層中間起傳輸連接作用。

應用層主要由智慧實訓室管理系統和應用數據庫組成，它將網絡層傳輸過來的數據進行分析處理，做出判斷。其中應用數據庫主要是對感知層采集來的數據進行存儲；智慧實訓管理系統是對資產、耗材的分析管理，包括資產的信息查詢，耗材的盤點統計等。

3.1 系統的硬件構成

基于RFID 的智慧實訓室管理系統包括的硬件有資產設備，電子標簽，固定閱讀器，手持閱讀器，服務器，個人終端等設備。硬件系統組成如圖3 所示。

圖3 RFID 硬件系統

(1)服務器：是整個系統的核心，它實現對數據的存儲，服務應用等功能。

(2)固定RFID 閱讀器：能夠對實訓室設備相關的數據進行監測和記錄，通過無線網絡將相關數據上傳至服務器。

(3)手持RFID 閱讀器：錄入具有電子標簽的設備信息，將設備信息存儲于手持機系統中，最后將手持系統中的信息通過USB 接口上傳至服務器中。

(4)電子標簽：每個設備上唯一的標識碼，包含設備的基本信息，粘貼在設備表面，能夠與閱讀器進行通信。電子標簽不易損壞，可以確保設備的可追溯性。

(5)個人終端：各部門管理人員所使用的計算機，通過計算機完成對資產的登記，采購需求，資產查詢，管理維護等問題。

該系統能對資產從購買到維護，轉出，報廢等過程進行跟蹤，能實現資產的智慧管理。購買的資產入庫后將分得唯一的電子標簽，所有資產貼上電子標簽后，用手持閱讀器對資產信息進入錄入，傳送到服務器數據庫中，便可對資產的基礎信息進行查詢，報廢跟蹤。資產清查盤點是資產管理中最重要的一個環節，每個學期學校便會組織一次資產盤點工作，確保資產準確無誤。通過手持RFID 設備，逐一掃描固定資產上的電子標簽，將掃描數據與數據庫的數據進行對比，確認資產盤點無誤[6]。對于貴重資產則每個房間安裝固定閱讀器，通過RFID 閱讀器，對閱讀器覆蓋范圍內的設備進行實時監控，每隔固定周期就對設備信息進行掃描，當連續N個周期（N 為設定值）未掃描到設備，則發出報警信息至管理員端，方便管理員及時掌握資產動態，防止資產流失[5-6]。

3.2 系統的軟件組成

目前，常用的軟件架構有客戶端/服務器（Client/Server，簡稱 C/S）模式和瀏覽器/服務器（Brower/Server，簡稱B/S）模式兩種方式［7］。

在客戶端/服務器模式下，服務器需要采用高性能的主機，在服務器中安裝數據庫，在客戶端開發客戶端應用軟件，客戶端發出消息，服務器需要不斷響應客戶端需求，要求服務器一直處于工作狀態[8]。這種軟件架構結構簡單，擴展性能好，便于升級。但同時這種架構開發成本高，硬件環境不易部署，維護成本高。

瀏覽器/服務器模式是對客戶端/服務器模式的一種改良，在這種模式下，用戶只需要在客戶機上安裝瀏覽器，通過瀏覽器與服務器進行數據交互。這種架構易部署，便于維護，不需要特定的硬件環境，降低了運營成本。

因此，本系統采用瀏覽器/服務器軟件架構，在運用學校現有服務器的基礎上，開發智慧實訓室管理系統，降低開發成本，滿足實訓室管理要求。基于RFID 智慧實訓室管理系統主要包括用戶數據管理模塊、資產管理模塊、倉庫管理模塊、基礎數據管理模塊四個模塊。其功能模塊圖如圖4所示。

圖4 基于RFID 智慧實訓管理系統功能模塊圖

3.2.1 用戶管理模塊

用戶管理模塊用于用戶數據的管理，包括基本信息管理和用戶的權 限設置。用戶類型包括實訓室管理員、倉庫管理員、資產管理員。資產管理員能對整個系統進行維護，包括用戶的添加與刪除，具有超級管理員權限。

3.2.2 資產管理模塊

資產管理模塊包括資產的入庫，新購買的資產可以在標簽數據中存入資產的簡單信息，如資產編碼、名稱、型號、價格、使用單位、存放地點，使用人等基本信息，通過手持閱讀器掃描標簽，便可將資產信息入庫。資產設備入庫后可以在數據庫中看見資產的數據信息，當設備長期不移動時，只需要每學期對設備進行清點、盤算，此時只需手持閱讀器掃描該房間內的資產標簽與數據庫中數據進行核對即可。

在資產管理模塊中還需要對資產進行借出，轉出等操作，傳統的資產管理模式對資產轉出數據更新較慢，該資產管理系統通過實時監控資產設備，采用教室內的固定讀寫器定時掃描室內資產，對數據庫中資產信息進行刷新，當連續N 周期（N 為設定值）未掃描到資產就觸發報警信息，對應的實訓管理員就能收到該設備異常的報警通知，方便管理員實時查看，防止資產被盜。

在資產管理模塊對應的數據庫中還預留了資產維修記錄登記字段，每次設備維護后可以通過掃描標簽，錄入設備維護記錄。設備維護記錄是設備報廢、設備購置的依據之一。

3.2.3 倉庫管理模塊

倉庫管理模塊主要包括資產登記、資產盤點和資產申購三部分內容。物資通過唯一的電子標簽，進行入庫操作；根據師生掃描庫存存量，設定極限值，當庫存存量少于極限值時報警提示應新增購買；倉庫管理模塊也提供查詢和預定功能，科任老師可以通過查詢功能查看該元器件的庫存量，并預定數量，待預訂成功后直接去管理員處領用耗材，實現智慧化管理，減輕實訓管理員負擔。倉庫管理模塊如圖5 所示。

圖5 倉庫管理模塊

3.2.4 基礎數據管理模塊

基礎數據管理模塊可以對所有資產進行查詢管理。根據角色不同數據管理模塊的具體功能不同，實訓管理員可以查詢自己權限下的資產信息，而資產管理員除了可以對資產數據進行查詢統計外，還可以對基礎數據進行修改，不同實訓管理員之間進行調撥。資產查詢如圖6 所示。

圖6 基礎數據管理模塊

4 結語

本文應用RFID 技術于實訓室管理系統中，利用現有的服務器資源構建了一套基于RFID 的智慧實訓室管理系統，管理人員通過可視化界面對實訓室的資產和倉庫耗材的智能化管理，滿足了學院資產管理要求，為實訓管理和任課教師提供了便利。該系統的資產管理模塊對貴重設備防盜提供了新的解決方案，減輕了實訓室管理員的負擔。