基于超高頻RFID設備借還系統硬件的設計

古智鋒 陳娟

摘 要：隨著學校規模的擴大，學生人數的增多，所需設備數量也與日俱增，常用的紙質登記或手動登記設備信息的方式已經無法滿足日常的設備使用記錄需求。針對該現狀，文章提出將超高頻RFID引入到日常教學設備管理當中，就該設備硬件提出設計方案，在不接觸的情況下實現設備信息的讀取與記錄，并且通過手持設備能對設備數量進行統計。

關鍵詞：超高頻RFID；借還系統

一、概述

RFID技術，目前應用在IC卡、磁卡、條碼、攝像等自動識別技術中。在其應用的過程中，充分展現了其自身的優勢：非接觸操作；不會產生機械磨損的現象；能夠識高速運行的物體，或者同時識別不同的電子標簽；讀寫器不對用戶直接開放，可以確保信息的安全性；標簽、讀寫器之間可以相互認證，完成信息的存儲、通信。

超高頻RFID設備借還系統主要是利用超高頻RFID遠距離讀取標簽的特性，只要設備經過相應的區域，超高頻RFID就能讀取到設備的編號并進行數據標準化后本地保存，通過串口或者其他方式對數據進行發送。

二、功能設計

（一）設備編號檢測機功能設計

設備編號檢測中考慮到不同時間段借還人員密度不同，所有通道都可雙向使用，另外還有不同標簽信號間的干擾問題，所以在設備編號檢測區的通道需要進行一定的限制設計，讓不同功能區的信息傳輸互不干擾，檢測數據采用24L01無線模塊和串口兩種方式發送。

（二）手持盤點機功能設計

手持盤點機主要用于對數據進行統計和查看，所以在設計手持盤點機時選用12864屏幕，以保證顯示的內容足夠豐富，與其他彩色大屏幕相比，12864除了價格低廉以外，本身質量過硬，功耗低等有點，在陽光直射環境下不會導致模糊不清。數據接收方式上采用了有線和無線兩種方式，使得可以應用與更多的環境下。

三、硬件電路設計

（一）設備編號檢測控制器的硬件電路的設計

（1）STM32F103單片機。單片機作為本文設計的核心，主要用于對超高頻RFID模塊控制，能夠獲取標簽的ID，將標簽數據和借用人數據相整合并保存到列表中，同時檢測到手持設備連接后會上傳指定時間段的數據，STM32F103具備多個串口，可以滿足對多個串口數據進行接收和發送，多達7個定時器使得在多任務處理方面變得更加靈活，80個多功能IO口使得對外部設備的擴展更為豐富。

（2）超高頻RFID模塊。采用的是網源超高頻遠距離讀取一體機，該一體機距離遠，提供串口可以二次開發，可調節功率，從而調節讀卡距離遠近，可主動讀卡和被動讀卡，完全做到不停留讀取標簽數據，且能自動過濾相同的標簽，避免重復，單卡讀取時間小于 10MS，具有防碰撞讀取功能，可識別多個不同標簽，支持串口輸出。單片機通過接收由超高頻RFID模塊傳輸過來的數據，將數據保存到Flash當中，當手持盤點機發送連接命令時即可和編號檢測機進行數據通訊，本文在設計時采用價格低廉的24L01作為無線數據傳輸的模塊，將設備編號檢測結果傳送到手持盤點機進行查閱。

（二）手持盤點機的設計

手持盤點機主要適用于設備的統計，通過與設備編號檢測機相連接設備活動數據，可以對接收的數據進行統計，也可以通過安裝在手持盤點機中的超高頻RFID讀取模塊對設備群中的設備進行檢測，統計出目前空閑設備的數量，并且可以快速尋找某個特定編號所在的大概區域，實現目標編號設備的快速尋找。

在主控上選用STM32F103，除了統一硬件控制器外，還帶來了開發上的便利，而且STM32F103上的資源也是非常豐富的，這點在本文中有提到，由于功耗低，所帶來的續航時間也是相當可觀的，能滿足長時間連續使用的要求。

（三）金屬環境下的標簽信號優化

由于UHF標簽的工作介質是電磁波，所以金屬會對UHF標簽產生很大的影響，金屬不僅會吸收電磁波而且還會反射，從而改變電磁場的空間和強度的分布，如果金屬靠近標簽貼紙的天線，電磁波會被反射回來，還會與原來的電磁場相互疊加，從而引起電磁場的減弱。

為避免這個問題，使用了一個短路環偶級子天線模型，并且還加入了一個阻抗臂（L3），可以通過調節阻抗臂長度和寬度，達到調節輸入阻抗的目的，從而更好的優化天線，如圖1所示。

本文通過設計基于超高頻RFID為核心的設備管理系統，介紹了超高頻RFID在實驗室中設備管理中的應用，以STM32F103為主控制器，設計出了方便高效的管理系統，同時將非接觸式設備管理系統應用在教學管理中開了頭，為后續更多功能的開發提供了鋪墊，也為設備管理方式提供了一種思路。

參考文獻

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基金項目：廣州大學華軟軟件學院科學研究、教育教學研究項目“基于超高頻RFID實驗室課堂設備借還系統的研究與設計”（編號ky201813）。

作者簡介：古智鋒（1989- ），男，廣東梅州人，本科，助理實驗師，研究方向：電子與通訊；陳娟（1991- ），女，廣東梅州人，本科，中小學二級教師，研究方向：小學科學。