廣東省某學校RFID管理系統(tǒng)技術方案

正確地理解學校的應用需求是產品與技術選型的關鍵。就我公司的分析，學校的需求可以分解為三個大的部分：

  l 遠距離感應部分

  需要在學校大門、建筑物大門、樓道或者走廊等關鍵場合，選擇合適地點安裝遠距離感應設備，當配專用證件的人員正常通過時，自動被感應和記錄。

在某些場合，根據(jù)學校要求，還需要對無證件的通行情況進行及時告警提示。

  l 軟件部分

  學校的遠距離人員通行信息采集點多達20多處，覆蓋教學和

  生活的各個重要場合，基于這個有利條件可以做出一套信息分析軟件，用來顯示和記錄精確到個人的行動軌跡，并可隨時查閱某個區(qū)域的人員分布情況。至于學生的上課考勤和就宿記錄，則更加容易得到。

當然，軟件部分的設計還需要考慮到預留必要的數(shù)據(jù)接口，以方便學校將來的一卡通應用。

  l 近距離感應部分

  一個完整的RFID系統(tǒng)都有近距離感應的應用。在學校里，同樣需要在某些人員通行不是很頻繁的場合安裝低成本的近距離感應設備，以及配發(fā)給巡查人員的手持感應設備。

  這就要求解決方案中的應用核心——電子標簽證件本身，必須能夠兼顧遠距離和近距離兩種感應模式。在學校將來的拓展應用中，能實現(xiàn)食堂就餐打卡、圖書館借閱等場合的一卡通功能。

  以上是我公司對學校RFID應用的分析，基于我們多年來對RFID技術的應用經驗和對先進技術和產品的不懈跟蹤，雖然學校的技術要求較高，應用模式先進，但我們完全有能力提供成熟的產品和技術服務以滿足上述需求。下文我們將介紹我們的技術方案，以及主要應用的RFID產品。

二．RFID技術選型

  RFID是Radio Frequency Identification的英文縮寫，中文直譯射頻識別，一般也稱“電子標簽”。RFID有一個跨越多個頻段、擁有多種工作模式的產品分類和標準體系。結合學校的應用需求，我們簡要對比分析一下我們所選擇的技術類型的理由和原因。

相關遠距離RFID產品比較見下表：

上表中的參數(shù)和說明都是指典型情況?？偨Y而言，由于學生通過檢測區(qū)域時往往都比較密集，而且身高差別大，如果使用UHF頻段的設備，將會有許多處于人群中間較矮身材的人無法被識別。雖然HF系統(tǒng)人員識別天線尺寸較大，但因為設備并不需要經常搬動，所以并不影響人員識別的使用。

  ISO15693標準的產品適合應用于人員識別的最典型案例，就是會議簽到應用。目前，國內大部分的省級黨代會、人代會和部分政協(xié)會議已經使用了這種設備做代表入場和出會場的自動登記工作。為這次學校投標提供RFID設備的制造商，已經為廣東、湖南、廣西、云南、河南、四川等超過10個省級的會議提供了簽到設備，用戶體驗良好。在廣州白云會議中心，他們提供的18套遠距離感應系統(tǒng)已經工作了2年時間. 所以，我們選用符合ISO15693國際標準的電子標簽讀寫系統(tǒng)，該標準的主要特性是：

l  工作頻率13.56MHz

l  讀寫距離0～200cm

l  1秒中內可識別50張標簽

l  標簽尺寸（對角線）1～15cm可選，厚度一般小于1mm

標準選定了，如何選擇具體的產品將是下文論述的重點。

三．RFID標簽

  電子標簽是讀寫系統(tǒng)的重要組成部分，在學校的應用中，它將被制成證件佩戴在學生胸前，在學生通過RFID感應通道時自動被感應到。相關標簽的實物照片見下圖：

  上圖中兩張彩色印刷的卡就是電子標簽成品，尺寸是85×54mm，厚度0.9mm，這是共性化彩色印刷的，在其標簽的另外一面，印有持卡人信息。在上圖中還有兩張透明的標簽，我們稱為Inlay，是制造RFID證件的核心，圖上顯示就是TI（德州儀器）品牌原裝進口的Inlay，Inaly平放著被封裝在標簽成品內部，標簽表面平整，看不出Inlay痕跡。在平面上的對應關系可以從中間偏右的標簽圖中可以看出。

  在給學校提供的標簽中，我們將使用上圖中的材料和制作方法。使用原裝進口的TI-I02-112B標簽，用PVC材料封裝成85×54×0.9mm的標簽，背面彩印，內容含廣東省出版學校的標志。標簽正面空白或者根據(jù)實際情況在部分區(qū)域預先印刷共性化內容。以最大地方便學校使用熱升華打印機隨時打印包括照片在內的學生信息。

  之所以選用原裝進口的TI 品牌 Inlay，是因為在目前所有的產品中，它所封裝的標簽感應距離在同等情況下最遠，同時其一致性好，穩(wěn)定性也能滿足學生長期使用的要求。市面上有使用Philips芯片（也稱為NXP品牌 I Code 2芯片）國內生產的Inlay，并以此封裝標簽，它目前缺乏大規(guī)模應用在人員識別中的成功案例，距離也近于TI原裝標簽，雖然Philips芯片價格上有一定的優(yōu)勢，但我公司以性能和可靠性為先，沒有采用低成本的標簽方案。（Philips芯片一般用作物品識別標簽）

我們也可以根據(jù)學校要求，在制作第一批標簽時提供整體個性化印刷服務，其個性化印刷的卡樣如下圖所示：

RFID卡的射頻感應技術參數(shù)如下：

l   工作模式：無源，13.56MHz電磁耦合

l   芯片品牌：TI

l   規(guī)格尺寸：85×54×0.9mm ，PVC封裝

l   ID號：64bit固定唯一不可更改不可復制

l   可擦寫內存：2Kbit

l   可擦寫次數(shù)：10萬次

l   數(shù)據(jù)保存壽命：10年

l   工作溫度：-25~+70攝氏度

三．遠距離RFID讀寫設備

據(jù)上文“需求分析”的觀點，我們認為遠距離高頻RFID感應設備是學校應用的核心 。經過前期的現(xiàn)場勘測，并詳細了解學校需求，結合標書中的書面要求，我們決定采用同一個系列中的三種遠距離RFID讀寫設備來解決學校的不同應用需要。

它們包括：

3．1．  S02基本型遠距離感應系統(tǒng)

  在24套遠距離RFID設備需求中，有12套是這種設備。它主要安裝在階梯樓道的上升處，使用左右各一只天線，一只安裝在墻壁上，一只安裝在走道扶欄上。其單只天線的照片如下：

該天線的詳細規(guī)格與電氣參數(shù)如下：

天線簡介

HT-S02是一款高性能的13.56MHz框架式天線，標準阻抗50  Ω ，具備完全知識產權。內建有專有的天線適配器，選擇大截面銅質電纜作為天線，采用一體化塑料外殼以及精細制造工藝，邊框預設固定孔位以方便安裝和調節(jié)高度，能實現(xiàn)對電子標簽的穩(wěn)定感應效果。特別適用于需要遠距離、大范圍感應的場合，廣泛應用于物流、生產過程控制、人員管理等領域。

特點

l  完全針對應用需求設計

l  支持達至8瓦的射頻輸入功率

l  同軸電纜SMA接口

l  造型典雅，ABS工程塑料外殼，淺灰色

規(guī)格

兩只S02天線平行對置（配底座）的實物圖片如下圖：

上圖僅供參考；在學校的應用中，不需要上圖中的底座。我們會根據(jù)各個安裝場合的不同情況定制塑料或者金屬緊固件，進行牢固的安裝。

我們也承諾可以根據(jù)安裝現(xiàn)場的實際情況，在不影響感應性能的前提下，優(yōu)化天線的尺寸和安裝方法。

將兩只S02天線平行對置，配合輸出功率為4W的RR9201T讀寫器，感應性能如下：

所裝配所有核心器件均通過過7天老化測試，成品滿足7×24小時工作需要，如天線需要安裝在室外，可以做特別的防水設計。

3．2 . G02型雙通道遠距離感應系統(tǒng)

在24套遠距離RFID設備需求中，有2套雙通道設備需要安裝在學校大門。每套僅使用一臺RR9202T讀寫器，配3只性能類似于上文中的S02天線，平行對置，形成2個通道。

之所以采用這種雙通道設備，是考慮到學校大門人流量大，基本型遠距離通道天線只有一個感應通道，容易造成行人阻塞。而G02雙通道設備有兩個并列的感應通道，形成自然的左進右出通行模式，有效緩解大流量人群的通行速度。

G02雙通道天線基于上文中的S02的成熟技術設計，因為要安裝在室外，需要增加底座和一體化的設備箱，我們與設備供應商協(xié)商后的單只天線設計圖如下：

其中天線主體和箱體均為ABS工程塑料做一體化外殼，而箱體底部有定制的金屬底座和結構件。金屬底座用膨脹螺栓緊固在地面上，使天線牢固。天線箱體高度可根據(jù)感應區(qū)域的要求重新設計高度。

G02型雙通道天線配RR9202T讀寫器后的主要RFID性能參數(shù)如下表：

所裝配所有核心器件均通過過7天老化測試，成品滿足7×24小時工作需要，已經有防水設計。

3．3 . G11B型含紅外遠距離感應系統(tǒng)

根據(jù)標書要求，在24套遠距離RFID設備需求中，有10套設備需要安裝紅外檢測模塊實現(xiàn)對未帶卡通行情況的告警與記錄。事實上，該產品的紅外模塊不僅能判斷未帶卡通行現(xiàn)象，還能直接確定某個人的行進方向。

G11B型通道天線除了RFID讀寫器和天線，還加裝了4對紅外感應開關，以及專門研發(fā)的嵌入式控制器。G11B 的基本原理和工作邏輯參見下文：

RFID感應裝置是該系統(tǒng)的核心部分，它的感應區(qū)域俯視圖示意如下：

從以上示意圖可以看出，一個正常的通行過程，會兩次進入射頻識別區(qū)域，也會兩次切割紅外線，這能夠最大限度地避免盲讀的情況，兩次切割紅外線還有判斷參會人員是進入還是離開會場的意義。當然，設置紅外線識別的首要意義是在射頻識別未指示時提出警示。從示意圖可以看出，當人員站在通道中央時射頻識別能力是最弱的，所以在需要重復查驗證件時，一定需要人員重新走一次。

一個完整的RFID識別和紅外判斷過程如流程圖所示：

最新的產品提供4對紅外感應裝置，能更準確地判斷進出人數(shù)和方向。

據(jù)上文表述，G11B中存在RFID感應和紅外感應兩個獨立工作而又相互協(xié)調的功能，系統(tǒng)隨時計算RFID所讀取卡的數(shù)量和紅外感應所判斷人員的數(shù)量是否一致，如果不一致，也會即時作出是缺卡還是多帶卡，并將數(shù)據(jù)進行整合后保存并傳輸給上位機。人員經過過通道時會順序觸發(fā)串行排列的紅外開關，系統(tǒng)借此判斷當次通行的方向。

系統(tǒng)有一套先進的仿真算法，能有效濾除人員擺臂、晃動和窄小物體對它的干擾。但值得注意的是，當出現(xiàn)人員完全并排行走的情況時，紅外系統(tǒng)對人數(shù)的判斷會出現(xiàn)比實際人數(shù)減少的情況。因此，在使用這套設備時，為了保證采集數(shù)據(jù)的準確性，需要加強管理，使人員通行時形成不并排行走的習慣。

當然，無論紅外系統(tǒng)如何工作，RFID感應部分的性能不受影響。

因為要加裝紅外感應模塊，G11B的外形結構與前文所述的兩種遠距離通道天線有較大的不同，見下圖所示：

       如上圖，天線外殼主體用ABS工程塑料，底座使用3mm后鋼板制造，在離地面110cm處安裝有一組共4對串聯(lián)的紅外感應開關，讀寫器控制器等設備安裝在箱體內部。在其中一只天線上安裝有警燈和蜂鳴器，在有未帶卡或者帶非法卡通過時，警燈閃爍紅色并伴有蜂鳴器鳴叫。如果是正常通過，則綠燈亮，而蜂鳴器靜默。如何設置告警閥值和告警方式可以定制。

G11B型通道天線配RR9201T讀寫器，它的主要規(guī)格與性能參數(shù)如下表：

G11B型RFID通道天線參數(shù)

特別說明：在上文中提到的RR9201T和 RR9202T型讀寫器是一種輸出功率為4W的大功率高頻讀寫模塊，是通道天線的組件，其性能已經在整體設備的相關參數(shù)表中充分體現(xiàn)，為了刪繁就簡，在本技術方案中不作單獨詳細介紹。

遠距離RFID感應設備的設備介紹結束，從以上的論述可以看出，我公司對學校的應用需求理解到位，技術溝通暢通，對所需要的產品胸有成竹， 這是提供良好服務的重要基礎。

四．近距離RFID讀寫設備

近距離RFID感應設備是一個完整的RFID應用項目不可或缺的組成部分，在本次招標中，我們認為它是提高系統(tǒng)功能靈活性的重要工具。以下是產品選型與功能介紹：

4．1．  便攜式手持讀寫器

手持讀寫器

規(guī)格參數(shù)

可選裝的無線通信功能

（選件） GPRS模塊 ： 工作頻率：EGSM：900/1800MHZ、GSM：850/190MHZ ； 支持TCP/IP傳輸協(xié)議；具備SMS（短消息服務）功能 。學?？梢栽趯硇枰摴δ軙r隨時選裝上述模塊升級功能。

使用方式

該手持讀寫器識別距離5～8cm，因為自帶顯示器和鍵盤，可以作為學校巡查人員對學生證件的有效查驗工具。基本型號的手持機使用串口通信方式與數(shù)據(jù)庫服務器交換數(shù)據(jù)。

4．2．  近距離高頻讀寫器

這是一款小型的低功率讀寫卡設備，一般放在桌面上，用來發(fā)卡；或者固定在墻壁上作為被動式讀卡設備。它對標準卡的識別距離是10cm，型號時RR9036。它有兩種不同的接口，其中USB接口的一般作為發(fā)卡器，如下圖

RR9036USB讀寫器

該設備直接連接在電腦的USB口上，無需外接電源，其工作模式根據(jù)發(fā)卡操作的特點做了定制。

如果是RS485或RS232接口的，則圖片如下：

RR9036串口讀寫器

無論何種通信接口，RR9036均符合ISO15693，ISO14443標準。具有尋卡、讀取、寫入、初始化電子錢包，增值、減值、查詢余額及裝載密碼等功能的DLL動態(tài)庫命令集，用戶只需通過簡單的命令集可以實現(xiàn)對卡的完全操作 

我們提供VC、和DELPHI的例子程序，以及通信協(xié)議，方便學校對其進行二次開發(fā)。

在將來可能的一卡通擴容應用中，我們還能提供全系列的近距離感應設備，例如帶有雙界面顯示的專用食堂消費機等等，供學校選用。

五． RFID系統(tǒng)應用軟件

學校在大門、教學樓、宿舍樓等處安裝RFID感應設備，并給學生配發(fā)RFID證件之后，就可以對教學考勤和就宿考勤進行記錄和分析，并協(xié)助進行學生行為管理。

我公司為學校定制的RFID系統(tǒng)應用軟件的主要功能有：

1)  可查詢當前人員的數(shù)量及區(qū)域分布情況 

2)  任一指定人員在當前或指定時刻所處的區(qū)域

3)  任一指定人員當天或指定日期的活動蹤跡 

4)  選定某一區(qū)域可以獲得當前該區(qū)域的人員信息

5)  可通過手持讀寫器下載學生信息，并隨時查驗學生證件

6)  支持MSSQL和MySQL數(shù)據(jù)庫擴展

7)  與學校的教育管理信息系統(tǒng)無縫連接

凡有現(xiàn)金、票證或需要識別身份的場合(包括學生證、圖書借閱證、出入證、教職員工考勤、教職員工會議簽到、食堂消費、浴室用水管理、宿舍用電管理、機房收費、停車場、小賣部消費及其它小金額消費等管理功能)均采用這張RFID證件來完成。

附錄：

設備列表參考格式