基于RFID技术的目标对象监控管理系统的设计

张丽英，王宪伟，李 及

(1.长春大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022;2.吉林农业大学 发展学院，吉林 长春 130600)

基于RFID技术的目标对象监控管理系统的设计

张丽英1，王宪伟1，李 及2

(1.长春大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022;2.吉林农业大学 发展学院，吉林 长春 130600)

介绍了基于RFID技术的目标对象监控管理系统的设计。该系统主要由三大部分构成，监测探头、跟踪器、上位机。该系统采用RFID技术实现对目标对象实时监控、管理和出现未经授权的非法移动时，报警并及时通知相关人员及管理部门，帮助查清目标对象所处方位，尽快的找到丢失重要物件，减少损失。

RFID;监测探头;跟踪器;目标对象

0 引言

日常生活中总有一些重要物件及危险物品存放、使用，在存放或使用过程中，有可能丢失，造成一定的损失，尤其是一些危险物品丢失，会对公众造成一定的损伤，引起公众恐慌，造成一定经济损失。如何监督管理好重要物件及危险物品，丢失后迅速找回是减少这类事件造成严重后果的关键，也是丢失者及相关管理部门急需解决的问题之一。目标对象监控管理系统就是基于上述要求设计的。

目标对象监控管理系统由三个部分组成：监测对象、跟综器、上位机。正常情况时下附着在目标对象上的跟踪器每隔2秒钟发射信息码，探测头收到信息后，向跟踪器回复一信息码。如果跟踪器与探测头联系正常，则系统不报警，如果跟踪器与探测头联系中断，目标对象出现未经授权的非法移动时，系统立即通知值班人员和监管部门，附着在目标对象上的跟踪器中的GPSGSM系统自动启动工作，实时监测和跟踪功能，并定时向指定手机号码和上位机发送报警短信及相关资料，并显示目标对象所在位置。管理部门也会很快根据上位机存放的相关信息，确定该目标对象的身份及相关资料，以采取相应的措施。

1 监测探头设计

监测探头是由单片机C8051F340作为控制核心，由键盘显示、串口通讯和RFID无线射频模块等电路组成，整体框图见图1。C8051F340是完全集成的混合信号片上系统型MCU，48 MI/s速率、流水线结构的8051兼容微控制器内核;全速、非侵入式的在线调试接口;8个灵活的端点通道，具有收发器和1 KB FIFO RAM的USB功能控制器;带有模拟多路器的10位200 KS/s的单端/差分ADC;12 MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器;64 KB的片内Flash存储器;4352字节片内RAM;5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列;3.3 V工作电压，功耗低且带有片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器;40个I/O端口。控制单元电路见图2。

图1 系统监测探头

射频卡作为信息通讯模块，安装在监测探头和跟踪器上。本设计选择的无线收发模块是挪威Nordic公司推出的nRF2401，2.4GHz无线收发一体芯片。它将射频、8051MCU、9通道12位ADC、外围元件、电感和滤波器全部集成到芯片中，并采用2.4GHz全球开放ISM频带和0.18μm工艺，可提供ShockBurst、DuoCeiv-er、片上CRC以及地址计算编码等功能。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能、设计方便。

监测探头和PC机终端通讯采用标准RS-232协议。监测探头装置将目标对象的基本信息传送至PC机，便于管理和维护，同时在目标对象被移动时能够在电脑上动态定位跟踪，提供目标对象的位置和基本情况。

图2 控制单元电路

2 跟踪器设计

跟踪器是附在目标对象上，主要由六部分构成，见图3跟踪器电路框图。

附在跟踪器的供电电源是保证在线监控系统能否长期正常工作的关键部分，故我们按控制器休眠节电工作方式和低功耗进行了设计。电源采用大容量长时间待机的锂电电池组，系统芯片均选用+3V供电模式，定期休眠待机以节省功耗，仅由RFID射频卡在指定范围内与监测探头保持联络，当目标对象被非法移动时跟踪器报警，并启动GSM移动通信模块和GPS定位模块工作，这样可达到省电、延长装置使用寿命的目的。

跟踪器上的RFID射频卡其功能和原理与监测探头相符。GSM(Global System for Mobile Communication全球移动通信系统)采用西门子公司的TC35i模块，与单片机串口连接。该模块的工作电压为3.3-5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2W(900M)和1W(1800M)。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。

GPS(Global Positioning System全球定位系统)采用ProGin公司的SR-92，启动时间短，捕捉信息较快，无需另加接收天线，体积小。供电电源范围宽：3.3V～5.5V，具有备用电池，对外仅有5个引脚。该部分电路实现了对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量，从而产生计算位置的数据信息(包括：纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等)，数据更新率为每秒一次。

3 系统的软件设计

本系统软件设计采用模块化、结构化设计方法，可读性强、便于今后改进和升级。整个程序由主从式的多点RFID无线通讯、键盘处理、显示及参数设置、GPS信息提取、短信息模块和上位机管理软件等组成。

系统监测探头主要完成对附在目标对象上跟踪器参数输入和命令的控制。上电后单片机对所有外设及功能电路引导进入程序初始化状态，如果需要修改系统相关参数，可配合按键及菜单选项进行，分别具有“目标管理”“报警电话”“修改密码”“运行”菜单项。正常工作时由RFID射频卡与跟踪器保持通讯联系，处于监控状态。根据RFID通讯协议，可以由一个系统监控终端监控多点跟踪器，在点阵屏上显示监控状态和结果。

跟踪器上电复位后，进入待机状态，在接收到系统监测探头通过RFID发送的启动命令ID+“启动”后，判别与本跟踪器的ID号一致则进入监控状态，否则继续等待。跟踪器上的C8051F330单片机定时休眠以降低功耗，唤醒后与系统监测探头的RFID模块保持通讯，在两者间互相得到对方的应答信号，说明监控正常，未超出监控范围，如果保持通讯联系失败，3S内连续发出请求联络信号，均未成功则认为失去控制，此时启动GSM移动通信模块和GPS定位模块工作，向预置在跟踪器存储器上的移动监控终端发送报警信息，将当前GPS的有效地理信息以短信方式传送出去，并通过PC机监控软件对失控的目标对象进行查找和跟踪定位。见图4跟踪器工作流程图。

图3 跟踪器电路框图

图4 跟踪器工作流程图

PC机作为监控终端，界面采用VC++6.0开发工具结合GIS电子地图定位管理软件系统，当目标对象出现未经授权的非法移动时，附着在目标对象上跟踪器中的GPS、GSM系统自动启动工作，运行实时监测和跟踪功能，定时向指定手机号码和PC机发送报警短信，并显示目标对象所在位置。

4 结语

基于RFID技术的目标对象监控管理系统的设计与实现，不仅能够实现对一些重要物件及危险物品存放、使用的监督管理，且在一些重要物件及危险物品丢失很快帮助查清目标对象所处方位，尽快的找到丢失重要物件，减少损失。该项目的主要部分已申请两项专利。

［1］ 王存美.放射源监管信息系统的设计与集成［J］.地球信息科学，2008(6)：401-407.

［2］ 刘冬生.RFID标签芯片的最新研究进展［J］.微电子学，2007(12)：779-784.

［3］ 周晓光.频识别(RFID)技术原理与应用实例［M］.北京：人民邮电出版社，2006.

［4］ 李春广.GSM的可移动危险源处警系统的研究［J］.中国安全科学报，2007(6)：120-124.

责任编辑：吴旭云

The design of target object monitoring and management system based on RFID technique

ZHANG Li-ying1，WANG Xian-wei1，LI Ji2
(1.College of Electronic Information Engineering，Changchun University，Changchun 130022，China; 2.Development College，Jilin Agricultural University，Changchun 130600，China)

This paper introduces the design of target object monitoring and management system which is based on RFID technique.This system is composed of three parts such as monitoring probe，tracker and host computer.It realizes the real-time target object monitoring and management by using RFID technique，alarms and reminds relevant staff and department to check the target＇s position and find the missing important object so as to avoid losses when there is illegal movement without authorization.

RFID;monitoring probe;tracker;object target

TP277

A

1009-3907(2010)08-0051-03

2010-06-03

吉林省教育厅“十一五”科学技术研究项目：吉教科合字［2009第578号］

张丽英(1958-)，女，吉林长春人，教授，主要从事检测技术与智能控制方面的研究。