基于RFID的開放實驗室管理系統的硬件設計

唐琳

摘要：針對傳統使用實驗室方式中存在課程設置時間不合理和實驗項目設置過于單調這兩個主要問題，提出了一種基于RFID的開放實驗室管理系統。本文簡述了系統的硬件設計方案和工作原理，實現了開放實驗室使用人員的信息管理和實驗資源的優化配置。

關鍵詞：RFID;開放實驗室;實驗室管理

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）12-0135-02

在高等院校中，實驗室是各高校提升教師教學能力、進行科研創新的基本平臺，是提升大學生動手能力、創新能力的主要平臺，是培養應用型人才、創新型人才的重要基地。以廣西大學行健文理學院為例，在傳統的實驗室使用方式中，經常會因課程設置時間不合理和課程實驗項目設置過于單調而導致出現以下問題：（1）實驗室使用時間過于集中，某些時間段座無虛席而部分時間卻門可羅雀;（2）實驗項目多為驗證性實驗，缺少綜合性和設計性實驗，實驗過程單調乏味，學生無濃厚興趣;（3）部分實驗室專業性較強，只為某門課程服務（如光纖通信實驗室），利用率極低。開放實驗室以開放的形式給學生使用實驗室，讓學生可以自由調整、合理分配自己的課余時間，選擇自己感興趣的實驗項目，完成實驗教學、科研實驗以外的設計性和綜合性實驗。本文以RFID技術為基礎，設計了開放實驗室管理系統，幫助學生能夠快捷合理地使用實驗室。

1 RFID技術概述

無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是一種電磁耦合式非接觸的自動識別技術，采用與無線電廣播相同的物理原理來發射和接收數據，由標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）三部分構成。它通過射頻信號自動識別目標對象（停滯或非停滯狀態）并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可同時識別多個識別卡，操作快捷方便。可應用于諸如設備管理、貨物跟蹤等各種工作場景。

2 RFID工作原理

RFID系統的組成部分包括：射頻標簽（應答器）、識別設備（閱讀器）、網絡（中央信息系統）。

RFID系統的識別過程主要由識別設備和射頻標簽兩部分完成，它們之間以無線射頻的方式來完成通信。當識別設備所監控的范圍內檢測到有射頻信號出現時，識別設備通過無線射頻的方式提供射頻標簽工作所需的能量，激活射頻標簽，同時獲取其自身所存儲的數據信息，然后分析處理這些數據信息，再根據分析處理的結果下達控制命令或者數據傳送。

開放實驗室管理硬件系統可分為：RFID射頻識別模塊和單片機控制模塊。前者的作用在于可以和校園一卡通建立起無線通信鏈路，對校園一卡通進行指令操作;后者的主要作用則是對RFID感應模塊發送控制指令，控制RFID射頻識別模塊的讀寫等一系列操作，同時將校園一卡通里的數據信息通過串口上傳到上位PC機，其原理圖如圖1所示。

3 系統硬件設計

3.1 讀寫器設計

讀寫器主要分為兩部分：控制模塊和射頻模塊。控制模塊以STC12系列單片機STC12C5A60S2芯片作為控制芯片，負責讀取RFID射頻識別模塊的數據，通過SPI接口完成數據通信，控制其他外圍器件的工作。

射頻模塊由MFRC522芯片、外圍電路及天線組成。RFID射頻識別模塊的原理圖如圖2所示。

3.2 讀寫器軟件設計

下位機程序設計的目的在于為了單片機控制模塊能夠控制RFID射頻識別模塊讀取校園一卡通中的學生用戶信息，并將這些學生用戶信息傳送給上位機使用。

下位機程序使用Keil C51開發環境，采用兼容單片機的C語言編寫整個下位機的程序，并通過串口調試助手測試整個程序的運行情況。它的工作任務是初始化、識卡、驗卡、讀卡、發送卡號信息。

下位機程序設計主要是為了可以成功地從校園一卡通中讀取唯一的卡序列號（卡號）。每張校園一卡通的卡號都是唯一的，這正是開放實驗室管理系統中所需要的一種身份憑證。在管理系統中，正是憑借這唯一性，可以讓每個學生從實驗室開放的時間和地點中預訂自己所想要的時間和實驗室，這樣就可以讓實驗室得到更合理地利用，實驗資源得到合理地分配，提高實驗室的利用率。

下位機的主程序如下所示：

void main（）

{

uchar RF_staus;

uint dis_data=0;

Serial_init（）;

EA=1;

RF_init（）;

RF_AntennaOff （）;

RF_AntennaOn （）;

delay（100）;

Time1_init（）;

While（1）

{

RF_staus=RF_Request（PICC_REQALL，RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_Anticoll（RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_Selct（RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_AuthState（PICC_Auth，RF_Tempbuf）;

}

}

4 結語

本文介紹了基于RFID的開放實驗室管理系統的硬件設計方案，為開放實驗室管理系統提供了硬件基礎，系統通過RFID技術讀取校園一卡通的學生用戶信息，實現對開放實驗室使用人員信息的管理。

參考文獻

[1] 史麗娟，等.基于RFID的自習室管理系統的設計[J].常州信息職業技術學院學報，2018（12）：26-29.

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[3] 陳杰，應時彥，朱華.基于MFRC522的RFID讀卡器設計[J].浙江工業大學學報，2014（06）：616-620.

Hardware Design of? Open Laboratory Management System Based on RFID

TANG Lin

（Guangxi University Xingjian College of? Science and Liberal Arts，Nanning? Guangxi? 530005）

Abstract：In view of the two main problems existing in the traditional way of using laboratory： unreasonable course setting time and too monotonous experimental project setting， an open laboratory management system based on RFID is proposed. In this paper， the hardware design scheme and working principle of the system are briefly described， and the information management of open laboratory users and the optimal allocation of experimental resources are realized.

Key words：RFID;open laboratory;laboratory management