基于RFID的校園體溫監(jiān)測定位系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為保障開學(xué)后校園安全，設(shè)計了一種基于RFID技術(shù)的體溫檢測安全性系統(tǒng)。將可穿戴人體體征檢測設(shè)備與射頻識別技術(shù)相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)可定位的人體體征檢測，射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）是實(shí)現(xiàn)定位功能的關(guān)鍵技術(shù)，RFID系統(tǒng)所用到的電子標(biāo)簽通常是無源的，其供電電能來自感應(yīng)電流，所以電子標(biāo)簽?zāi)軌蛱峁┑墓β瘦^低。因此本文結(jié)合與RFID標(biāo)簽相結(jié)合的低功耗CMOS體溫傳感器，該傳感器具有設(shè)備面積小、功耗低以及可集成于RFID無源電子標(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn)，能夠同時實(shí)現(xiàn)體溫檢測和定位功能。并且此系統(tǒng)還可以應(yīng)用到其他場合。

關(guān)鍵詞：CMOS傳感器;定位;RFID技術(shù)

一、引言

面對校園中人員較多，位置分布廣的情況，傳統(tǒng)耳溫槍檢測體溫的方法并不適用，本文提出一種基于RIFD的體溫檢測定位系統(tǒng)，可以解決傳統(tǒng)測溫模式不靈活的缺陷。

利用RFID技術(shù)的非接觸方式獲取目標(biāo)對象的溫度、濕度、位置和相關(guān)環(huán)境參數(shù)等，使得傳感器技術(shù)與RFID技術(shù)的結(jié)合變得非常熱門和得到廣泛的應(yīng)用。集成于無源RFID電子標(biāo)簽的CMOS溫度傳感器設(shè)計，該CMOS溫度傳感器集成于13.56MHz的高頻無源RFID標(biāo)簽芯片上。利用CMOS溫度傳感器體積小可集成于RFID無源電子標(biāo)簽的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于校園教職員工及學(xué)生的溫度檢測和定位中，可大大提升測溫和定位效率。

二、RFID工作原理

RFID由電子標(biāo)簽、讀寫器、應(yīng)用程序三部分組成，如圖1所示：

電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器天線磁場后，接收到讀寫器發(fā)出的高頻載波信號，標(biāo)簽芯片上電并進(jìn)行后續(xù)工作;讀寫器再將數(shù)據(jù)和命令調(diào)制到高頻載波信后，電子標(biāo)簽將對接收到的高頻載波信號進(jìn)行解調(diào)，再按照協(xié)議要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理;檢測到接收信號的特殊指令后，標(biāo)簽芯片將存儲在芯片中的產(chǎn)品信息通過射頻天線發(fā)送出去;讀寫器通過射頻天線接收到電子標(biāo)簽發(fā)送的信號后，對接收信號進(jìn)行解調(diào)、解碼等一系列流程的處理，并通過應(yīng)用接口將電子標(biāo)簽信息發(fā)送至后臺應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

（一）電子標(biāo)簽工作原理

電子標(biāo)簽根據(jù)供電方式分為有源、無源和半有源三類，本系統(tǒng)中采用的是無源電子標(biāo)簽。無源電子標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片及標(biāo)簽天線組成。其中標(biāo)簽天線作用為接收讀寫器發(fā)送到空中的射頻信號和發(fā)送射頻信號給讀寫器。標(biāo)簽芯片作用是存儲標(biāo)簽內(nèi)部信息，將標(biāo)簽接收的射頻信號進(jìn)行解調(diào)、解碼等各種處理，并把電子標(biāo)簽需要返回的信號進(jìn)行編碼、調(diào)制等處理。

本系統(tǒng)中COMS傳感器通過ADC與無源電子標(biāo)簽相連，通過對電子標(biāo)簽的定位來實(shí)現(xiàn)對體溫傳感器的定位及數(shù)據(jù)收發(fā)功能。

（二）讀寫器工作原理

典型的讀寫器終端一般由天線、射頻接口模塊和邏輯控制模塊三部分構(gòu)成。

讀寫器天線主要負(fù)責(zé)將讀寫器中的電流信號轉(zhuǎn)換成射頻載波信號并發(fā)送給電子標(biāo)簽，或者接收標(biāo)簽發(fā)送過來的射頻載波信號并將其轉(zhuǎn)化為電流信號。

射頻接口模塊主要包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)等。該模塊是讀寫器的射頻前端，主要負(fù)責(zé)射頻信號的發(fā)射和接收。

邏輯控制模塊是整個讀寫器工作的控制中心、讀寫器在工作時由邏輯控制模塊發(fā)出指令，射頻接口模塊按照不同的指令做出操作。

三、校園體溫監(jiān)測定位系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

（一）體溫監(jiān)測的具體實(shí)現(xiàn)流程

RFID電子標(biāo)簽上的無線傳輸模塊的作用是將體溫傳感器所探測到的溫度信息通過讀寫器無線傳輸?shù)胶笈_應(yīng)用程序中，CMOS體溫傳感器通過ADC模塊與電子標(biāo)簽相連，通過對電子標(biāo)簽的定位來實(shí)現(xiàn)對體溫傳感器的定位以及數(shù)據(jù)收發(fā)功能。

CMOS溫度傳感模塊時刻采集用戶體溫數(shù)據(jù)，再將于此溫度成正比的電流或電壓作為模擬輸入信號，通過A/D轉(zhuǎn)換到代表溫度信息的數(shù)字信號，將該數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽，再通過后級的編碼、調(diào)制，將處理后的溫度信息通過空中接口傳輸給讀寫器;讀寫器再通過應(yīng)用接口與后臺的應(yīng)用程序相連，應(yīng)用程序?qū)λ玫降闹颠M(jìn)行分析建模之后還原出溫度數(shù)據(jù)，一旦溫度超過正常值，后臺將會發(fā)出警報。

（二）定位系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

目前無線定位算法的種類及原理種類豐富。與射頻識別技術(shù)相關(guān)的定位算法主要有基于測距原理、測角原理以及鄰近位置選取。測距原理是根據(jù)待測目標(biāo)與閱讀器的距離不同所導(dǎo)致接收到的RSSI值的不同實(shí)現(xiàn)的，最后通過每個閱讀器的讀取值不同來計算距離交點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)定位;測角原理與測距原理類似，是應(yīng)用可以測量待測目標(biāo)與閱讀器的垂直夾角來實(shí)現(xiàn)定位的，最后計算每個閱讀器測得的夾角來確定位置信息的;最后一種是通過比較待測標(biāo)簽和參考標(biāo)簽的RSSI值來確定與待測標(biāo)簽相鄰近的參考標(biāo)簽的位置，最后通過加權(quán)計算得出定位信息。按照類型主要是可分為測距與非測距的定位方式。

在校園內(nèi)，每隔n米的距離布置一個RFID讀寫器，以確保RFID信號的全覆蓋。在RFID信號網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個校園的基礎(chǔ)上，在教職員工和學(xué)生的手腕上粘貼電子標(biāo)簽，當(dāng)教職員工和學(xué)生在校園中行走時，選擇離電子標(biāo)簽最近的m個RFID讀寫器（讀寫器坐標(biāo)為（xi，yi））來實(shí)現(xiàn)人員定位。

四、結(jié)語

RFID體溫檢測定位系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用到校園中，還可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域，但由于時間原因，目前系統(tǒng)的設(shè)計還未完全實(shí)現(xiàn)，后續(xù)還需要繼續(xù)探索，實(shí)現(xiàn)智慧校園的建設(shè)。

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作者簡介：

龔玲，四川省成都市，成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。