基于RFID技術的實驗室管理系統設計

張萃珍

摘 要：本文設計了一種實用的基于射頻識別技術的實驗室管理系統，該實驗室管理系統由上位機和下位機兩部分組成。首先介紹了系統的整體設計和管理流程，然后給出了系統的測試結果，以期為相關學者的研究提供參考。

關鍵詞：RFID技術;實驗室管理系統;上位機;下位機

中圖分類號：TP311.52文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0019-03

Abstract ： In this paper， a practical laboratory management system based on RFID technology was designed. The laboratory management system is composed of host computer and slave computer. This paper first introduced the overall design and management process of the system， and then gave the test results of the system， in order to provide reference for related scholars.

Keywords ： RFID technology;laboratory management system;host computer;slave computer

近年來，教育改革的呼聲越來越高，校園信息化建設的訴求也越來越急迫。但目前，多數高校的實驗室管理仍采用人工管理的方式，耗費大量人力、物力，管理效益不高，靈活性差，安全性也有所不足，無法適應時代發展的腳步。為適應新時代的發展，各高校應實行實驗課程改革，滿足學生對課余實驗室的渴望，有計劃地實行實驗室的對外開放。為了實現本目的，本文基于無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）設計了一種新的實驗室管理系統，改變了傳統的實驗室管理方式，節省了人力資源。

1 RFID技術簡介

RFID技術是一種非接觸式的自動識別技術，其通過無線電信號來識別目標對象并獲取數據，識別工作無須人工干預。此外，在識別過程中，系統與特定目標之間無須建立機械或者光學接觸，可工作于各種惡劣環境。一套完整的RFID系統包括電子標簽、閱讀器和應用軟件三部分。RFID技術的工作原理是無線電的信號通過調成無線電頻率的電磁場，電子標簽進入磁場后，如果接收到閱讀器發出的射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，或者由電子標簽主動發送某一頻率的信號，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理[1]。

2 實驗室管理系統的整體設計

基于RFID技術的實驗室管理系統主要包括兩個部分：下位機和上位機。下位機的主要功能是顯示和采集數據，是產品的硬件部分;上位機的功能是管理用戶信息和分析數據，是產品的軟件部分[2]。系統整體結構如圖1所示。

2.1 下位機硬件部分

2.1.1 射頻卡，即非接觸IC卡。射頻卡內的讀寫器天線利用電感耦合產生感應電流，為射頻卡提供電源，并將卡內數據信息發射給讀卡器，保證功率匹配，并提供足夠的帶寬，保證傳輸無失真數據。

2.1.2 讀卡器。這里采用RFID-RC522讀卡器。芯片的接收器通過強大和高效的解調譯碼電路處理接收到的信號，并由單片機對讀出的卡內信息進行處理，在液晶屏上完成信息顯示。

2.1.3 單片機。單片機是在一塊集成電路上把CPU、存儲器、定時器/計數器及多種形式的I/O接口集成在一起而構成的微型計算機[3]。本設計采用AT89C52單片機，由ATMEL公司生產，可應用于各種控制場合。

2.1.4 LCD液晶顯示屏。LCD液晶顯示屏主要用來顯示學生的相關信息。

2.2 上位機軟件部分

上位機部分是實驗室管理系統的管理軟件，用于記錄下位機采集到的數據，如學生進出實驗室的時間。用戶也可以登錄管理系統查看自己進出的時間。用戶登錄密碼設定了6位字符，用戶登錄后可根據自己的情況修改密碼。上位機的設計基于現有電腦系統即可。上位機利用的編程語言為VB語言。VB，即Visual Basic，是一款由微軟開發的包含協助開發環境的事件驅動編程語言。同時，上位機系統使用Access數據庫。Access數據庫是由微軟發布的關聯式數據庫管理系統，一是可以用來存儲數據，二是可用來進行數據分析，三是可以用來開發軟件[4]。

上位機的數據庫包括用戶個人信息（姓名、學號、班級、卡號等信息）以及刷卡時間信息。本文展示了兩名用戶的信息，如圖2所示。

3 系統工作流程設計

實驗室管理系統可以一直維持工作狀態，便于學生根據自己的時間安排到實驗室參加活動。實驗室管理系統工作流程具體如圖3所示。

實驗室管理系統工作時，讀卡感應模塊紅燈亮起。當用戶要進入實驗室時，根據顯示屏上的提示信息刷卡即可進入。用戶刷卡時無須接觸讀卡器，在一定范圍內，讀卡器就能讀取卡內信息。讀卡器接收到卡內數據信息時，指示燈亮起，表示刷卡有效，同時信息會在液晶屏上顯示，用戶可對照檢查自己的信息是否存在錯誤。下位機采集完數據后，會將信息發送到上位機進行分析，上位機軟件會自動記錄信息，記錄內容包括進出時間、姓名、專業、班級等。此外，上位機可生成數據報表供學校師生查看。當卡內信息無效時，指示燈不會亮起，同時顯示屏不會有信息顯示，這時用戶要檢查射頻卡是否有誤。

4 測試結果

實踐證明，基于RFID技術的實驗室管理系統系統運行良好，實現了信息化管理實驗室的目的，學生持射頻卡刷卡進出實驗室，實驗室系統會記錄相關信息;實現了人機交流，大大節約了人力成本，方便了學校的管理。

上位機界面簡潔，學生可以通過輸入學號、密碼等個人信息登錄管理界面，進行個人信息查詢和修改。上位機的登錄界面如圖4所示。

上位機的用戶查詢界面如圖5所示，用戶可以在界面上看到班級、姓名、學號，下方記錄的是刷卡時間，方便操作。

上位機從下位機接收到數據后，數據接收系統有效時會顯示IC卡的卡號和學生姓名，隨后會在數據庫的list中產生一條記錄，管理教師可以直接從數據庫查看出入實驗室的學生信息，如圖6所示。

5 結語

本文設計了一款基于RFID技術的實驗室管理系統，利用射頻卡，刷卡方便，且芯片內置，芯片不容易受到外界的破壞。射頻卡可用校園卡，節省成本。系統的核心是上位機部分，上位機界面簡潔實用，操作便捷，方便數據的記錄和查看。該系統不僅可以用于實驗室，還可以用于學生宿舍、圖書館、游泳池等場所，有廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]周細義，任亞運，肖祥，等.RFID技術在實驗室管理系統中的應用研究[J].湖南理工學院學報（自然科學版），2013（3）：40-44.

[2]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（6）：616-620.

[3]李丹.基于RFID技術的實驗室管理系統的設計與實現[J].微型電腦應用，2016（3）：40-41.

[4]唐琳.基于RFID的開放實驗室管理系統的硬件設計[J].數字技術與應用，2019（12）：135-136.