RFID技术在实验室信息化管理中的运用分析

2024-07-09刘冬玲

大众科学 2024年5期

刘冬玲

摘要：实验室是衡量高校实验教学水平的关键，也是培养学生综合素质和创新能力的重要场所。随着教学任务的不断增加和实验设备的更新升级，对实验室教学和管理提出了更高的要求。基于无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术的设备管理系统，利用无源标签、门禁设备以及手持读写器构建硬件系统，借助数据库构建软件系统，旨在通过管理系统的构建提升设备管理的效率，为实验室信息化管理水平的提升奠定坚实的基础。

关键词： RFID技术实验室信息化管理自动识别技术

中图分类号： TP393文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）05-0076-03

Analysis of the Application of RFID Technology in the Informatization Management of Laboratories

LIU Dongling

Changchun Medical College， Changchun， Jilin Province， 130031 China

Abstract： A laboratory is a key to measuring the level of experimental teaching in colleges and universities， and it is also an important place to cultivate students comprehensive quality and innovative ability. With the continuous increase of teaching tasks and the upgrading of experimental equipment， higher requirements have been put forward for laboratory teaching and management. Based on an the RFID device management system， this article uses passive tags， access control devices and handheld readers to build a hardware system， and uses a database to build a software system， aiming to improve the efficiency of device management through the construction of management systems， and lay a solid foundation for the improvement of the informatization management level of laboratories.

Key Words： RFID technology； Laboratory； Informatization management； Automatic identification technology

高校实验教学有助于提升学生的应用能力，提高人才培养质量，实验室也是学生实践能力与创新意识培养的重要场地，是各项成果产出的基础前提。目前实验室管理中存在实验设备使用效率不高、数据信息互通性差等问题，因此构建精准实验室设备管理系统，实现信息化管理，有效提高实验教学的效果较为关键。本文在高校和教学实验室现有的无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）应用系统基础上提出RFID实验室信息化管理系统的开发，通过RFID设备管理的引进，提升实验室管理效率，为RFID技术在实验室信息化管理中的运用提供参考与借鉴。

1 RFID技术

1.1 RFID系统构成

RFID属于非接触式的自动识别技术，包含标签、天线及阅读器等设备，以无线射频方式实现数据通信与自动识别，且在识别通信中无需接触。RFID阅读器会产生无线电波，在一定范围内形成电磁场，而RFID标签则会在辐射范围内从电磁场中获取能量，并由电波将存储的信息回传到阅读器，由阅读器进一步转化为数据，对其进一步处理。

1.2 RFID的优势

与传统条形码识别技术相比，RFID技术具有非接触自动识别的优势。一方面RFID技术的识别速度较快，识别距离较远，且电子标签的数据容量较大，安全性较高，电子标签的外形多样，其封装形式较为灵活，具有较强的抗污损能力；另一方面通过防碰撞算法的应用，RFID技术能够实现对多个目标的识别。图1为RFID系统的组成部分，包含电子标签、天线、读写器以及应用系统等设备和软件。

2 RFID实验室管理系统

目前高校实验室管理以设备日常使用管理与维护为主，主要是在学校的资产管理系统中建立设备档案，生成设备编号和条形码，并将其粘贴在设备上。但是条形码中的信息量较少，容易受到污损，扫描读取设备信息只能逐一操作，因此在管理中需要耗费大量的时间和精力，并且容易出现错误。

符合ISO/IEC 18000-6C协议的无源UHF-RFID在实验室设备管理中得到了较为广泛的应用。先将电子标签粘贴在设备表面，在一定范围远距离非接触就可以快速自动识别单个或者多个目标，且同时读取标签的数量较大，识别速度较快。目前RFID技术在物流和仓储领域的管理中得到了较为广泛的应用，在实验室设备管理中也较为适用，尤其是在存放设备密集实验室当中，RFID技术的优势较为明显。在实验室设备管理中通过RFID硬件与相关软件的应用实现了实验室的信息化管理，为其管理水平的提升提供了根本保障。

2.1 系统硬件

2.1.1 电子标签

RFID系统电子标签选用无源UHF-RFID不干胶柔性标签，每个标签都具有唯一的ID，选择具有用户数据区的产品，能够完成设备信息的存储。

2.1.2 读写器配置与应用

UHF-RFID主要是利用电磁波方向散射原理，一般读写器需要外接天线，读写器具有多种形式，每个通道接一组天线，各个通道均可独立工作。

实验室应用了RFID系统，在开发和使用中分别解决了实验室信息化管理中存在的问题。但是分立系统使用较为不便，难以发挥最大的应用效率，管理系统间衔接仍然需要人工辅助。在RFID实验室管理系统整合开发的过程中，不仅应用了较为成熟的RFID技术及软硬件信息技术，而且进行了实验室信息化管理模式和解决方案的提升创新，可实现数据通道畅通的自动化管理模式，从而促进管理效率的提升。在实验室固定布设的读写器分为两组，一组安装在实验室的出入口，另一组安装在实验室内，此外还要配备较为灵活的手持式读写器。

首先是实验室出入口读写器。安装在实验室出入口的读写器与天线主要用于实验室设备出入管理和设备防盗，如图2所示，在具体安装时结合实际情况布置天线，尽量在实验室出入口的2 m之内，避免对隔壁实验室标签的识别和临近出入口读写器造成干扰。在实验室新进设备时，先要在RFID实验室管理系统软件设备管理模块中将设备数据录入其中；之后取一张新的标签，按照固定的格式将标签表面内容打印好；读取标签ID，将其同步到设备管理模块，并将标签粘贴在仪器表面位置。在实验室正常运行情况下，出入口读写器处于工作状态，实验室的管理人员将已经贴标签的设备代入到实验室就可以实现设备入库。在设备经过实验室出入口时，读写器首次识别到标签，自动将该仪器基本信息写入到标签当中，并将其存放到实验室信息写入系统。之后当出入口读写器非首次识别到设备标签时，系统会通过移动或者是PC软件前端为管理员推送信息，管理员对其进行标记，并将设备状态进行上传。设备出入实验室的管理主要是借助人工，通过应用RFID技术，将设备进出实验室自动生成台账，新增了一种设备防盗技术手段。

其次是实验室内部读写器。安装在实验室内部的读写器和天线主要用于实验室设备的盘点，如图3所示。

根据实验室实际情况，布置一定数量的读写器和天线，通过合理的布局，读写器的射频信号能够将实验室设备放置区域全部覆盖，确保区域内的视频能量分布均匀，实验室中的设备标签能够准确快速地被识别[1]。另外，实验室管理人员可以利用RFID实验室管理系统软件中的设备管理模块发出盘点指令；各个读写器通道会分时工作，将覆盖区域内的设备标签读取出来，盘点实验室内的各个设备。管理人员在对结果进行盘点时，还可以查看和修改设备信息，并导出设备报表，进行设备统计和管理。

最后是手持式读写器。为了对实验室设备进行单台管理，或在不适于布置固定式读写器和天线的实验室进行RFID设备管理，增加系统的灵活性，可以适当的配备UHF-RFID手持式读写器[2]。在实验室出入口和内部布置读写器，并配备手持式读写器，快速和批量读取设备信息，可以适用于大多数实验室应用场景。在设备盘点和日常管理等工作中，与现行管理方式相比，其管理效率和信息化水平得到了明显提升。除此之外，还新增了设备防盗和存放场所定位功能，在RFID技术的加持下实现了管理模式和手段的创新[3]。

2.2 系统软件

该系统主要管理软件是对RFID实验室管理系统软件一个模块的二次开发，即设备管理模块。软件前端为浏览器网页，在任何一台能够连接校园网的电脑上，通过浏览器就可以进行系统访问和账号登录等。另外，需要在手持式读写器上开发App作为移动端软件，App与B/S架构软件保持功能和数据同步[4]。移动端App也可以在其他移动设备上使用。

在实验室管理系统中，设备管理软件模块的基本架构如图4所示。设备入库功能模块主要用于新设备信息的录入；设备查询则用于设备信息的查询，从而完成报告的生成统计和自动盘点[5]；设备借用模块主要用于实验室设备借出和归还；设备使用记录模块则由管理员操作，后期还可以为学生账号开放部分权限，使学生为相应设备添加使用记录；设备报废模块则可以用于设备报废登记和记录查询[6]。