基于RFID技術(shù)的家校通無線考勤系統(tǒng)研究
引言
學(xué)?？记谑蔷S護(hù)正常教學(xué)秩序，保障教學(xué)任務(wù)順利完成的重要環(huán)節(jié)。同時(shí)，考勤也是加強(qiáng)學(xué)生管理，約束學(xué)生行為的必備手段之一。傳統(tǒng)考勤方式是通過教師點(diǎn)名掌握學(xué)生出勤情況，而學(xué)生到達(dá)、離開學(xué)校的具體時(shí)間無法及時(shí)反饋至學(xué)校和家長。隨著RFID技術(shù)的快速發(fā)展，其產(chǎn)品越來越多地用于家校通考勤方面，但在實(shí)際應(yīng)用過程中反映出來的問題卻也越來越多，最突出的問題就是電子標(biāo)簽讀取范圍不確定、讀取數(shù)量有限、信號(hào)被吸收嚴(yán)重,無法準(zhǔn)確的判斷學(xué)生的進(jìn)/離校，而且誤判現(xiàn)象很普遍。
利用有源2.4GHzRFID的非接觸式主動(dòng)識(shí)別技術(shù)，本文提出了一種新的家校通無線考勤方法，該方法利用低頻125kHz的激勵(lì)器來觸發(fā)2.4GHz高頻電子標(biāo)簽。該方法把低頻和高頻充分融合，從而有效地延長了有源RFID射頻卡的使用壽命,使得考勤結(jié)果更加準(zhǔn)確、便捷、高效。
1 家校通系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
目前,在已進(jìn)入應(yīng)用的家校通管理系統(tǒng)中，考勤方式主要有固定考勤機(jī)刷卡方式和遠(yuǎn)距離被動(dòng)識(shí)別方式兩種。其中固定考勤機(jī)需要為每個(gè)學(xué)生均配發(fā)一張無源感應(yīng)卡，學(xué)生經(jīng)過校門時(shí)須將此卡貼近門口的讀卡器,系統(tǒng)按照預(yù)錄的信息對(duì)該學(xué)生進(jìn)行考勤，同時(shí)向其父母發(fā)送進(jìn)/離校短信。固定考勤機(jī)可以實(shí)現(xiàn)考勤功能，但由于其需要逐個(gè)掃描，在上學(xué)和放學(xué)的高峰期會(huì)造成校門口擁擠現(xiàn)象，容易引發(fā)安全事故；而遠(yuǎn)距離被動(dòng)識(shí)別方式主要采用超高頻(433MHz,868MHz,915MHz等)閱讀設(shè)備和無源射頻卡,其閱讀范圍可以達(dá)到10m左右，故可解決繁瑣的固定考勤機(jī)刷卡問題，且無需排隊(duì)等待，但該方式存在諸多問題而使其無法應(yīng)用于家校通領(lǐng)域:第一，無源射頻卡容易被人體吸收和金屬物遮擋；第二,無源射頻卡不能與金屬物一起放置，易受干擾和吸收;第三，閱讀設(shè)備識(shí)別無源射頻卡的數(shù)量有限，一般只能最多支持50張射頻卡的同時(shí)讀取。
針對(duì)目前考勤方式存在的弊端，本文采用RFID遠(yuǎn)距離主動(dòng)識(shí)別的考勤方式，即有源2.4GHzRFID方式。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別,可通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，有效讀取范圍可以達(dá)到50m（空氣中可達(dá)80m）,可支持多達(dá)200個(gè)射頻卡的同時(shí)讀取，并能夠克服人體吸收、金屬遮擋等問題。
2 無線考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)
低頻125kHz的激勵(lì)器觸發(fā)2.4GHz高頻電子標(biāo)簽時(shí)，激勵(lì)器將跳頻表、激勵(lì)器ID等信息以O(shè)OK調(diào)制方式調(diào)制在125kHz載波上形成激勵(lì)信號(hào)，并不間斷地向外發(fā)送，當(dāng)有電子標(biāo)簽進(jìn)入其激勵(lì)區(qū)時(shí)即被喚醒。當(dāng)電子標(biāo)簽成功接收到激勵(lì)信息后，電子標(biāo)簽由被動(dòng)態(tài)變?yōu)橹鲃?dòng)態(tài)，同時(shí)將帶有激勵(lì)標(biāo)識(shí)和激勵(lì)器ID信息發(fā)送給READER,再重新打包發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)激勵(lì)器ID和電子標(biāo)簽ID判斷在某時(shí)某標(biāo)簽在激勵(lì)器所在位置。該技術(shù)包括三個(gè)方面。
其中，125kHz激勵(lì)器技術(shù)可在激勵(lì)器工作時(shí)，不間斷的發(fā)送125kHz的電磁波、載有激勵(lì)器的ID號(hào)等信息,有電子標(biāo)簽進(jìn)入觸發(fā)范圍時(shí)，該技術(shù)將觸發(fā)電子標(biāo)簽，將激勵(lì)器的ID號(hào)等信息發(fā)送給電子標(biāo)簽。激勵(lì)器本身也帶有2.4G模塊，主要是接收READER的控制命令和修改自身的ID號(hào)等信息。其激勵(lì)器的設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示。
其二是雙頻電子標(biāo)簽技術(shù)，即在一張電子標(biāo)簽上實(shí)現(xiàn)雙頻率的集成,125kHz部分被動(dòng)接收激勵(lì)器發(fā)出的信號(hào),在進(jìn)入激勵(lì)器的觸發(fā)范圍時(shí)，電子標(biāo)簽的線圈耦合激勵(lì)器的磁場,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流以獲取能量，并解調(diào)激勵(lì)器磁場信號(hào)，獲取激勵(lì)器ID號(hào)等信息；再激活2.4GHz頻率的模塊，并將信息發(fā)送給2.4GHz模塊;2.4GHz模塊平時(shí)處于休眠狀態(tài)，在被125kHz模塊激活后將轉(zhuǎn)入主動(dòng)態(tài)，接收激勵(lì)器的ID號(hào)等信息后，合并2.4GHz電子標(biāo)簽的ID號(hào)等信息，最后打包發(fā)送給READERo其電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示。
其三是READER通訊技術(shù)。READER通常一直處于被動(dòng)態(tài)，主要接收電子標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并及時(shí)將信息轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)。上位機(jī)可以通過READER主動(dòng)發(fā)送控制命令給激勵(lì)器，以修改激勵(lì)器的ID號(hào)等信息。
與當(dāng)前有源RFID相比,READER通訊技術(shù)具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
第一是改變了2.4GHz電子標(biāo)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(lì)器的觸發(fā)范圍可以很容易的對(duì)當(dāng)時(shí)的電子標(biāo)簽進(jìn)行定位；
第二是大大提高了2.4GHz電子標(biāo)簽的使用壽命,現(xiàn)有的2.4GHz電子標(biāo)簽都是主動(dòng)發(fā)射的,每隔一定的時(shí)間就發(fā)送一次，即使不需要也發(fā)送，因而耗電量較大。而新設(shè)計(jì)的電子標(biāo)簽平時(shí)處于休眠狀態(tài)，只有電子標(biāo)簽進(jìn)入激勵(lì)器的觸發(fā)區(qū)域時(shí)，才由低頻部分激活2.4GHz電子標(biāo)簽,開始發(fā)送數(shù)據(jù)，一旦標(biāo)簽離開激勵(lì)器區(qū)域，電子標(biāo)簽將進(jìn)入休眠狀態(tài)，因此，耗電量極低。故可大約延長電子標(biāo)簽一倍以上的使用壽命；
第三是提高了READER的數(shù)據(jù)處理能力。一般現(xiàn)有的技術(shù).READER需要處理幾十米內(nèi)的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù),而不管數(shù)據(jù)是否需要，故而數(shù)據(jù)有效率較低,而新型技術(shù)使READER只需要處理處于激勵(lì)器范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽，都是有效的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有效率較高。相應(yīng)的READER可以同時(shí)處理的標(biāo)簽數(shù)量也就增加了。
3 無線考勤系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3.1 平臺(tái)搭建
本系統(tǒng)可由數(shù)據(jù)中心、閱讀器.RFID卡、校門內(nèi)外側(cè)觸發(fā)器、后臺(tái)管理系統(tǒng)和短信平臺(tái)組成。學(xué)校門口安裝有閱讀器，每位學(xué)生配備一張智能校園(RFID)卡，當(dāng)學(xué)生經(jīng)過校門時(shí)，主動(dòng)識(shí)別出學(xué)生進(jìn)出校門的狀態(tài)，并生成考勤記錄,然后通過平安短信方式通知學(xué)生家長和老師。平臺(tái)軟件系統(tǒng)由WindowsXP、SQL Server2005、家校通數(shù)據(jù)采集軟件和家校通管理系統(tǒng)軟件組成，其硬件設(shè)備配置如表1所列。
圖3所示是本無線考勤系統(tǒng)觸發(fā)器的布局圖。其中校門內(nèi)側(cè)放置8個(gè)低頻觸發(fā)器、外側(cè)放置5個(gè)低頻觸發(fā)器、校門內(nèi)外放置2個(gè)全向天線讀卡器。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
系統(tǒng)可實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)生成短信列表實(shí)時(shí)發(fā)送至短信平臺(tái)，圖4所示為數(shù)據(jù)處理軟件部分的電腦截圖。
測試期間，在試點(diǎn)學(xué)校5個(gè)班發(fā)卡183張，并進(jìn)行了為期20天的測試。測試結(jié)果證明：該家校通系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定，讀卡總數(shù)4282次,平均漏讀率為0.24%、誤判率0%。
4 結(jié)語
基于RFID技術(shù)的家校通無線考勤系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的遠(yuǎn)距離識(shí)別，而且無障礙，不排隊(duì)，不增加學(xué)校管理負(fù)擔(dān)?？记谶^程中，學(xué)生可正常進(jìn)出，避免了學(xué)生因考勤刷卡而在校門口大量堆積,消除了安全隱患。到離?？蓪?shí)時(shí)短信通知家長，家長可及時(shí)掌握子女到離校動(dòng)態(tài)，滿足家長對(duì)子女的監(jiān)護(hù)需求。同時(shí)，學(xué)校實(shí)時(shí)掌握學(xué)生到離校情況，提升也可管理效率；同時(shí)，通過學(xué)生是否在校的信息匯總，能有效減輕學(xué)校的管理負(fù)擔(dān)。通過試運(yùn)行測試證明，該系統(tǒng)識(shí)別可靠、誤判率低、漏讀率低,適合于對(duì)學(xué)生的無線考勤。
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