基于RFID 的智慧实训室管理系统

梁艳，吴财源

（广州番禺职业技术学院，广东广州，511400）

0 引言

近年来，随着十四五规划职业教育再次被重视起来，职业院校改革力度逐步增大，实训室建设日益增多，随着而来的教师与学生对实训室管理的要求也越来越多，为了满足这些需求，我们需要对实训室的管理模式进行新的探索与研究。经借鉴物流仓库等行业的管理模式，我们将物联网RFID技术引入实训室管理系统，建设智慧实训室管理系统，提高实训室管理效率，为广大师生提供了智能的实训室服务。

1 高校实训室管理现状

目前我院有实训室40 余间，现在我院的实训室采用传统的管理模式，尚未采用信息化管理，目前实训室管理存在以下问题：

(1)管理员名下管理实训室繁多，维护过程中依赖人工统计，维护过程中易造成维护滞后，资源闲置等情况。(2)部分实训室使用频率高，部分学生使用后未能正确复位，导致后面上课的师生无法找到相应的实训模块，影响实训授课。(3)实训室设备种类繁多，设备外借依然采用手工登记，缺乏规范化，流程化管理，已造成设备去向不明等问题。(4)实训室仓库管理采用手工登记， 耗时耗力影响办公效率。

针对目前实训室管理过程中存在的问题，本文提出新的智慧实训室管理系统，利用RFID 无线射频识别技术，对实训室各模块进行智慧管理，优化管理流程，减轻实训室管理人员负担。

2 RFID 技术

RFID（Radio Frequency Identification）是一种射频识别技术，它主要通过无线射频方式进行非接触双向数据通信[1]。RFID 技术物联网相辅相成，应用于物联网感知层，用于数据的采集和身份的识别。RFID 技术已趋于成熟，在世界各地被广泛应用。现在RFID 技术广泛应用于物流领域，道路交通、零售行业，制造行业，图书领域等各个行业，它已经成为了人们生活中的一部分。

2.1 RFID 系统组成

RFID 系统一般由电子标签、阅读器、天线、应用软件系统4 部分组成[2]。

电子标签又叫射频识别标签，里面包含电子芯片和天线，其中电子芯片用来存储数据，天线用来发送数据。每个标签有唯一的电子编码，里面存储着被识别物体的相关信息[2]。

阅读器又称读写器，它是应用射频技术读写电子标签中的内容。读写器首先发出一个信号询问电子标签，电子标签收到信号后，做出应答回应一个信号，信号中携带电子标签数据信息，读写器收到电子标签反馈回来的信息便完成了一次标签识别。

天线对RFID 系统十分重要，是决定RFID 系统性能的关键部件[2]。RFID 天线根据频段范围可以分为微波天线、高频段天线和低频段天线，在高频段和低频段常采用线圈形式的天线。天线位于电子标签和读写器中，用来发送信息，是电子标签和阅读器沟通的载体。

应用软件通常是安装在计算机上的软件，是可视化的操作系统，通过可视化界面将RFID 系统呈现出来，并且可以对读写器发出指令，对读写器上传的数据，进行逻辑判断。

2.2 RFID 系统工作原理

RFID 系统利用无线射频方式在读写器和电子标签之间进行非接触式的双向数据传输[3]，读写器通过天线发送一个射频信号，当电子标签进入读写器的工作区域时，产生感应电流激活电子标签，电子标签接收读写器发送来的信息，进入等待状态，根据碰撞算法等待响应，通过天线发送包含自身信息调制后的射频信号，读写器接收到电子标签的载波，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收到的信号进行解调和解码，然后将信号发送给上层应用系统，完成一次读写。RFID 系统工作原理图如图1 所示。

图1 RFID 系统原理图

3 基于RFID 的智慧实训室管理系统

目前学院实训设备种类繁多，设备数量庞大。每个实训管理员名下有大量资产，且实训管理人员数量有限，仓库管理由实训管理员兼职。而资产设备具有存放位置不集中，存放时间长，存放地点开放，设备易丢失等特点。为了改善目前这些情况，我们基于RFID 智慧实训管理系统主要从以下几个方面来进行分析：

(1)仓库资产盘点工作，智能化盘点，自动识别，减轻仓库管理员负担。(2)耗材领用申请与购买，网上实现耗材的领用与存量查询功能。(3)资产流动实时监控功能，实现资产移动实时报警，确保资产安全。(4)资产查询与报废跟踪。

因此，基于RFID 的智慧实训室管理系统主要解决实训室的资产管理、仓库管理和资产基础数据维护等问题，基于RFID 智慧实训管理系统架构如图2 所示，包括感知层，网络层和应用层三部分[4]。

图2 RFID 智慧实训管理系统架构图

感知层主要是大量的非接触式射频识别设备组成。资产设备入库后，将分得唯一的电子标签，通过手持RFID 阅读器或固定阅读器实现资产数据信息的采集，然后感知层将采集到的数据通过射频通信系统传送给网络层。

网络层主要由学校局域网和无线网组成。主要功能是将感知层采集来的数据通过公共网络传输至对应服务器中。网络层还接收应用层下发的指令，利用服务器将接收到的指令下传到感知层物理设备中，实现应用层命令的下达。因此，网络层在应用层和感知层中间起传输连接作用。

应用层主要由智慧实训室管理系统和应用数据库组成，它将网络层传输过来的数据进行分析处理，做出判断。其中应用数据库主要是对感知层采集来的数据进行存储；智慧实训管理系统是对资产、耗材的分析管理，包括资产的信息查询，耗材的盘点统计等。

3.1 系统的硬件构成

基于RFID 的智慧实训室管理系统包括的硬件有资产设备，电子标签，固定阅读器，手持阅读器，服务器，个人终端等设备。硬件系统组成如图3 所示。

图3 RFID 硬件系统

(1)服务器：是整个系统的核心，它实现对数据的存储，服务应用等功能。

(2)固定RFID 阅读器：能够对实训室设备相关的数据进行监测和记录，通过无线网络将相关数据上传至服务器。

(3)手持RFID 阅读器：录入具有电子标签的设备信息，将设备信息存储于手持机系统中，最后将手持系统中的信息通过USB 接口上传至服务器中。

(4)电子标签：每个设备上唯一的标识码，包含设备的基本信息，粘贴在设备表面，能够与阅读器进行通信。电子标签不易损坏，可以确保设备的可追溯性。

(5)个人终端：各部门管理人员所使用的计算机，通过计算机完成对资产的登记，采购需求，资产查询，管理维护等问题。

该系统能对资产从购买到维护，转出，报废等过程进行跟踪，能实现资产的智慧管理。购买的资产入库后将分得唯一的电子标签，所有资产贴上电子标签后，用手持阅读器对资产信息进入录入，传送到服务器数据库中，便可对资产的基础信息进行查询，报废跟踪。资产清查盘点是资产管理中最重要的一个环节，每个学期学校便会组织一次资产盘点工作，确保资产准确无误。通过手持RFID 设备，逐一扫描固定资产上的电子标签，将扫描数据与数据库的数据进行对比，确认资产盘点无误[6]。对于贵重资产则每个房间安装固定阅读器，通过RFID 阅读器，对阅读器覆盖范围内的设备进行实时监控，每隔固定周期就对设备信息进行扫描，当连续N个周期（N 为设定值）未扫描到设备，则发出报警信息至管理员端，方便管理员及时掌握资产动态，防止资产流失[5-6]。

3.2 系统的软件组成

目前，常用的软件架构有客户端/服务器（Client/Server，简称 C/S）模式和浏览器/服务器（Brower/Server，简称B/S）模式两种方式［7］。

在客户端/服务器模式下，服务器需要采用高性能的主机，在服务器中安装数据库，在客户端开发客户端应用软件，客户端发出消息，服务器需要不断响应客户端需求，要求服务器一直处于工作状态[8]。这种软件架构结构简单，扩展性能好，便于升级。但同时这种架构开发成本高，硬件环境不易部署，维护成本高。

浏览器/服务器模式是对客户端/服务器模式的一种改良，在这种模式下，用户只需要在客户机上安装浏览器，通过浏览器与服务器进行数据交互。这种架构易部署，便于维护，不需要特定的硬件环境，降低了运营成本。

因此，本系统采用浏览器/服务器软件架构，在运用学校现有服务器的基础上，开发智慧实训室管理系统，降低开发成本，满足实训室管理要求。基于RFID 智慧实训室管理系统主要包括用户数据管理模块、资产管理模块、仓库管理模块、基础数据管理模块四个模块。其功能模块图如图4所示。

图4 基于RFID 智慧实训管理系统功能模块图

3.2.1 用户管理模块

用户管理模块用于用户数据的管理，包括基本信息管理和用户的权 限设置。用户类型包括实训室管理员、仓库管理员、资产管理员。资产管理员能对整个系统进行维护，包括用户的添加与删除，具有超级管理员权限。

3.2.2 资产管理模块

资产管理模块包括资产的入库，新购买的资产可以在标签数据中存入资产的简单信息，如资产编码、名称、型号、价格、使用单位、存放地点，使用人等基本信息，通过手持阅读器扫描标签，便可将资产信息入库。资产设备入库后可以在数据库中看见资产的数据信息，当设备长期不移动时，只需要每学期对设备进行清点、盘算，此时只需手持阅读器扫描该房间内的资产标签与数据库中数据进行核对即可。

在资产管理模块中还需要对资产进行借出，转出等操作，传统的资产管理模式对资产转出数据更新较慢，该资产管理系统通过实时监控资产设备，采用教室内的固定读写器定时扫描室内资产，对数据库中资产信息进行刷新，当连续N 周期（N 为设定值）未扫描到资产就触发报警信息，对应的实训管理员就能收到该设备异常的报警通知，方便管理员实时查看，防止资产被盗。

在资产管理模块对应的数据库中还预留了资产维修记录登记字段，每次设备维护后可以通过扫描标签，录入设备维护记录。设备维护记录是设备报废、设备购置的依据之一。

3.2.3 仓库管理模块

仓库管理模块主要包括资产登记、资产盘点和资产申购三部分内容。物资通过唯一的电子标签，进行入库操作；根据师生扫描库存存量，设定极限值，当库存存量少于极限值时报警提示应新增购买；仓库管理模块也提供查询和预定功能，科任老师可以通过查询功能查看该元器件的库存量，并预定数量，待预订成功后直接去管理员处领用耗材，实现智慧化管理，减轻实训管理员负担。仓库管理模块如图5 所示。

图5 仓库管理模块

3.2.4 基础数据管理模块

基础数据管理模块可以对所有资产进行查询管理。根据角色不同数据管理模块的具体功能不同，实训管理员可以查询自己权限下的资产信息，而资产管理员除了可以对资产数据进行查询统计外，还可以对基础数据进行修改，不同实训管理员之间进行调拨。资产查询如图6 所示。

图6 基础数据管理模块

4 结语

本文应用RFID 技术于实训室管理系统中，利用现有的服务器资源构建了一套基于RFID 的智慧实训室管理系统，管理人员通过可视化界面对实训室的资产和仓库耗材的智能化管理，满足了学院资产管理要求，为实训管理和任课教师提供了便利。该系统的资产管理模块对贵重设备防盗提供了新的解决方案，减轻了实训室管理员的负担。