基于RFID的高效的物品实时监控管理系统
2022-05-27

  0 引言

  目前国内的大多事业单位和大型企业对内部的核心物品管理,如档案局对重要档案的管理,公安局对涉案物品的管理,大型企业对重要文件的管理等,由于这些物品存在着高度重要性和较大的流通性,往往采用二维条码来记录物品信息和人工记录的方式进行管理,但这种管理方式严重影响了核心物品的管理效率,并且无法做到对核心物件的实时监控和物品流通过程的追踪。

  RFID(射频识别)技术是兴起于20世纪90年代的一种非接触式自动识别技术,它利用射频信号和空间耦合传输特性实现对被识别物体的自动识别。相对于其他识别技术RFID在数据处理、安全认证等方面具有读写速度快、操作简便,高可靠和耐用,可复用,强穿透,安全加密性,记忆容量大、一卡多用,体积小,隐蔽性好等优点。

  因此RFID技术为我们设计一种可行的,高效的物品实时监控管理系统提供了基本条件。

  1 系统结构设计

  核心物品监控管理系统框图如下图1所示。

 

图1 核心物品监控管理系统框图

  系统特点:

  (1)使用灵活且不可去除和损毁的RFID标签。核心物品实时监控管理系统采用不同封装形式的无源RFID卡或软标签,可分别采用背胶、挂环或内插的物理方式附着于重要物品,保证不可去除、损毁或撕毁即损毁,成为物品的有机部分。

  (2)多功能的目标识别和管理。核心物品实时监控管理系统的无源RFID读写器,通过读取核心物品上的标签,读取核心物品的各种信息,比如卡号、物品名称、物品描述、责任人,是否外出,是否需要报警等。

  (3)提供Ethernet接口。核心物品实时监控管理系统提供Ethernet接口,物品柜采集到的重要数据通过Ethernet传输到上位机,用户可根据自己的需求开发所需要的上层软件对整个系统进行最高效率的管理。

  (4)完全确保100%的识别率。核心物品实时监控管理系统的无源RFID读写器可同时识别在物品柜中高达200个的标签识别,柜体尺寸可在1.5m×0.8m×0.6m的范围左右。

  (5)对不在监控内和非法搬移的物品报警。对本来应该在物品柜中而监测不到,或物品非法外出的情况及时通过软件和硬件报警。

  (6)可以将密码和指纹模块等与物品柜有机结合,实现对使用人和物品的全面定位和跟踪。

  2 系统硬件

  系统硬件主要包括如下:

  (1)RFID文件柜:RFID物品柜是该系统的硬件核心部分,RFID读写器,天线以及系统中控模块都装配于柜体中,其基本结构如图2所示。

 

图2 RFID物品柜基本结构

 

 

  (2)电子标签:标签与每个物品一一对应,并根据实际情况,固定在物品表面或物品中,并确保不被撕下等。

  (3)RFID读写器及天线:主要是针对重要的门禁和地方设置物品的动态流动的采集数据,读取物品的ID号,通过网络与系统连接数据传输。确保物品的实时和动态跟踪。

  (4)中控模块:用于对物品柜信息和物品信息的采集及传输控制。嵌入于柜体中,主要包括电源管理模块、数据采集板、工控板及相关外围模块。

  (5)其它硬件部分:服务器、上位PC机等。

  3 中控模块设计

  中控模块是整个系统硬件的核心部分,其结构框图如图3所示。

 

图3 中控模块

  3.1 电源管理模块

  将交流220V电源转换为系统内部所需的直流3.3V及直流5V电源,并直接对数据采集模块和工控板的电源进行管理。由于如出现断电这种突发事件时,我们需要声光报警模块继续工作,因此在电源模块中加入电池模块并对其管理,如图4所示。

 

图4 电源管理模块

  通过电源管理模块,我们能有效地对数据采集板和工控板的电源供应进行管理,并且能在突发事件发生时,通过电池模块继续保持系统的正常运作,满足用户的使用要求。

  3.2 数据采集板

  对文件柜内部及外部环境进行检测,并将采集到的数据进行处理,通过串口发送给工控板。同时接受工控板发送的命令对文件柜门的开关、声光报警和散热风扇进行控制。数据采集板我们选用MSP430F123,便能完全达到我们需要的性能,硬件设计图如图5所示。

 

图5 数据采集板

  其包括的外围模块有:1)声光报警模块:当有特殊事件发生时,系统控制声光报警模块发出报警;2)散热风扇:当柜体内温度超过设定范围时启动,达到控制柜体内温度的作用;3)温度和振动传感器:对物品柜的实时状态进行监测;4)光耦模块:实时监测文件柜门的开关状态;5)电磁锁:系统通过对电磁锁的上电断电来控制文件柜门的开关;6)数据存储模块:对数据进行存储。

  通过数据采集板,系统可对文件柜周围环境进行全面实时有效的监测。

  3.3 工控板

  对用户认证输入模块输入的数据进行验证,用户可以根据自身情况进行选择认证模块,如:数字按键、读卡器、指纹模块、摄像头等认证方式。同时可通过视频音频输出模块,将反馈信息通过视频和音频的形式输出。

  工控板接收数据采集板以及RFID读卡器所读到的数据,然后将数据处理后通过Ethernet发送到服务器。

  4 结束语

  本文针对现国内各事业单位和大型企业,对核心物品管理缺乏效率以及无法实施监控追踪的缺点,基于RFID技术提出了一种有可行性和实用性的监控管理系统。

  中控模块的设计使整个系统具有了极高的安全性和扩展性,提供的Ethernet接口使用户能够实时地远程跟踪所关注的物品,整个系统为RFID技术和嵌入式技术的结合应用在国内做出了一个典范。

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