基于RFID技术的智能安全书包系统

　　无线射频识别技术(RFID)是利用无线电波进行通信的一种非接触的自动识别技术，其基本原理是，通过读写器和粘附在物体上的电子标签之间的电磁耦合或电感耦合进行数据通信，达到对标签物品的自动识别，并且可实现多标签同时识别。

　　本文源自《发明与创新·中学生》 2020年8期，发明与创新(综合科技)杂志栏目设置创新论坛、发明参谋、创造探幽、成功路、创意与设计、知识产权、创造教育。发明与创新(综合科技)杂志收录情况万方收录(中)知网收录(中)维普收录(中)

　　RFID具有识别距离远、识别速度快、可读写、数据存储量大、环境适应性好等特点，广泛应用于物流系统、智能家电、运动计划、生产线自动化、物品监视等领域。

　　GPS全球定位系统(GPS)和GPRS全球移动通信系统(GPRS)技术可用于定位与跟踪，在公共交通、智能手机等领域有着广泛应用。

　　我设计的基于RFID技术的智能安全书包系统主要可实现两大功能：一是基于RFID技术的学习用品的自动识别与检查，二是通过GPS技术的实时定位监测，实现对学生的定位监控，并通过设置电子栅栏，实现异常活动范围报警功能，提高出行安全性。

　　一、设计方案

　　智能安全书包系统分为RFID读写模块、GPS/GPRS定位模块、数据传输与存储模块等。

　　1.管理系统

　　智能安全书包管理系统包括数据录入和存储模块、提示模块。

　　数据录入与存储模块利用电脑录入电子课程信息表及对应的学习用品信息，信息格式需根据RFID和电子标签的读写要求，按照程序定义的格式存储在系统中。当RFID系统启动时，即可对信息进行提取读写，将阅读器识别的电子标签上的信息与课表信息进行匹配性检查。

　　当RFID系统扫描到信息与系统录入信息不一致时，提示模块发出声音提醒，并在显示屏上显示错漏的书本和学习用品信息。

　　2.无线射频识别(RFID)系统

　　无线射频识别系统包括RFID读写器、电子标签和天线。该模块利用无线方式工作，能实现非接触识别和实时识别多个电子标签，方便对各种学具进行检测，满足不同距离检测的要求。RFID读写器和电子标签符合ISO18000标准，电子标签不需要供电，工作时通过电感耦合方式从读写器获取工作电源，延长了使用寿命，并且可以重复利用。

　　系统启动后，RFID读写器识别书包内带有电子标签的物品，与系统中已录入的电子课表进行对比，在显示屏上显示扫描到的学习用品的名称，判断所需物品是否齐备。当扫描到某些物品不在射频范围内(包括遗漏和错拿情况)，系统则显示提示信息，提醒学生及时检查。

　　3.基于GPS/GPRS定位系统

　　GPS定位模块和GPRS模块启动后，GPS定位系统读取学生所在的位置信息，GPRS模块将位置信息传送到家长的手机上，方便家长实时了解学生的动向。

　　二、工作原理

　　智能安全书包系统的工作流程如下。

　　1.预先在系统中录入每天的课程表信息、书本及学习用品信息，存储在管理系统中，并在电子标签中写入书本及学习用品信息，将其粘贴在书本和学习用品上。

　　2.系统启动后，RFID读写器读取物品的电子标签，与系统内的课表内容对比，在显示屏上显示书本名称列表。

　　3.如果RFID扫描到物品出现缺失或错拿等情况，管理系统发出提示信息，提醒学生检查后，再重复步骤2直至物品齐备。

　　4.当学生往返于家与学校的路途中时，GPS系统实时采集学生的位置信息，通过GPRS通信技术，家长可在手机上实时查看学生的位置信息，确认其安全，还可设置电子栅栏，实现学生处于异常活动范围时的报警功能。

　　三、系统开发

　　1.系统开发环境

　　硬件主要包括RFID读写器模块、GPS/GPRS模块。系统开发环境为Microsoft Visual Studio，开发语言为C#，数据库管理系统为SQL Server2014。采用Web Service接口使各孤立站点之间的信息能相互通信和共享，采用IIS(Internet Information Server，互联网信息服务)实现网络的信息传输和信息发布。

　　2.管理系统开发

　　首先进行数据库设计，用于存储学生的课程信息表与书本及学习用品信息，设计结构图如图3。课程信息表可实现获得、维护和更新功能，书本及学习用品可获取单个及列表信息，并实现维护和更新功能，采用C#和Web Service开发实现。

　　3.RFID自动识别检查系统开发

　　采用型号为KLM900超高频RFID读写器模块。电子标签采用HR61湿标签，芯片MR6，尺寸为53×34mm，可粘贴在书本上，反复使用。

　　RFID读写器通过天线发出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流，从而获得能量，发送自身编码等信息，被读写器读取并解码后传送至Web Service接口，Web Service接口通过获取传递的标签ID，检索系统书本及课表信息，通过管理系统处理对比信息后，将结果返回给前端显示。

　　4.GPS/GPRS定位系统

　　书包的安全定位系统选用深圳安信可GPRS/GPS集成开发板作为GPS接收机，型号为AG9。

　　将系统连接后进行设备初始化设置，通过系统App与手机设备绑定，然后接入百度地图接口，获取地理位置信息，实现书包定位。

　　此外，還可在定位系统中设置经常活动区域范围的电子栅栏，如定位位置超出电子栅栏范围，系统可发出报警。

　　四、创新点

　　1.基于RFID技术和模块开发，实现了书本与学习用品的自动化和智能化检查与提醒，有利于避免遗忘和错拿书本和学习用品，提高了学生的学习效率。

　　2.基于GPS/GPRS技术，可进行实时位置数据采集与传输，便于家长掌握学生的活动状态。若超出电子栅栏范围，系统可自动报警，提高了学生出行的安全性。