基于RFID的婴儿电子防盗系统的设计

吴振龙

(杭州师范大学钱江学院 理工分院，杭州 310036)

基于RFID的婴儿电子防盗系统的设计

吴振龙

(杭州师范大学钱江学院 理工分院，杭州 310036)

针对医院传统的婴儿标识方式存在的问题，引入RFID先进技术，在此基础上，设计了一种婴儿电子防盗系统，重点探讨了系统设计方案、电子标签、读卡器、中间件设计、应用软件的设计，该系统能够有效保护婴儿的安全。

RFID;婴儿防盗;电子标签;读卡器;中间件

0 引 言

目前，婴儿的安全一直都是医院管理中的重要环节，传统的做法是：新生儿出生后在其脚腕或手腕上加戴标志环，上面登记妈妈的姓名和住院号，但这只是一个人为设置的被动标志环，在工作中存着诸多隐患，医护人员的大意或者犯罪分子的有意盗窃，都有可能发生婴儿被盗或抱错的事故，给相关医院和家庭造成灾难性的后果。因此，医院急需一种主动更加安全可靠的婴儿标识及防盗系统。本文设计了一种基于RFID(Radio Frequency IDentification)的婴儿电子防盗系统，利用射频技术和计算机技术优势，为婴儿识别与管理提供更有效的手段。

1 RFID及其应用系统的一般组成

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，利用射频信号和空间耦合(电磁或电磁耦合)的传输特性,以实现对被识别物体所带信息的自动提取和识别，且可同时识别多个标签，操作快捷方便，具有无需光源、非接触式和穿透性等优点[1-2]。

典型的RFID 应用系统主要由四个部分组成[3-4]。

电子标签：附加到物体上的用以标识目标对象的芯片，每个标签具有唯一编码；

阅读器：用于读取电子标签中的编码等信息,分为手持阅读器或固定阅读器；

中间件：处于系统硬件和数据库、应用软件之间，主要负责事件的处理、进程的管理、网络的管理、安全的管理等；

应用软件：根据实际应用需求开发的上层软件。

2 系统总体结构设计

经过对医院的调研，明确系统所需实现的基本功能主要有以下两个方面：1)实现新生儿从出生到出院期间，在其可能出现的所有场所(如护士站、洗澡房、母婴室、走廊等)，进行全天不间断地实时监护；2)一旦出现异常情况(例如：婴儿电子标签被破坏、在不被允许的时间段婴儿被非法抱离母婴室、洗澡房等区域等情况)，系统能够及时发现并发出警报，进而采取相应的处理措施。针对这些要求，基于RFID的婴儿电子防盗系统总体结构设计如图1所示。

图1 婴儿电子防盗系统总体结构

所设计的电子防盗系统系统包括电子标签数据采集、数据通信、数据处理和上层应用等四个部分。

数据采集：由佩戴在婴儿身上的电子标签、出口检测器、分布在监控区域的RFID阅读器组成，负责婴儿标签数据的实时收集；

数据通信：由独立组网构成，也可以由医院现有的网络构成，负责发送婴儿电子标签信息和系统的各种交互信息；

数据处理：由中间件和服务器等构成。中间件负责对采集到的数据进行缓存、校验、匹配，处理因传输过程中的干扰及冲突引起的数据失效问题，或因上层应用的不规范操作导致的数据不完整及数据冗余等问题；服务器根据上层应用的命令，负责对采集到的数据进行归类、检索及汇总等操作，供上层业务应用调用；

上层应用：包括安防监控中心、护士站、门禁、警报等，负责判断电子标签所处的位置、目前是否处于正常状态，通过查询数据库服务器及时了解佩戴该电子标签的新生儿的有关信息，另外还可与门禁及报警系统实现联动。

3 系统硬件设计

3.1 标签和阅读器设计

阅读器硬件电路的主控核心是MSP430单片机，外围主要由信号发射天线、射频模块、以太网通信接口、稳压电源组成；电子标签硬件电路的主控核心也是MSP430单片机，外围电路包括天线、射频模块和电池电源(因电子标签佩戴在婴儿的身上，所以必须用电池供电)组成。射频接口均采用nRF24L01射频模块，设计为主动式RFID系统，在通常情况下，RFID标签每隔8秒向系统发送一个交互信号，以指示该标签正常。阅读器和电子标签的硬件电路结构框图如图2所示。

图2 阅读器和电子标签的核心硬件电路框图

3.2 RFID中间件设计

对于每一个RFID阅读器都需要单独供电，而且其通信接口大部分都采用RS-232或RS-485，与计算机网络相连时，必然需要增加很多串行接口卡等进行转换，另外，由于通信速度的限制，这种接口也难以处理大量RFID的数据。针对这个问题，本设计采用POE供电的RFID中间件方案。

通过中间件与多个RFID阅读器相连，并提供以太网接口与电源，这样就克服了现场布线对长度限制问题。此外，通信网关进行初步地有效地过滤和处理许多的RFID阅读器收集到的数据，将符合该系统上层应用需要的数据传输给相应的计算机系统。RFID中间件硬件的结构如图3所示。

图3 RFID中间件硬件的结构图

4 应用软件设计

系统应用软件工作流程示意如图4所示，在系统中登记并激活后，系统数据库存储电子标签的相关数据，并开始以查询或中断的方式实时检测所有电子标签的当前状态。当某一婴儿身上的RFID标签被破坏时，该RFID标签立即向系统发送被破坏数据信号，系统进入标签被破坏警报模块，显示出标签位置，并且及时通知预先设定好的医生或护士，同时也通知安保人员，以便能够现场进行处理；当婴儿被非授权或非法带离病房到达出口监控区域时，该婴儿身上的电子标签能够被出口监视装置识别，进入出口报警模块，发出出口警报信号，并显示电子标签的当前位置，输出门控信号，自动将楼层大门关闭，同时通知安保人员，以便能够到达现场进行处理；一般情况下，系统会定时检测各个电子标签的当前状态是否处于其他非正常状态；同时通过系统还可以为婴儿进行出院登记。

图4 婴儿电子防盗系统的主流程示意图

5 结语

与目前医院广泛采用的传统婴儿标识方式相比，基于RFID的婴儿电子防盗系统能够对医院婴儿实现24小时不间断监控，更好地防止医院婴儿被盗和抱错，该系统可以保护婴儿的安全，减轻医务人员的工作，可以充分提高医院管理水平和质量。该系统的设计对RFID技术应用于其他相关领域也具有一定的参考价值。

[1] 曹世华，赵方.一种RFID婴儿监护系统应用模型研究与实现[J].微计算机应用，2008(9)：89-94.

[2] 徐云.一种RFID中间件设计与实现[J].信息安全与技术，2013(8)：72-74.

[3] 田鹏辉，隋立春.RFID医院婴儿智能防盗系统设计[J].现代电子技术，2011(6)：93-95.

[4] 顾希.自行研制RFID母婴识别及婴儿防盗系统[J].中国医疗设备,2011(6)：37-39.

(责任编辑：尹晓琦)

Design of Infant Electronic Anti-theft System Based on RFID

WU Zhen-long

(Qianjiang College Science and Technology, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036,China)

Aiming at the existing problems of the traditional identification method for infants in the hospital, a RFID(Radio Frequency Identification)was introduced. Based on it, an infant electronic anti-theft system was designed. The design of system, electronic tag, card reader, middleware and software has carried on the detailed study. The system can effectively protect the infant.

RFID; infant security; electronic tag; card reader; middleware

2015-05-06

吴振龙(1992-)，男，江苏淮安人。

TN911.23

A

1009-7961(2015)03-0027-03