基于超高频RFID设备借还系统硬件的设计

古智锋 陈娟

摘 要：随着学校规模的扩大，学生人数的增多，所需设备数量也与日俱增，常用的纸质登记或手动登记设备信息的方式已经无法满足日常的设备使用记录需求。针对该现状，文章提出将超高频RFID引入到日常教学设备管理当中，就该设备硬件提出设计方案，在不接触的情况下实现设备信息的读取与记录，并且通过手持设备能对设备数量进行统计。

关键词：超高频RFID；借还系统

一、概述

RFID技术，目前应用在IC卡、磁卡、条码、摄像等自动识别技术中。在其应用的过程中，充分展现了其自身的优势：非接触操作；不会产生机械磨损的现象；能够识高速运行的物体，或者同时识别不同的电子标签；读写器不对用户直接开放，可以确保信息的安全性；标签、读写器之间可以相互认证，完成信息的存储、通信。

超高频RFID设备借还系统主要是利用超高频RFID远距离读取标签的特性，只要设备经过相应的区域，超高频RFID就能读取到设备的编号并进行数据标准化后本地保存，通过串口或者其他方式对数据进行发送。

二、功能设计

（一）设备编号检测机功能设计

设备编号检测中考虑到不同时间段借还人员密度不同，所有通道都可双向使用，另外还有不同标签信号间的干扰问题，所以在设备编号检测区的通道需要进行一定的限制设计，让不同功能区的信息传输互不干扰，检测数据采用24L01无线模块和串口两种方式发送。

（二）手持盘点机功能设计

手持盘点机主要用于对数据进行统计和查看，所以在设计手持盘点机时选用12864屏幕，以保证显示的内容足够丰富，与其他彩色大屏幕相比，12864除了价格低廉以外，本身质量过硬，功耗低等有点，在阳光直射环境下不会导致模糊不清。数据接收方式上采用了有线和无线两种方式，使得可以应用与更多的环境下。

三、硬件电路设计

（一）设备编号检测控制器的硬件电路的设计

（1）STM32F103单片机。单片机作为本文设计的核心，主要用于对超高频RFID模块控制，能够获取标签的ID，将标签数据和借用人数据相整合并保存到列表中，同时检测到手持设备连接后会上传指定时间段的数据，STM32F103具备多个串口，可以满足对多个串口数据进行接收和发送，多达7个定时器使得在多任务处理方面变得更加灵活，80个多功能IO口使得对外部设备的扩展更为丰富。

（2）超高频RFID模块。采用的是网源超高频远距离读取一体机，该一体机距离远，提供串口可以二次开发，可调节功率，从而调节读卡距离远近，可主动读卡和被动读卡，完全做到不停留读取标签数据，且能自动过滤相同的标签，避免重复，单卡读取时间小于 10MS，具有防碰撞读取功能，可识别多个不同标签，支持串口输出。单片机通过接收由超高频RFID模块传输过来的数据，将数据保存到Flash当中，当手持盘点机发送连接命令时即可和编号检测机进行数据通讯，本文在设计时采用价格低廉的24L01作为无线数据传输的模块，将设备编号检测结果传送到手持盘点机进行查阅。

（二）手持盘点机的设计

手持盘点机主要适用于设备的统计，通过与设备编号检测机相连接设备活动数据，可以对接收的数据进行统计，也可以通过安装在手持盘点机中的超高频RFID读取模块对设备群中的设备进行检测，统计出目前空闲设备的数量，并且可以快速寻找某个特定编号所在的大概区域，实现目标编号设备的快速寻找。

在主控上选用STM32F103，除了统一硬件控制器外，还带来了开发上的便利，而且STM32F103上的资源也是非常丰富的，这点在本文中有提到，由于功耗低，所带来的续航时间也是相当可观的，能满足长时间连续使用的要求。

（三）金属环境下的标签信号优化

由于UHF标签的工作介质是电磁波，所以金属会对UHF标签产生很大的影响，金属不仅会吸收电磁波而且还会反射，从而改变电磁场的空间和强度的分布，如果金属靠近标签贴纸的天线，电磁波会被反射回来，还会与原来的电磁场相互叠加，从而引起电磁场的减弱。

为避免这个问题，使用了一个短路环偶级子天线模型，并且还加入了一个阻抗臂（L3），可以通过调节阻抗臂长度和宽度，達到调节输入阻抗的目的，从而更好的优化天线，如图1所示。

本文通过设计基于超高频RFID为核心的设备管理系统，介绍了超高频RFID在实验室中设备管理中的应用，以STM32F103为主控制器，设计出了方便高效的管理系统，同时将非接触式设备管理系统应用在教学管理中开了头，为后续更多功能的开发提供了铺垫，也为设备管理方式提供了一种思路。

参考文献

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[2] 张同飞.超高频RFID抗金属电子标签天线研究[A].天津市电子学会、天津市仪器仪表学会.第三十二届中国（天津）2018IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C].天津市电子学会、天津市仪器仪表学会：天津市电子学会，2018：4.

[3] 樊慧丽，邵波.智能机器人图书盘点创新实践与思考——以南京大学图书馆为例[J].图书馆，2018（09）：96-100.

基金项目：广州大学华软软件学院科学研究、教育教学研究项目“基于超高频RFID实验室课堂设备借还系统的研究与设计”（编号ky201813）。

作者简介：古智锋（1989- ），男，广东梅州人，本科，助理实验师，研究方向：电子与通讯；陈娟（1991- ），女，广东梅州人，本科，中小学二级教师，研究方向：小学科学。