基于GSBMDP 标签检测算法的外出作业防丢助手

唐 灏， 王宇坤， 李岩聪， 钟树强

（江门职业技术学院， 广东 江门 529090）

引言

从全球范围来看，欧美等发达国家的RFID 技术已经相对成熟，相关的软硬件技术与应用领域均走在世界前列。国内对RFID 技术发展起步较慢，在RFID 产业化上的发展较为落后。RFID 系统主要对物品信息进行实时识别、读取、传送，最终实现对物体的管理[1]。目前我国RFID 企业总数超过100 家，但是缺乏关键技术，特别是在超高频RFID 方面，在RFID 寻物技术方面的技术研究更是少之又少，目前我国的RFID 寻物技术较多的是低高频RFID 技术，无法做到精准寻物，标签误读率、错读率极高，且技术单一，无法做到数据互通，在智能化领域并未进行深度拓展。国内的企业也急切需要高精准、智能化的RFID 寻物系统为企业解决物品丢失的问题。

RFID 技术作为物联网的核心支撑技术，利用无线射频信号的反向散射原理，无需与被识别物体接触，便可快速、实时、准确地获取物体相关数据[2]。

1 作品总论

1.1 目的和意义

我国企事业单位根据工作需要安排工作人员外出进行安装调试、设备维修、上井服务等外出作业，外出作业经常出现工具丢失的问题。比如电信、电网等经常需要外出作业的大中型企业工作人员外出作业时每年工具丢失造成不必要的损失价值高达几十万甚至上百万。在现阶段普遍采用的工具收集模式，大多靠《外出施工工具、材料管理制度》进行制度化约束人工进行收集，但传统的人工收集存在工作繁琐、人为失误性大等不人性化的问题造成难以落实管理，如何规范管理外出作业工具一直困扰着各个企业。

为解决外出作业工具丢失问题我们设计外出作业工具防丢助手。本系统主要采用RFID 标签大规模算法检测技术和NB-IOT 通信技术解决企业外出作业时工具丢失的问题。本系统的基本架构为：首先通过语音系统控制RFID 标签寻物系统扫描工具的标签信息，并直接通过串口屏进行显示，工作人员可以即时查看是否有物品丢失，其次数据通过NB-IOT技术上传到云端，然后每次系统检测的信息都会储存在云服务器中，最后终端管理作业人员可通过PC或移动端网页查阅每次作业后的工具使用情况，为企业智能化管理提供数据支持。

1.2 作品基本介绍

本系统使用是基于STM32 系列单片机主、从机的RFID 技术的语音物联网智能多功能自动化寻物系统，通过物联网数据管理平台管理物品信息，对物品信息进行智能化管理。本系统通过语音系统控制RFID 寻物系统扫描物品的标签信息，收集物品的信息，把已扫描到的物品通过串口屏一一显示，并通过语音报读告知用户已检测到的物品和丢失的物品，并且通过自动寻找所遗失物体位置，提高系统的可操作性，同时，本系统通过物联网NB-IOT 模块将标签信息实时传回云端，把每次的检测的记录保存到云端，可供管理人员查阅。

本系统采用布鲁姆过滤器丢失标签检测算法GSBMDP 提高在海量标签中检测正确度。第一，将所有标签进行有效分组，对不同分组进行检测；第二，通过采样布鲁姆过滤器降低采样的干扰，排除集合U 中的非期望标签；第三，通过重构BF 进行身份测试找出丢失的标签[3]。

为了实现智能化管理，本系统通过网页的开发，用户可通过电脑或手机登陆网页查看物品数据，为用户提供更便捷的服务。系统总体框图如图1 所示。

2 系统功能与方案设计

该系统主要由八个部分组成，分别是STM32F103ZET6 单片机过滤模块、RFID 读写模块、HMI 串口屏显示模块、天线模块、电源模块、物联网模块、语音模块以及网页查询系统。STM32 单片机接收RFID 读写模块检测到的标签信息基于GSBMDP标签检测算法处理数据，并将标签信息传输到串口屏显示[4]。

RFID 读写器模块采用低功耗、可靠性高的UHFEPC G2 读写模块，能对RFID 电子标签远距离、高频率、多标签同时自动扫描识别与检测。我们在工具箱的顶部安装RFID 读写模块，它能多标签同时读写处理并且上传终端平台上显示工具的齐全（丢失）情况，解决了户外工作人员清点工具的烦恼。

物联网模块的主芯片采用STM32L151C8T6 低功耗单片机和BC-28 模块，使用中国电信物联网卡对数据进行传输，采用3.7 V，3 000 mAh 的锂电池对其进行供电，使用RS232 串口与BC-28 模块进行数据交互，将物品信息通过该串口传输到BC-28模块，该开发板功耗极低，达到uA 级别，经测传输数据完成后，110 s 后进入休眠状态，当有数据上传时，立即数据发送到云端，非常适合企业单位使用。

网页查询系统设计UDP 服务器，编写程序。因为考虑到实时性，所以选择UDP 为主要的网络通信技术。UDP 是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端UDP 传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制在接收端，UDP 把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。数据收发时，创建一个Socket 并监听端口。然后启动线程接收数据。用一个链表保存所有连上的客户端，并通知连接成功。这样，客户端就有机会处理这一事件并作一些动作。最后，当客户端断开时，向服务器发送一个事件，服务器就可以做一些收尾工作。数据处理，服务器收到客户端发送的数据包，先进行解码，再进行解析，然后存进数据库，并对外提供接口，查询相关标签数据[5]。

3 系统测试

本系统为一个整体部分，首先将准备好的标签贴在相对应的工具上，当工人结束工作时，将所有工具放入智能工具箱后盖上盖子，开始进行工具检测，智能工具箱的检测分为手动检测以及语音检测。

手动检测：手动检测需要在HMI 串口屏上点击开始键，便开始自动检测，若工具齐全时，智能工具箱则会通过语音播报、HMI 串口屏显示工具齐全的信息，也可通过手机或电脑在自主研发的网页上查看工具是否齐全的信息。

语音检测：当说出指定的口令时，智能工具箱则会开始进行自动检测，亦会通过语音播报、显示屏显示、网页查看的方式了解工具是否齐全的信息。

当物品齐全时，HMI 串口屏和网页显示检测的所有物品信息，并显示物品已齐全。

当有物品丢失时，智能工具箱则会有语音播报、HMI 串口屏显示、网页信息显示所丢失的工具，并显示丢失物品的信息。

当缺失工具时，手持检测机会接收来自物联网模块所检测缺失的工具信息，人拿着手持检测机在一定的范围内进行搜索，若检测到工具发出的信号时，手持检测机则会发出警报声，越靠近所丢失的工具警报声便会越响[6]。

4 作品先进性及创新性

本系统的先进性及创新性，首先表现在使用方面，本系统较现有的RFID 寻物技术寻物大多体积较大而进行精简设计，采用各模块独立工作，占用体积更小、使用更方便、寻找耗时少。其次控制方面，本系统加入了科大讯飞的语音控制系统，用户可通过语音指令控制寻物系统完成检测、报读、检测记录查看及检测记录删除等操作，体现了本系统的智能化寻控制。再次管理方面，用户可通过电脑端或手机APP 访问网页查看物品的回收情况使得整个物品回收流程更具规范化，大大加强了对物品信息的管理与利用。最后在检测方面上使用多标签过滤算法，该算法大大地提高了抗干扰性和极大地降低了读错和漏读的概率，作品实物图如下页图2 所示。

5 结论

提出了一种基于RFID 检测结构，建立大规模RFID 数据模型进行数据分析，即采用单信号接收极板对多标签测量，在此基础上利用GSBMDP 标签检测算法进行数据计算处理，有效地提高了标签数据读取的稳定性和标签数量的准确性，减少标签误读、错读或漏读机率，同时多方式进行人机交互，解决了户外工作人员清点工具不便，遗漏工具的问题。