RFID及其在高校實驗室管理中的應(yīng)用

摘要：針對課程改革中需要建立綜合性實驗室的需求，介紹了RFID技術(shù)，提出利用RFID技術(shù)改進實驗室的使用及管理，使其更加開放和科學(xué)。給出了一個利用RFlD技術(shù)的開放平臺實驗室管理的解決方案，其特點是：學(xué)生須持卡預(yù)約并使用實驗室資源，分享實驗數(shù)據(jù)；老師通過系統(tǒng)管理設(shè)備和資源。

關(guān)鍵詞：射頻識別；綜合實驗室；實驗室管理系統(tǒng)

中圖分類號：G647 文獻標(biāo)識碼：A

0、引 言

以往的高校實驗室都是某一方面的專用實驗室，例如模擬電子技術(shù)實驗室，數(shù)字電子技術(shù)實驗室，單片機/DSP實驗室，通信實驗室等。但是隨著教學(xué)的深入和課程的改革這樣的實驗室分類法往往無法滿足現(xiàn)實的需要。如果學(xué)生需要做一個小型的系統(tǒng)，可能會涉及以上所有的實驗室。這就要求我們要有綜合的實驗，實訓(xùn)平臺，這個平臺滿足我們對本專業(yè)所有課程的實驗要求。在參加全國電子設(shè)計大賽，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計，課程設(shè)計的時候?qū)W生都需要一個綜合性的實驗平臺，而這樣的平臺也慢慢出現(xiàn)在我們的校園中。這也對實驗室的管理提出了新的挑戰(zhàn)，設(shè)備多種多樣，需求多種多樣。對此本文提出了利用RFID技術(shù)加強綜合平臺實驗室的管理，提出了一種新型管理系統(tǒng)。

1、射頻技術(shù)中的射頻識別

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽。

RFID技術(shù)具有很多突出的優(yōu)點：無需人工干預(yù)，無需直接接觸、無需光學(xué)可視即可完成信息的輸入和處理，可工作于各種惡劣的環(huán)境，可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便，實現(xiàn)了無源和免接觸操作，無機械磨損，壽命長：數(shù)據(jù)安全方面除標(biāo)簽的密碼保護外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理，如：DES、RSA、DSA、MD5等，讀寫器與標(biāo)簽之間也可相互認(rèn)證，實現(xiàn)安全通信和存儲。隨著電子標(biāo)簽總體成本越來越接近接觸式IC卡的成本，甚至更低，為其大量應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。RFlD基本原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。如圖l所示。它主要有兩種方式：一、電磁耦合，即所謂的變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。電磁耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)；典型的工作頻率有：125kHz，225kHz和13.56MHz；識別距離小于1m，典型作用距離10-20cm。二、電磁傳播或者電磁反向散射耦合，即雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。電磁反向散射耦臺方式一般適合高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)；典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2.4GHz和5.8GHz：識別距離大于1m，典型作用距離3-10m。

2、RFID在高校實驗室管理中的應(yīng)用

對于開放式綜合性實驗平臺要起到相應(yīng)的作用必須滿足以下的要求：(1)實驗室資源上網(wǎng)，學(xué)生及管理者能實時了解實驗室的可用資源：(2)管理員根據(jù)學(xué)生的具體需求可設(shè)定相應(yīng)的資源使用權(quán)限；(3)管理者可監(jiān)控正在使用的設(shè)備。基于以上需求我們設(shè)計了一個基于RFID技術(shù)的新型開放式實驗平臺如圖2所示：

本系統(tǒng)將每個儀器設(shè)備都進行編號，并在數(shù)據(jù)庫中記錄該儀器的使用記錄，可能應(yīng)用的方向和設(shè)備的狀況等信息。學(xué)生持有射頻卡，并擁有對應(yīng)的密碼，必須預(yù)先登陸管理系統(tǒng)預(yù)約儀器設(shè)備和操作位。管理系統(tǒng)將根據(jù)學(xué)生的實驗需求提供可能用到的設(shè)備，和以往使用該設(shè)備所得的實驗數(shù)據(jù)供學(xué)生參考。學(xué)生實驗結(jié)束后上傳相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)，并填寫設(shè)備的相關(guān)狀況。

本系統(tǒng)由管理系統(tǒng)，讀寫器，射頻電子標(biāo)簽，射頻卡四個部分構(gòu)成。

2.1 管理系統(tǒng)包括以下模塊

(1)設(shè)備管理。通過這個模塊，學(xué)生可以查詢到那些設(shè)備是空閑的，那些設(shè)備正在使用中，那些設(shè)備正在維修中及維修所需要的時間。老師則通過這個模塊報修設(shè)備，合理分配資源。

(2)資源申請。學(xué)生在上一個模塊中查找到可用資源后，通過這個模塊向老師提出使用設(shè)備的申請，老師根據(jù)實際情況批準(zhǔn)申請并賦予相應(yīng)的權(quán)限，此權(quán)限通過讀寫器寫入學(xué)生所持射頻卡中。(對于上課班級可批量寫入)。

(3)實驗數(shù)據(jù)。在這個模塊中學(xué)生可以查詢到相關(guān)實驗的歷史數(shù)據(jù)，并上傳自己的實驗數(shù)據(jù)供后人參考，老師定時檢查學(xué)生上傳的實驗數(shù)據(jù)對異常情況進行分析并做出解釋。

(4)新用戶注冊。學(xué)生使用開放實驗平臺前必須注冊一個用戶，管理員通過這個環(huán)節(jié)控制本實驗室的使用人數(shù)，保證實驗室能正常運作。

(5)資料下載。通過該模塊學(xué)生可下載相關(guān)的專業(yè)資料。

(6)后臺管理。通過這個模塊來管理這個管理系統(tǒng)，更新公告和新聞。

2.2 讀寫器

此部分為實驗管理人員持有，根據(jù)管理系統(tǒng)賦予學(xué)生相關(guān)權(quán)限。根據(jù)學(xué)生所持射頻卡的記錄信息，把相應(yīng)設(shè)備分發(fā)給學(xué)生。

2.3 電子標(biāo)簽

每個設(shè)備上都貼有電子標(biāo)簽，設(shè)備在進出設(shè)備間時由讀寫器讀出相關(guān)信息，并傳給管理系統(tǒng)，電子標(biāo)簽也可包含該設(shè)備的一些個性化信息。每次使用系統(tǒng)均記錄下設(shè)備的使用情況，如果后一使用者發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞可通過管理系統(tǒng)追究前一使用者的責(zé)任。

2.4 射頻卡

該卡為學(xué)生所持有，記錄學(xué)生的相關(guān)信息，也可以做為校外使用者的收費依據(jù)。學(xué)生持被賦予相關(guān)權(quán)利的射頻卡，向老師取得設(shè)備并在相應(yīng)操作臺操作，操作完成歸還設(shè)備。

本系統(tǒng)提高了高校資源的使用效率，方便管理，節(jié)省人力，更可使實驗員從繁雜的管理工作中解脫出來專注于實驗指導(dǎo)。而開放式的實驗平臺更可使學(xué)校與社會共用實驗室，突顯其社會效應(yīng)。

參考文獻：

[1]游戰(zhàn)清，劉克勝，無線射頻識別技術(shù)(RFID)規(guī)劃與實施[M]北京：電子工業(yè)出版社，2005