基于超高频RFID的实验仪器管理系统的开发

吴晓蕾　赵航涛

摘要：为了提高学校实验设备的管理水平，采用软件工程的方法，运用RUM900+超高频RFID阅读模块，使用C#完成了实验室仪器管理系统的开发，在学校实验设备仓库进行了实验，系统能够完成设备的自主借用和归还管理，达到了设计目的。

关键词：RFID；C#；实验设备；管理系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）08-1980-04

Radio Frequency Identification（简称为RFID）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。随着超高频RFID技术的不断发展，它将在物流[1]、超市[2]、养殖[3]、烟草[4]等的领域得到广泛地应用，取得了良好的经济的社会效益。学校实验仪器数量多，品种杂，使用频繁，目前采用了条码技术，但是由于条形码在使用中容易破损，影响仪器设备的正常管理。运用RUM900+超高频RFID阅读模块，设计并用C#实现了实验室仪器管理系统，能够实现自主借用和归还实验设备，降低了实验管理人工作量，提高了管理水平。

1 系统设计

1.1 总体设计

为了有效解决目前实验仪器管理中存在的问题，系统采用了超高频RFID技术，系统总体结构如图1，实现了自动远距离识别。在每台实验设备贴上超高频电子标签，在每位教师的胸牌（工作证）上贴超高频电子标签。在仓库的入口处安装2台固定式超高频RFID阅读器和对应的天线，每个阅读器通过串口转以太网设备接入校园，设备管理机通过校园网对各个阅读器进行控制，获取阅读器读到的数据。

每个仓库门口的两台固定式阅读器的天线采取错位式安装，当工作人员带着仪器设备进出仓库时，二个阅读器先后识别到人员和仪器设备，同时记录识别的时间。当人员和设备由仓库外进入仓库时，阅读器1先识别到人员和设备，阅读器2后识别到人员和设备；当人员和设备离开仓库，阅读器2先识别到人员和设备，阅读器1后识别到人员和设备。系统程序可以根据两台阅读器读到同一个标签的时间顺序，确认设备是进入仓库还是离开仓库，如果是进入仓库则属于归还或入库，如果是离开仓库则是借用或者报废，在此基础上系统能够实现实验设备的自动借还。

1.2 系统功能设计

1.3 系统的硬件设计

系统的硬件主要包括局域网交换机、无线路由器、PC机、电子标签、阅读器和手持式阅读器。对本系统来讲最重要的是电子标签和阅读器。电子标签是RFID应用的核心，是选择阅读器的主要依据，经过反复测试，最后选择支持ISO1800-6C标准和Gen2的PMU可粘贴电子标签，其天线面积比较大，识别距离远等特点。依据选择的电子标签，结合项目成本，系统选择了支持多标签防冲识别能力的RUM900+阅读器，选配了4个6dbi的圆极化天线，用于仓库进出口阅读器的天线，另外选配了1个2dbi的线极化天线用于贴标阅读器的天线。由于RUM900+不支持以太网，为了能够让阅读器和局域网相联，系统添加了5个串口转以太网的转接设备，其它如交换机、无线路由和PC机均采用现有的设备。

1.4 系统的详细设计

本系统的核心算法是RFID的自动识别，它是设计入库模块、自动借还模块的核心算法。在设计算法前对超高RFID模块的工作原理进行了仔细的分析。首先理解超高频RFDI模块的工作过程。阅读器工作前先要建立连接，然后启动阅读工作，接着读取阅读器读到的数据（电子标签号或用户数据）。阅读器结束识别工作时先要停止阅读器工作，然后断开与阅读器的连接。第二是要使用线程技术解决外设速度慢的问题。由于RUM900+模块是一个外设，读取电子标签是一个比较慢的过程，属于异步工作模式中，通过使用线程有效解决异步问题。第三由于在线程中不能直接改变窗体界面，不能进行复杂的数据处理和数据库操作，因此要通过计时器组件，周期性的对读取的数据处理和数据库操作。第四通过设置全局缓冲数组实现线程和计时器的数据交换。计时器周期性从缓冲数组中读取数据并完成相应的处理，同时在缓冲数组中删除已被读取的数据。第五使用RUM900+阅读器模块提供的API函数，降低算法的复杂度。具体的识别算法如图3，计时器事件算法如图4。系统其它模块，如用户管理、设备注册、入库、查询等模块与一般的应用软件差不多，在此不作详细介绍。

3 结论

本系统在学院实验室设备仓库进行了试运行，在无人值守的情况下完成了设备的自动借还等功能，有效解决了以前使用条形码存在的问题，加快了设备的入库和借还的速度，提高了实验设备的管理水平，得到实验设备管理人员的好评。

参考文献：

[1] 廉小亲，程哲宇.RFID技术在物流自动化管理系统中的应用[J].微计算机信息，2006，11-2：228-230.

[2] 秦毅，彭力.基于RFID的超市物联网购物引导系统的设计与实现[J].计算机研究与发展，2010，47（22）：450-354.

[3] 周仲芳，游洪.RFID技术在活猪检验检疫监督管理中的应用研究[J].农业工程学报，2008，2：241-245.

[4] 田景贺，范玉顺.基于RFID的烟草物流分拣系统设计[J].仪器仪表学报，2006，6：1875-1877.