基于2.4G RFID技術的家校通系統

嚴順枝

(衡水職業技術學院，河北衡水,053000)

基于2.4G RFID技術的家校通系統

嚴順枝

(衡水職業技術學院，河北衡水,053000)

介紹了一種基于2.4G RFID技術的家校通系統，當學生經過校門時，閱讀器采集到學生卡信息，上傳至數據中心，數據中心經過分析、處理后發送至后臺系統服務器，后臺服務器連接短信平臺將相關信息發送短信至家長手機。經過測試表明基于2.4G RFID技術的家校通考勤系統，具有較高的可靠性和實用性。

2.4G；射頻識別；低頻觸發；無線考勤；家校通

射頻識別技術RFID(RadioFrequencyIdentification)，又稱為射頻電子標簽技術，是一種非接觸式的自動識別技術。隨著RFID 技術的迅速發展，同時由于其具有標簽體積小、壽命長、移動識別、可工作于各種惡劣環境等優點，RFID 技術廣泛應用于公共安全、教育管理、物流管理、交通管理等多個領域。本文介紹了一種帶激勵器的2.4G RFID技術的家校通系統，可準確地判斷學生的進出校門情況，并通過短信告知家長，能夠自動完成家校互通。

1 家校通系統基本原理

該系統由電子標簽、激勵器、閱讀器和數據中心器組成。如圖1所示，當學生佩戴電子標簽由校外進入校外激勵器的觸發范圍時，激勵器發出125KHz的激勵信號，電子標簽的線圈耦合激勵器的磁場，從而產生感應電流以獲取能量，并解調激勵器磁場信號，獲取激勵器ID號等信息；再 激 活2.4GHz頻率的模塊， 2.4GHz模塊激活后將轉入主動狀態，接收激勵器的ID號等信息后，合并2.4GHz電子標簽的ID號等信息，然后打包發送給閱讀器。閱讀器再把信息通過同軸電纜線送到中心控制器；學生通過大門進入校內激勵器的觸發范圍，電子標簽被二次觸發，獲得能量和ID號信息，發出2.4 GHz頻率信號，被閱讀器接收后，送到數據中心，中心控制器根據兩次閱讀器送來數據先后順序，可判斷學生是到校還是離校，并以短信的形式通知家長。

2 系統硬件電路結構原理

2.1 激勵器電路

2.1.1 激勵器結構原理

激勵器又叫地標器，它的作用是激發電子標簽。當學生佩戴電子標簽進入激勵器的觸發范圍時，電子標簽接收到激勵器發出125KHz的激勵信號，從而獲取能量，并獲取激勵器ID號等信息，使2.4GHz模塊激活后將轉入主動狀態。其結構如圖2所示。

2.1.2 帶激勵器射頻系統的優點

第一是改變了2.4 GHz電子標簽讀取范圍不確定的問題，可將讀取范圍可以精確在2-4米之間，這樣，激勵器的觸發范圍可以很容易的對當時的電子標簽進行定位。

第二是大大提高了2.4 GHz電子標簽的使用壽命,現有的2.4 GHz電子標簽都是主動發送數據的，每隔一定的時間就發送一次，即使不需要也發送因而耗電量較大。而新設計的電子標簽平時處于休眠狀態，只有電子標簽進入激勵器的觸發區域時，才由低頻部分激活2.4 GHz電子標簽，開始發送數據，一旦標簽離開激勵器區域，電子標簽將進入休眠狀態，因此，耗電量極低。故可大約延長電子標簽一倍以上的使用壽命。

第三是提高了READER的數據處理能力。不帶激勵器射頻系統READER需要處理幾十米內的電子標簽數據，而不管數據是否需要，故而數據有效率較低，而新型技術使READER只需要處理處于激勵器范圍內的電子標簽，接收到都是有效的電子標簽數據數據，因而有效率較高。也使得READER可以同時處理的標簽數量也就增加了。

2.2 讀卡器的電路

讀卡器主要由微處理器、2.4G模塊和讀卡模塊構成。

2.2.1 微處理器的硬件電路

STC89C52 是 STC 公司研發的一種基于51內核微控制器，其特點是速度快、功耗低、抗干擾能力強，單指令代碼完全兼容傳統 8051 單片機，免去了使用專用編程器，可通過串口（RXD/ P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序，速度非常快僅需要幾秒鐘，這些特點非常有利于產品的開發，同時縮小了產品的體積，大幅度縮減了產品的成本，非常有利產品迅速占有市場。

2.2.2 2.4G數據傳送

2.4 G射頻技術是一種低功耗、低成本、低復雜度、高速率的近距離無線通信技術。在設計中選用的是 NORDIC 公司研發的nRF24L01+ 芯片。該款芯片屬于2.4 GHz 無線射頻頻段收發芯片，但是工作頻率在 2.4 --2.4835 GHz 之間可調，可以同時接收6路不同通道數據。通訊速度最高可調至 2 Mbps，芯片內部固化有 CRC 與地址校驗校驗協議，并支持自動應答功能，在確認收到數據，可以自動回應應答方，從而提高了通信的安全可靠性，在ShockBurstTMC模式下低速單片機也可以與其通信，這些功能都可以用 MCU經芯片提供的 SPI 接口配置相應的寄存器得以實現。

2.2.3 讀卡模塊電路

讀卡芯片使用恩智浦公司研發的 RC522，這款芯片目前在相應領域得到廣泛的應用。其特點是支持 ISO/IEC 14442 TypeA

圖1 系統基本原理圖

圖2 激勵器結構原理圖

接口和 MIFARE 協議，調制電路高度集成，天線的驅動只需要少量的外圍器件，特有的掉電機制可以關閉天線，即關閉射頻場，從而降低功耗。

3 家校通系統的測試

本系統可由數據中心、閱讀器、RFID卡、校門內外側觸發器、后臺管理系統和短信平臺組成。學校內外分別安有一個閱讀器，每位學生配戴一張電子標簽，當學生經過校門時主動識別出學生進出校門的狀態，并完成考勤記錄，然后通過平安短信方式通知學生家長和老師。平臺軟件系統由WindwsXP、SQLSerer2005、家校通數據采集軟件和家校通管理系統軟件組成。

[1] Klaus Finkenzeller.射頻識別（RFID）技術—無線電感應的應答器和非接觸 IC卡的原理與應用[M].2版.北京:電子工業出版社,2001.

[2] 彭 赟1,鄧志良.基于2.4 G射頻技術的遠距離考勤讀卡器的設計[J]. 電子設計工程,2014,2:165-166.

[3] 周曉光,王曉華.射頻識別（RFID）技術原理與應用實例[M].北京 :人民郵電出版社,2006.

[4] 張繼果，徐瑞，王德政.基于RFID技術的家校通無線考勤系統研究[J].物聯網技術,2011,12:38-40.

According to 2.4 G RFID technical system in school in the house

Yan Shunzhi
(Heng water occupation technical collegeHeng water in Hebei,053000)

Introduce a kind of according to 2.4 G RFID technical system in school in the house, the reader collects a student while being a student through door in the school card information,upload into data center,the data center has been analyzed,processing behind send out to backstage system server,the backstage server links message platform to send out a related information the message to parent's cellular phone.Has been tested and expressed RFID technical school in the house to test frequently system and have high credibility and function according to the 2.4 G.

2.4G;The radio frequency identifies;The low frequency triggers;The wireless tests frequently;In school in the house

嚴順枝(1967-),男,河北武強人,衡水職業技術學院機電工程系副教授，研究方向：應用電子技術。