基于RFID技术的实验室管理系统设计

张萃珍

摘 要：本文设计了一种实用的基于射频识别技术的实验室管理系统，该实验室管理系统由上位机和下位机两部分组成。首先介绍了系统的整体设计和管理流程，然后给出了系统的测试结果，以期为相关学者的研究提供参考。

关键词：RFID技术;实验室管理系统;上位机;下位机

中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）19-0019-03

Abstract ： In this paper， a practical laboratory management system based on RFID technology was designed. The laboratory management system is composed of host computer and slave computer. This paper first introduced the overall design and management process of the system， and then gave the test results of the system， in order to provide reference for related scholars.

Keywords ： RFID technology;laboratory management system;host computer;slave computer

近年来，教育改革的呼声越来越高，校园信息化建设的诉求也越来越急迫。但目前，多数高校的实验室管理仍采用人工管理的方式，耗费大量人力、物力，管理效益不高，灵活性差，安全性也有所不足，无法适应时代发展的脚步。为适应新时代的发展，各高校应实行实验课程改革，满足学生对课余实验室的渴望，有计划地实行实验室的对外开放。为了实现本目的，本文基于无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）设计了一种新的实验室管理系统，改变了传统的实验室管理方式，节省了人力资源。

1 RFID技术简介

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，其通过无线电信号来识别目标对象并获取数据，识别工作无须人工干预。此外，在识别过程中，系统与特定目标之间无须建立机械或者光学接触，可工作于各种恶劣环境。一套完整的RFID系统包括电子标签、阅读器和应用软件三部分。RFID技术的工作原理是无线电的信号通过调成无线电频率的电磁场，电子标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者由电子标签主动发送某一频率的信号，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理[1]。

2 实验室管理系统的整体设计

基于RFID技术的实验室管理系统主要包括两个部分：下位机和上位机。下位機的主要功能是显示和采集数据，是产品的硬件部分;上位机的功能是管理用户信息和分析数据，是产品的软件部分[2]。系统整体结构如图1所示。

2.1 下位机硬件部分

2.1.1 射频卡，即非接触IC卡。射频卡内的读写器天线利用电感耦合产生感应电流，为射频卡提供电源，并将卡内数据信息发射给读卡器，保证功率匹配，并提供足够的带宽，保证传输无失真数据。

2.1.2 读卡器。这里采用RFID-RC522读卡器。芯片的接收器通过强大和高效的解调译码电路处理接收到的信号，并由单片机对读出的卡内信息进行处理，在液晶屏上完成信息显示。

2.1.3 单片机。单片机是在一块集成电路上把CPU、存储器、定时器/计数器及多种形式的I/O接口集成在一起而构成的微型计算机[3]。本设计采用AT89C52单片机，由ATMEL公司生产，可应用于各种控制场合。

2.1.4 LCD液晶显示屏。LCD液晶显示屏主要用来显示学生的相关信息。

2.2 上位机软件部分

上位机部分是实验室管理系统的管理软件，用于记录下位机采集到的数据，如学生进出实验室的时间。用户也可以登录管理系统查看自己进出的时间。用户登录密码设定了6位字符，用户登录后可根据自己的情况修改密码。上位机的设计基于现有电脑系统即可。上位机利用的编程语言为VB语言。VB，即Visual Basic，是一款由微软开发的包含协助开发环境的事件驱动编程语言。同时，上位机系统使用Access数据库。Access数据库是由微软发布的关联式数据库管理系统，一是可以用来存储数据，二是可用来进行数据分析，三是可以用来开发软件[4]。

上位机的数据库包括用户个人信息（姓名、学号、班级、卡号等信息）以及刷卡时间信息。本文展示了两名用户的信息，如图2所示。

3 系统工作流程设计

实验室管理系统可以一直维持工作状态，便于学生根据自己的时间安排到实验室参加活动。实验室管理系统工作流程具体如图3所示。

实验室管理系统工作时，读卡感应模块红灯亮起。当用户要进入实验室时，根据显示屏上的提示信息刷卡即可进入。用户刷卡时无须接触读卡器，在一定范围内，读卡器就能读取卡内信息。读卡器接收到卡内数据信息时，指示灯亮起，表示刷卡有效，同时信息会在液晶屏上显示，用户可对照检查自己的信息是否存在错误。下位机采集完数据后，会将信息发送到上位机进行分析，上位机软件会自动记录信息，记录内容包括进出时间、姓名、专业、班级等。此外，上位机可生成数据报表供学校师生查看。当卡内信息无效时，指示灯不会亮起，同时显示屏不会有信息显示，这时用户要检查射频卡是否有误。

4 测试结果

实践证明，基于RFID技术的实验室管理系统系统运行良好，实现了信息化管理实验室的目的，学生持射频卡刷卡进出实验室，实验室系统会记录相关信息;实现了人机交流，大大节约了人力成本，方便了学校的管理。

上位机界面简洁，学生可以通过输入学号、密码等个人信息登录管理界面，进行个人信息查询和修改。上位机的登录界面如图4所示。

上位机的用户查询界面如图5所示，用户可以在界面上看到班级、姓名、学号，下方记录的是刷卡时间，方便操作。

上位机从下位机接收到数据后，数据接收系统有效时会显示IC卡的卡号和学生姓名，随后会在数据库的list中产生一条记录，管理教师可以直接从数据库查看出入实验室的学生信息，如图6所示。

5 结语

本文设计了一款基于RFID技术的实验室管理系统，利用射频卡，刷卡方便，且芯片内置，芯片不容易受到外界的破坏。射频卡可用校园卡，节省成本。系统的核心是上位机部分，上位机界面简洁实用，操作便捷，方便数据的记录和查看。该系统不仅可以用于实验室，还可以用于学生宿舍、图书馆、游泳池等场所，有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]周细义，任亚运，肖祥，等.RFID技术在实验室管理系统中的应用研究[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2013（3）：40-44.

[2]陈杰，应时彦，朱华.基于MFRC522的RFID读卡器设计[J].浙江工业大学学报，2014（6）：616-620.

[3]李丹.基于RFID技术的实验室管理系统的设计与实现[J].微型电脑应用，2016（3）：40-41.

[4]唐琳.基于RFID的开放实验室管理系统的硬件设计[J].数字技术与应用，2019（12）：135-136.