超高频RFID技术在家校通领域中的应用

金磊

摘 要：提出了一种基于超高频射频识别（RFID）技术的家校通系统解决方案。与传统方式相比，该系统更加准确、便捷、高效；通过采用阅读器和RFID标签等设备搭建的项目环境获得的大量测试结果表明，基于超高频RFID技术的这种家校通系统具有较好的可靠性和实用性。

关键词：家校通；超高频；射频识别

0 引 言

家校互通是促进孩子健康成长的重要因素之一，以往学校和家长之间的沟通主要靠家长会、重点家访和个别电话联系来解决的，但由于老师教学任务重，学生多，家长工作繁忙，而且受时间、交通、通讯手段的限制，老师几乎不可能做到和每个家长保持经常密切的沟通。这也一直是多年来困扰中国教育界的一个问题[1-5]。

家校通系统的出现有效地解决了这些问题，该系统变革了传统的家校沟通方式，改进了学校的管理模式，促进了学校的发展。该系统还可为学校教学水平和教学质量考核提供了准确依据，还有利于提高教师工作效率和教学水平，此系统拥有巨大的经济效益和社会效益[6-10]。

射频识别技术（RFID）是自动识别技术的一种，其主要原理是将无线射频信号传送给被识别物体，从而做到不直接接触物体就能识别物体和与物体交换数据的目的。利用RFID技术，多个物体能同时被识别，并且能识别静止的对象和运动的对象。在这个识别和数据交换的过程中，不需要人工干预，完全是自动进行的。不仅如此，RFID系统还能使用于恶劣的环境中。

基于超高频RFID技术的家校通系统是一个实现家庭与学校快捷、实时沟通的教育网络平台。家校通系统通过RFID技术，对学生进出校进行实时记录，并通过短信平台实时反馈到家长的手机上，为人性化管理提供便捷的途径和广阔的空间，其典型应用包括：家长获知子女到离校时间、学校发布各类信息、开展家长调查、有针对性和个性化地通报学生的学习生活情况、家长及时了解学校的动态及子女的在校情况等。

本文针对布设于某小学校门口的家校通系统应用背景，提出一种基于超高频射频识别（RFID）技术的家校通系统解决方案。通过在学校大门及后门安装的固定式读写器，实时读取学生的电子标签信息，并通过3G路由器上传到服务器，由控制中心对数据信息进行统一处理，最终将该学生安全到校及离校等信息发送给各位家长。

1 射频标签选型

射频标签需封装到学生的胸牌中，并要求达到大校门时能够进行远距离信息读取，因此，标签的大小须有一定的限制。从标签射频性能、使用寿命、耐磨损程度、尺寸大小、价格适中等因素综合考虑，本文方案选择如图1所示的Impinj E42标签。

该标签的主要技术参数为：

尺寸规格：19.22 mm×68 mm；

封装芯片：M4D、M4E、M4QT；

稳定读距：6 m；

应用场景：人员管理、资产管理、物流行业。

图1 Impinj E42标签

该RFID标签进行初始化操作后，需将其塑封到学校的胸牌中，有挂牌方式（竖和横两种方式均可）和胸牌方式两种。挂牌和胸牌方式的标签式样分别如图2和图3所示。

图2 挂牌方式的标签式样

图3 胸牌方式的标签式样

2 读写器选型

2.1 HIK-FR528固定式阅读器

图4所示为针对该类应用研发的一款成熟的4端口远距离超高频RFID固定式阅读器HIK-FR528实物照片，采用Impinj R2000方案进行设计，具有良好的多标签处理能力以及抗干扰性能。因采用相干接收机架构并引入载波消除功能，RSSI更加稳定可靠，读取性能更好。可广泛应用于出入门禁人员管理、仓储物流、产品防伪溯源、资产盘点、智能交通、图书档案管理等领域。

该阅读器具有以下特点：

符合EPC C1 Gen2/ISO 18000-6C；

PowerPC架构CPU MPC8308，128M RAM；

具有载波消除功能，抗干扰能力更强；

支持EPC密集型读取模式（DRM）；

高动态灵敏度，读取距离更远；

支持4路天线接口；

支持640 Kb/s标签数据读取速率；

配置以及参数设定灵活，提供最大化标签阅读量和最佳工作性能；

应用场景：园区门禁、物品盘点、智能仓储、超市防盗、智能交通及车库。

图4 超高频RFID固定式阅读器HIK-FR528

2.2 HIK-IR301一体式阅读器

图5所示为一体式远距离UHF RFID阅读器HIK-IR301及其安装示意图，该产品支持DRM工作模式，具有良好的防冲突和抗干扰性能、识别率高、功能强、可靠性高、可扩展性好等特点。广泛应用于服装盘存、智能仓储、智能交通等领域，能够实现现代化的物流管理、海关智能通关、园区门禁、停车场不停车收费应用等集成系统。

图5 HIK-IR301一体式阅读器及安装示意图

该阅读器具有以下特点：

兼容EPC C1 Gen2/ISO 18000-6C；

PowerPC架构CPU MPC8308，128M RAM；

具有载波消除功能，抗干扰能力更强；

支持EPC密集型读取模式（DRM）；

远距离读取，RF输出功率达到32.5 dBm；

支持640 Kb/s标签数据读取速率；

配置以及参数设定灵活，提供最大化标签阅读量和最佳工作性能；

应用场景：园区门禁、物品盘点、智能仓储、超市防盗智能交通及车库。

图6 大门安装示意图

图7 大门读取范围示意图

3 实施方案

本方案分别在学校大门和后门分别安装一套超高频RFID系统。

3.1 大门安装

大门安装示意图如图6所示。在校门口传达室的墙上（挡雨板上方）安装一台HIK-FR528固定式阅读器，连接4个天线：3个12 dB线极化天线及1个9 dB圆极化天线，2个12 dB线极化天线分别安装在传达室立面上，传达室立面上固定L型抱杆，12 dB线极化天线安装在抱杆上，一个略朝里，管理出校学生，一个略朝外，管理进校学生。在立柱朝大门口方向安装1个12 dB增益天线，协助另2个12 dB天线管理大门进出的学生。在传达室前的小通道上方安装1个9 dB增益天线，管理进出学生。该方案可确保学生在通过传达室前小通道及大门靠近传达室一侧5 m范围内学生进出时的读取效果。要求学校在上学及放学时，不能将电动门全部打开。大门读取范围示意图如图7所示。

3.2 后门安装

在后门的小通道上方安装一个HIK-IR301一体式阅读器，方面朝下，因为学生进出后门都从右侧小通道进出，所以这里只需要配置一台9 dB天线的HIK-IR301一体式阅读器即可。图8所示是其后门安装示意图。

图8 后门安装示意图

3.3 所需安装设备

大门和后门所需的安装设备及其数量如表1所列，可见，本文方案设计十分紧凑。

表1 安装设备列表

位置 设备名称及规格 数量

大门 固定式阅读器HIK-FR528 1

天线12 dB 3

天线9 dB 1

连接线缆 4

3G路由器 1

防水箱 1

后门 一体式阅读器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 结 语

本文提出一个基于超高频RFID技术的家校通系统。当学生进出校园并经过装有RFID读卡器的通道时，系统能记录学生的信息并及时反馈给管理人员和家长的移动终端。此外，可将这些信息传输到服务器中，学校管理人员和家长能通过网络查询到学生相关信息。当学生出现迟到、旷课等行为时，系统能实时把该学生的情况反馈学校管理人员和家长，以便及时处理。运行测试证明，该系统正确识别率高、误判率低、漏读率低、可靠性好，是一种可大规模推广应用的家校通解决方案。

参 考 文 献

[1] 张继果，徐瑞，王德政.基于RFID技术的家校通无线考勤系统研究[J].物联网技术，2011，1（10）：38-40.

[2] 陈金花. 基于中间技术的RFID家校通系统的研究与开发[D].武汉：武汉邮电科学研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平台系统的研究与设计[D]. 上海：复旦大学，2008.

[4] 王志坚. RFID技术在智慧校园项目中的应用[J]. 科技创新与应用，2012（22）：37.

[5] 刘雯，移动通信系统的研究与设计——基于RFID远程身份识别的“家校通”短信系统[D].贵阳：贵州大学，2007.

[6] 孙群英.密集环境中有源RFID防冲撞算法的研究及应用[D]. 杭州：浙江大学，2011.

[7] 刘思君. 浙江电信“家校通”综合应用系统的设计与实现[D]. 大连：大连理工大学，2008.

[8] 何世勇. 基于RFID的学生管理系统的研究与设计[J].电脑知识与技术，2013，9（8）：1795-1798.

[9] 曹跃红，李昂，唐璐.智能校园一卡通跨层安全方案的研究与设计[J]. 北京石油化工学院学报，2012，20（2）：29-31.

[10] 孙宏伟. 嵌入式RFID校园考勤系统的应用与研究[J]. 微型电脑应用，2012，28（9）：35-38.

3 实施方案

本方案分别在学校大门和后门分别安装一套超高频RFID系统。

3.1 大门安装

大门安装示意图如图6所示。在校门口传达室的墙上（挡雨板上方）安装一台HIK-FR528固定式阅读器，连接4个天线：3个12 dB线极化天线及1个9 dB圆极化天线，2个12 dB线极化天线分别安装在传达室立面上，传达室立面上固定L型抱杆，12 dB线极化天线安装在抱杆上，一个略朝里，管理出校学生，一个略朝外，管理进校学生。在立柱朝大门口方向安装1个12 dB增益天线，协助另2个12 dB天线管理大门进出的学生。在传达室前的小通道上方安装1个9 dB增益天线，管理进出学生。该方案可确保学生在通过传达室前小通道及大门靠近传达室一侧5 m范围内学生进出时的读取效果。要求学校在上学及放学时，不能将电动门全部打开。大门读取范围示意图如图7所示。

3.2 后门安装

在后门的小通道上方安装一个HIK-IR301一体式阅读器，方面朝下，因为学生进出后门都从右侧小通道进出，所以这里只需要配置一台9 dB天线的HIK-IR301一体式阅读器即可。图8所示是其后门安装示意图。

图8 后门安装示意图

3.3 所需安装设备

大门和后门所需的安装设备及其数量如表1所列，可见，本文方案设计十分紧凑。

表1 安装设备列表

位置 设备名称及规格 数量

大门 固定式阅读器HIK-FR528 1

天线12 dB 3

天线9 dB 1

连接线缆 4

3G路由器 1

防水箱 1

后门 一体式阅读器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 结 语

本文提出一个基于超高频RFID技术的家校通系统。当学生进出校园并经过装有RFID读卡器的通道时，系统能记录学生的信息并及时反馈给管理人员和家长的移动终端。此外，可将这些信息传输到服务器中，学校管理人员和家长能通过网络查询到学生相关信息。当学生出现迟到、旷课等行为时，系统能实时把该学生的情况反馈学校管理人员和家长，以便及时处理。运行测试证明，该系统正确识别率高、误判率低、漏读率低、可靠性好，是一种可大规模推广应用的家校通解决方案。

参 考 文 献

[1] 张继果，徐瑞，王德政.基于RFID技术的家校通无线考勤系统研究[J].物联网技术，2011，1（10）：38-40.

[2] 陈金花. 基于中间技术的RFID家校通系统的研究与开发[D].武汉：武汉邮电科学研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平台系统的研究与设计[D]. 上海：复旦大学，2008.

[4] 王志坚. RFID技术在智慧校园项目中的应用[J]. 科技创新与应用，2012（22）：37.

[5] 刘雯，移动通信系统的研究与设计——基于RFID远程身份识别的“家校通”短信系统[D].贵阳：贵州大学，2007.

[6] 孙群英.密集环境中有源RFID防冲撞算法的研究及应用[D]. 杭州：浙江大学，2011.

[7] 刘思君. 浙江电信“家校通”综合应用系统的设计与实现[D]. 大连：大连理工大学，2008.

[8] 何世勇. 基于RFID的学生管理系统的研究与设计[J].电脑知识与技术，2013，9（8）：1795-1798.

[9] 曹跃红，李昂，唐璐.智能校园一卡通跨层安全方案的研究与设计[J]. 北京石油化工学院学报，2012，20（2）：29-31.

[10] 孙宏伟. 嵌入式RFID校园考勤系统的应用与研究[J]. 微型电脑应用，2012，28（9）：35-38.

3 实施方案

本方案分别在学校大门和后门分别安装一套超高频RFID系统。

3.1 大门安装

大门安装示意图如图6所示。在校门口传达室的墙上（挡雨板上方）安装一台HIK-FR528固定式阅读器，连接4个天线：3个12 dB线极化天线及1个9 dB圆极化天线，2个12 dB线极化天线分别安装在传达室立面上，传达室立面上固定L型抱杆，12 dB线极化天线安装在抱杆上，一个略朝里，管理出校学生，一个略朝外，管理进校学生。在立柱朝大门口方向安装1个12 dB增益天线，协助另2个12 dB天线管理大门进出的学生。在传达室前的小通道上方安装1个9 dB增益天线，管理进出学生。该方案可确保学生在通过传达室前小通道及大门靠近传达室一侧5 m范围内学生进出时的读取效果。要求学校在上学及放学时，不能将电动门全部打开。大门读取范围示意图如图7所示。

3.2 后门安装

在后门的小通道上方安装一个HIK-IR301一体式阅读器，方面朝下，因为学生进出后门都从右侧小通道进出，所以这里只需要配置一台9 dB天线的HIK-IR301一体式阅读器即可。图8所示是其后门安装示意图。

图8 后门安装示意图

3.3 所需安装设备

大门和后门所需的安装设备及其数量如表1所列，可见，本文方案设计十分紧凑。

表1 安装设备列表

位置 设备名称及规格 数量

大门 固定式阅读器HIK-FR528 1

天线12 dB 3

天线9 dB 1

连接线缆 4

3G路由器 1

防水箱 1

后门 一体式阅读器HIK-IR301 1

3G路由器 1

4 结 语

本文提出一个基于超高频RFID技术的家校通系统。当学生进出校园并经过装有RFID读卡器的通道时，系统能记录学生的信息并及时反馈给管理人员和家长的移动终端。此外，可将这些信息传输到服务器中，学校管理人员和家长能通过网络查询到学生相关信息。当学生出现迟到、旷课等行为时，系统能实时把该学生的情况反馈学校管理人员和家长，以便及时处理。运行测试证明，该系统正确识别率高、误判率低、漏读率低、可靠性好，是一种可大规模推广应用的家校通解决方案。

参 考 文 献

[1] 张继果，徐瑞，王德政.基于RFID技术的家校通无线考勤系统研究[J].物联网技术，2011，1（10）：38-40.

[2] 陈金花. 基于中间技术的RFID家校通系统的研究与开发[D].武汉：武汉邮电科学研究院，2008.

[3] 嘎日迪. 基于RFID的家校通短信平台系统的研究与设计[D]. 上海：复旦大学，2008.

[4] 王志坚. RFID技术在智慧校园项目中的应用[J]. 科技创新与应用，2012（22）：37.

[5] 刘雯，移动通信系统的研究与设计——基于RFID远程身份识别的“家校通”短信系统[D].贵阳：贵州大学，2007.

[6] 孙群英.密集环境中有源RFID防冲撞算法的研究及应用[D]. 杭州：浙江大学，2011.

[7] 刘思君. 浙江电信“家校通”综合应用系统的设计与实现[D]. 大连：大连理工大学，2008.

[8] 何世勇. 基于RFID的学生管理系统的研究与设计[J].电脑知识与技术，2013，9（8）：1795-1798.

[9] 曹跃红，李昂，唐璐.智能校园一卡通跨层安全方案的研究与设计[J]. 北京石油化工学院学报，2012，20（2）：29-31.

[10] 孙宏伟. 嵌入式RFID校园考勤系统的应用与研究[J]. 微型电脑应用，2012，28（9）：35-38.