基于开放服务的RFID信息采集系统的研究与实现*

2011-10-18林海旦吴立群

中国教育信息化 2011年12期

关键词：读卡读卡器卡片

林海旦，吴立群，樊冰

（杭州电子科技大学实验室与资产管理处，浙江杭州 310018）

基于开放服务的RFID信息采集系统的研究与实现*

林海旦，吴立群，樊冰

（杭州电子科技大学实验室与资产管理处，浙江杭州 310018）

为了能够准确地得到何时、何地、何人使用了何实验室和大型仪器等数据，从而统计实验室和大型仪器的使用率、开放共享等情况，本文提出了利用RFID技术实现与高校实验室与大仪开放共享网络化平台结合使用的刷卡信息采集系统，并对RFID刷卡系统的架构、信息采集方法等进行了分析，最后，阐述了RFID刷卡系统的组成模块、信息显示功能及配置方法。该系统的开发与应用，有利于更好地实现实验室与大仪的开放共享。

RFID；实验室；大型仪器

在当今各高校中，实验室和大型仪器的开放共享面临着很多问题，为方便实验室和大型仪器向学生全天候开放，许多高校日前已经着手开发网络化开放共享管理平台，提供对实验设备方便快捷的自助式预约服务，网上预约，网上审核，实现对实验室和大型仪器的有效利用[1-4]。然而，目前市场上已有的信息采集器[5]基本都需要配备电脑,成本较大。为此,笔者所在学校结合RFID技术[6]，研究并实现了新型的具有自动登记、计时、支付等功能的信息采集系统,该系统还能监控是否真正实行了开放以及实现运行状态的监测。[7]

一、RFID信息采集系统的分析与设计

1.RFID信息采集系统架构

为了实现在实验室与大型仪器开放使用时，采用学校现有的一卡通系统作为身份认证平台，借助现有卡介质和查询密码进行登录和刷卡认证，实现高效率、低成本地了解实验室和大型仪器的开放情况[8][9]，本文提出利用无线传感网络技术、RFID技术和现代网络技术等对实验室仪器设备的使用情况进行数据采集、传输、统计和信息化管理。系统的具体架构如图1所示。

图1中从上往下分别是学校实验室与仪器管理中心、各学院数据中心服务器、各实验室、大型仪器，最后一层表示使用该实验室或仪器的人员。

2.RFID系统信息采集方法

在RFID刷卡器上刷的用于确认身份的卡片使用现在很普遍的校园一卡通。读写器放置于进门处，利用RFID技术，读取卡片序列号以后传送至PC实验室管理子系统进行登记确认。[10]嵌入式RFID读卡器还能够布置在大型仪器或者贵重仪器附近，以控制和统计使用权限、使用人数、使用时间长短等。每一个嵌入式RFID读写器配备一块显示屏。该嵌入式RFID读卡器不需要另外配置PC进行工作，可以“上电即工作”。在第一次布置嵌入式RFID读卡器以后，以后的每一次工作只需要给其提供电源和相应的接插线即可，不需要额外的人工操作。具体的信息采集流程如图2所示。

嵌入式读卡器内部可以写入预先确定的信息，如布置时候写入的用于区分各个读卡器的序列号；大型仪器设备的描述及使用注意事项；最新一次操作修改记录等均可以写入其中。显示屏上需要的定制信息除了通过服务器向读卡器发送以外，也可以预先写入读卡器中。

二、RFID信息采集系统的实现

1.RFID刷卡器的组成模块

在分析与设计成熟的基础上，进行了产品外观与模具的设计，第一期制作成的刷卡器外观如图3所示，RFID刷卡器组成可以分为五个部分：

（1）2.8寸TFT液晶屏。液晶屏作为读写节点的用户界面载体，用于显示各种信息，包括服务器返回的姓名、学号、通知、错误提示等信息。

（2）无线模块。无线模块是无线网络的基础，用于完成无线网络的数据通信、组网协议实现的功能。每一个读卡节点都有一个无线模块，起终端作用的读卡节点搭载的是工作于终端模式的无线模块；相应地，起路由作用的读卡节点搭载的是工作于路由模式的无线模块。

（3）读卡模块。读卡模块用于用户登录时提供卡号信息。读卡模块采用ISO/IEC 1444A协议标准，可以读取“校园一卡通”标准卡片的卡号信息，并将卡号信息通过SPI接口发送到主控的STM32芯片上进行进一步处理。

（4）以太网接口。以太网接口用于整个无线网络与数据库的通信中。以太网接口可以使用普通网线进行驳接，使用该接口前，需要启动服务器并提供DHCP服务（如果不使用DHCP服务，则需要提前在配置中进行设置）。

（5）两个按键用于用户登录与注销。在将卡片放到读卡模块上以后，按下左边的“登录”按键读取卡号并向服务器发起登录请求，登录成功以后将在液晶屏上显示卡片对应的用户姓名与卡号等信息。成功登录以后，按下右边的“注销”按键将向服务器发起注销请求，注销成功将在服务器上消去已登录的记录。

嵌入式RFID读卡器将预留接口用于出厂设置及布置、更改设置用。更改嵌入式RFID读卡器的设置，需要一台与读卡器预留接口连接的PC，并在PC上运行相应软件来进行。

2.RFID刷卡器显示功能模块

液晶屏在开机以后显示的界面由背景图片和正面信息栏组成。背景图片包括标题“RFID设备管理系统”、校徽底纹及分栏的横线。正面信息栏由以下部分组成：

（1）用户信息。这里用户信息为姓名、学号，通过读取服务器返回的响应数据包读取其中的姓名、学号，并显示在用户信息中。

（2）网络连接状态。网络连接状态包括无线网络状态和以太网连接状态两种。刚开机时为断开状态。终端节点搜索无线信号成功后会打开无线连接成功的图标（即无线连接状态的红色“X”标识消失）。路由节点除了无线网络状态以外还有以太网连接状态图标，成功连接服务器以后会打开以太网连接成功的图标（相应的红色“X”标识消失）。

（3）通知信息。通知信息包括服务器返回的通知信息、开机欢迎词、提醒信息等。通知信息显示的位置在校徽图标对应的文字栏。

（4）卡片状态信息。卡片状态指的是登录成功、注销成功等提醒信息。卡片信息显示于通知信息下一栏。即图3所示的最后一栏中。

三、RFID信息采集系统的配置

使用RFID系统之前，需要对该系统进行配置：

（1）在服务器上架设数据库。这里包括用户数据库、设备数据库的建设和对应。

（2）配置路由节点。包括配置路由节点的IP分配方式，服务器IP地址确定，路由节点的设备号分配，无线路由模块分配等。

（3）配置终端节点。主要是进行设备号分配和无线终端模块分配。

配置好RFID实验室管理系统之后，就可以使用用户数据库登记过的RFID卡片进行用户登录、注销等动作。由于需要控制的模块比较多，需要判断和运行的流程也比较多，实验室管理系统的读卡节点采用了一个实时操作系统。

此外，必须有与刷卡器配套的主服务器端软件，该软件的功能包括人员数据库读取比较、实验室编号记录、仪器设备使用记录、使用时间统计、预订信息确认、控制命令发送等等。这里的控制命令发送主要指向系统中的其他系统发布命令，包括同步时间命令和接通关闭命令。主服务器端软件主要包括以下几个数据库：人员信息数据库、实验室信息数据库、仪器设备数据库、记录信息数据库、预订记录数据库等。由于需要使用校园一卡通的数据，必须与校园一卡通的数据库定期进行同步刷新。除此之外，通知和其他相关的定制内容也可以通过该服务器端软件进行发布。

四、结束语

本系统整合了RFID、无线网络、以太网以及数据库的技术，通过一个实时操作系统完成各个子模块子系统的功能实现，完成了自动统计、识别、记录进出实验室者以及使用大型仪器的人员的身份、时间以及使用实验室和大型仪器的时间等信息。RFID刷卡系统能给管理者提供实验室和大型仪器的使用效率等信息，同时也能使管理者对何时何地何人使用了何实验室和仪器一目了然。该系统可以布置在不同学院所属的不同实验室中，通过服务器进行统一管理和监控实验室与大型仪器的开放共享。

[1]院婕,刘朝晖,王蓓.高校开放实验室信息管理系统的研究与实现[J].南华大学学报(自然科学版)，2008，22(1): 80-83．

[2]杨春，唐杰，强勇军,等.实验室网络管理平台的构建与应用[J].实验科学与技术，2006(3):93-95.

[3]张琦,连剑波,张麟.基于Web的实验室信息管理系统的设计[J].实验科学与技术，2009(4):138-140．

[4]黄小斌.大型仪器设备管理使用的研究与实践[J].实验技术与管理,2009,26(9):171-172,177．

[5]杨安,欧阳奇.仪器设备平台资源共享系统[J].实验室研究与探索,2008,27(8):147-150．

[6]粘华.开放平台实验室RFID管理系统设计[J].实验室科学,2009(1):129-131．

[7]郭海平,倪振文.无线射频识别在高校仪器设备管理中的应用[J].实验室研究与探索，2010,29(2):171-173．

[8]饶增仁，郭明超．RFID及识别技术在开放实验室中的应用[J].兰州大学学报(自然科学版)，2009,45(6):157-159．

[9]项晓慧,阮慧,李五一．高校大型仪器共享管理系统建设的探讨与实践[J].实验技术与管理，2011,28(1):196-199．

[10]王红林．基于RFID技术的门控管理系统设计与实现[D].南京:南京信息工程大学,2006．

（编辑：隗爽）

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