基于RFID技術的幼兒園安防管理系統的設計

摘 要：本文在深入分析幼兒園安防系統的基礎上，通過有源RFID技術，對幼兒園安防管理進行設計，有效的杜絕了幼兒不小心偷跑出安全區的情況，更加保障幼兒的安全。

關鍵字：RFID； 幼兒園； 安防

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A

幼兒園是一個很脆弱的環境，近幾年頻發的幼兒園行兇、砍人、綁架等事故，均是由于不法歹徒混入園區造成的。利用射頻識別技術（RFID）管理人員進出，即：每一位家長、兒童、教師均戴有一枚RFID標簽，入園、出園時利用門口的閱讀器進行身份識別，在確定其身份后方可放行，整個接送過程能實時在管理電腦上形成監控，有詳細日志記錄，方便查詢，幫助管理人員及時了解全園幼兒和教師出勤等方面的情況。一方面簡化出入手續，提高工作效率；一方面可加強安全保護。

本系統結合RFID、計算機網絡等技術，通過使用有源RFID標簽、讀寫器和軟件實現對幼兒園進行安防管理。本系統主要包括硬件設計和軟件設計兩部分。

1硬件部分設計：

硬件部分主要由電子標簽、閱讀器組成，采用串行通信的方式將數據傳送給計算機進行處理。

（1）電子標簽的選型：

對于RFID的系統設計，首先考慮的是閱讀器的讀取范圍。因為幼兒園是個相對較小的活動場所，閱讀器和電子標簽的距離在30米以內比較合適，所以采用適應的2.4GHz頻段。

電子標簽采用nRF24LE1芯片。它是NORDIC的最新產品，利用無線和超低功耗技術，在一個極小封裝中集成了包括2.4GHz無線傳輸，增強型51 Flash高速單片機，豐富外設及接口等的單片Flash芯片，是一個綜合了性能及成本的完美結合，很適合應用于各種2.4GHz的產品設計。其中電源部分可以直接采用紐扣電池供電，芯片功耗極低，供電時間長。

（2）閱讀器的設計：

閱讀器是射頻識別系統不可缺少的設備裝置，是系統與諸多流動的電子標簽進行數據交換的工具，其技術參數指標對系統的整體性能和可靠性有著決定性影響。

在系統設計中，閱讀器采用nRF24L01，控制器部分采用C8051F310。閱讀器的硬件主要由中央微處理器、nRF24L01芯片、高頻電路、模塊天線、RS485通信電路、復位電路、LED狀態顯示和喇叭驅動電路等組成。C8051Fxxx 系列單片機是完全集成的混合信號系統級芯片，具有與8051 兼容的微控制器內核，與MCS-51 指令集完全兼容。其硬件結構圖如圖1所示：

nRF24L01 通過SPI 接口和C8051F310進行數據交換。其工作原理如下：

閱讀器會不停的向周圍發射詢問信號。當有“應答器”進入外側閱讀器信號覆蓋范圍，電子標簽會被詢問信號喚醒。標簽向閱讀器發出握手信號，提出通信申請。握手信號中包含電子標簽擁有的唯一的ID號。閱讀器接受握手信號后，向電子標簽發出確認握手信號。在接收到確認握手信號前，標簽將會不斷發射握手信號。電子標簽接受到握手信號后，向閱讀器發出請求認證信號，包含加密信息。閱讀器接受到請求認證信號后，如加密信息確認，則發送認證完成信號給電子標簽，信號中包含高速路口代碼和當前時間。如加密信息沒有確認，讀寫器將返回錯誤信號給電子標簽。閱讀器向上位機發送確認信號，上位機將此時的時間及家長（孩子）的代碼存儲進數據庫。

微處理器C8051F310控制nRF24L01的操作流程圖如下圖所示。每一次讀寫電子標簽數據時，必須按順序先執行請求命令、防沖突、選擇電子標簽、密碼驗證等指令，然后才能執行讀或寫數據指令。其具體操作流程如圖2：

（3）通信方式的設計

在有源RFID 系統中，通信方式很重要。本系統通訊模塊主要由單片機C8051F310、RS485串行通訊接口組成，實現同上位機的通信。

由于該幼兒園網絡組網相對簡單，要求通信距離較長。采用RS485和CAN總線均能滿足要求，但從成本考慮，RS485價位略低。同時，RS485接口是用于主從機通信非常成熟，具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等特點。并且在通信中采用ModBus協議，同樣能夠保證傳輸質量。因此，采用RS485通信接口。

2 軟件部分設計：

閱讀器系統連接PC終端的程序可以稱為上位機應用程序。因為這部分的應用程序所要完成的任務主要就是PC機與射頻卡閱讀器相互通信，讀取其中的信息或發送所要執行的命令。另一部分任務則是將讀取的信息進行處理，并且帶有數據庫的操作功能，即將收集的數據和操作信息記錄入庫以備將來的查詢核對用。

系統在軟件設計方面主要考慮RS485通信功能模塊以及數據庫管理模塊的編寫，這些模塊是系統軟件的基礎和核心部分。

軟件設計程序流程圖如圖3所示。

結語

本文設計的基于RFID技術幼兒園安防管理系統，采用非接觸式的射頻卡作為身份標識卡，較好地消除了幼兒園管理中的安全隱患，一方面降低管理成本，一方面提高效率并加強安全防護，宜于推廣使用。

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