基于电子标识的管控物品管理系统研究

李维锋 应智花

摘 要：针对当前管控物品管理手段落后，管理成本较高，管理过程效率较低的问题，提出了将RFID技术应用于管控物品管理全过程的具体方法。首先阐述了RFID的关键技术以及应用领域，分析了该技术应用于管控物品管理系统的优势， 提出一种以RFID技术为基础感知，融合嵌入式控制、网络传输、数据存储等技术的解决方案。测试表明该管控物品管理系统提高了对管控物品的监管力度，减轻了劳动强度和安全管理隐患，具有良好的实用性和可行性。

关键词：管控物品；RFID；嵌入式控制；网络传输

DOI：10.11907/rjdk.172729

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）005-0162-03

Abstract：Aiming at the problems of high management cost and low management efficiency， this paper puts forward a concrete method to apply RFID technology to manage the whole process. It first expounds the key technology of RFID and its application field， analyses its advantages in item management system and proposes a technical solution mainly based on RFID technology， embedded control， network transmission and data storage. The test proves that control system has good practicability and feasibility， for it can improve the supervision of controlled objects， relieve the workers labor intensity and reduce the latent troubles of safety management.

Key Words：control items； RFID； embedded control； network transmission

0 引言

当前对管控物品的保护主要分为网络空间保护和物理空间保护[1-2]。网络空间保护手段主要有数据加密、访问控制、身份鉴别等多层次防护手段；物理空间保护主要指对物品实体进行管控。长期以来，管控物品的管理依赖人工，管理方法缺乏统一性和严格性，管理过程易出现问题，人工管理方式给工作带来种种不便[3-4]。

首先，人工管理方式效率极低，在人员缺乏的情况下无法做到24小时全天监控管理。管控物品的登记、存储、借出、归还、报废等环节都需要人工参与，过程繁琐，涉及人员较多，容易出现纰漏；其次，仅靠人工检查方式，无法实时有效地发现管控物品，如涉密的U盘、雷管等便于携带的管控物品，存在漏报的可能。一旦漏报，人工管理方式也无法及时实现事后发现。

针对传统管理方式的缺点，本文提出一种将射频识别（radio frequency identification，RFID）技术应用到管控物品管理中的解决方案。RFID技术属于物联网中的代表技术，是目前实现自动化控制管理的一个重要手段。电子标签[5-6]的非接触式通信、远距离识别能力、安全性高、体积小等特点恰好弥补了人工管理的不足。

1 系统总体框架

整个系统包括硬件电路与软件设计。

电子标签绑定在管控物品上，并且不可拆卸。读写器天线发出含有信息和一定频率的调制信号。当标签进入到读写器的工作范围时，其天线通过耦合产生感应电流，从而为电子标签提供相应的能量，此时标签根据读写器发来的信息决定是否发送数据；当读写器接收到电子标签发送的信号，经过解调和解码之后，将标签内部的数据识别出来，并发送给主机。通过在管控物品周围特定区域部署读写器，便能达到管控目的。为便于管控物品的溯源，同时在主机记录并保存标签数据。

2 系统介绍

2.1 系统模块介绍

硬件电路主要由电子标签、读写器和主机组成，读写器主要由RFID模块、控制模块和通信模块组成。电子标签、非接触式IC卡等放在需要管控物体上，标签由耦合元件和芯片组成，其内置天线可以发送和接收信号；读写器可以发送和接收命令，并与主机通信。

（1）电子标签。电子标签对一个扇区存放一个全球唯一的ID号，作为标签标识码，另一个扇区存放管控物品数据，并与物品进行绑定。电子标签的优点包括：体积小，形状多样化，可以根据不同的需求选择标签；非接触，识别距离长，一般来说RFID射频频率越高识别距离越远；耐环境性，电子标签中信息芯片没有与外界直接接触，不易损坏；可重复使用，标签中的信息可多次读写，大大降低了管理成本；安全性，标签内部的各扇区内部数据具有独立密码保护，不易伪造和篡改。

（2）RFID模块。RFID系统的核心部署在管控区域，用于发出射频信号“激活”射频卡，并接收、解密、上传标签发过来的信息。通过射频自动识别目标对象并获取相关数据，无需人工干预，操作快捷方便。依据频率可分為低频、高频、超高频，射频标签和读写器，只有在同频段下才能完成通信工作。读写器在其有效频率范围内激活多个电子标签，可以快速识别多个电子标签，具有防碰撞功能＼[7-8＼]。

（3）控制模块。嵌入式系统的控制模块，作为系统的核心部分，主要功能在于对 RFID 读写模块和通信模块的控制。STM32通过控制 RFID 读写模块实现向电子标签中写入信息或者从电子标签中读取相关信息的工作，并通过控制GPRS模块实现与远程控制主机之间的双向通信，完成电子标签数据信息的上传功能＼[9-10＼]。

（4）网络传输模块。依据不同场合，可以选择GPRS模块（适用于广域网通信）或WIFI模块（适用于局域网通信）。网络传输模块将读写器采集到的信息传输到远程服务器。

（5）管理计算机。安装管理软件，负责对采集的电子标签信息进行存储、管理、销毁。

2.2 软件设计

整个系统的软件设计部分主要是设计嵌入式控制器对通信模块和RFID读写模块的控制程序，以及控制器内部的复位程序、RTC时钟中断程序和DataFlash存储器的驱动程序等。整个设计流程如图2所示。

（1）RFID模块。RFID读写模块对电子标签进行读写操作的程序控制流程如图3。

控制器通过RS232接口与通信模块相连接，等待发送的标签数据先通过通信模块的内部嵌入式处理器对数据进行网络协议封装，然后再由通信模块经无线通信网络发送到主机的数据管理中心。

（2）通信模块软件设计。本系统的通信模块采用GPRS模块和WIFI模块组合而成，提供更多的选择性以适应不同的应用场合。在系统初始化之后，由用户自己选择通信方式，关键命令如下：

AT+WKMODE=”WIFI” //设置通信方式为WIFI模式

AT+WKMODE=“GPRS” //设置通信方式为GPRS模式

选择通信方式后，需要进行参数设置。

WIFI模式参数设置：

AT+WIFI：

SSID //输入wifi的名称

PASSWD //输入wifi密码

SERVER-IP //输入服务器端ip地址

SERVER-PORT //输入服务器端口

OK //输入结束指令

GPRS设置（两种设置方式）：

AT+GPRS：

SERVER-IP

SERVER-PORT

OK //结束

或者

AT+GPRS

Domain name //输入服务器域名

Server-Port //输入服务器端口

OK //输入结束

GPRS模式下提供两种连接方式，通过设定主机的IP地址或域名均可进行数据通信。通信模块（GPRS/WIFI）与主机的通信是基于TCP/IP通信，当通信模块（客户端）向主机（服务端）发送连接请求时，客户端的地址和端口与服务器的地址和端口构成一个Session，通过TCP协议的可靠性传输，保证标签信息可靠完整地传输到主机并进行处理。

3 系统应用测试

将各模块上电，通过RS232串口与PC机相连接，打开PC端的串口调试器，设置通信方式，设置波特率。具体设置如图4所示。

测试采用奥地利微电子的AS3992RFID读写模块和8dB天线，嵌入式控制模块采用STM32VET6大容量芯片，GPRS（SIM800A）和WiFi组合的通信方式，Gen2电子标签（频率915MHz）。将电子标签放置在离RFID读写模块7m的地方。本次调试一方面测试读写标签的有效性，另一方面是为了测试电子标签的有效读取距离。在发送栏输入0x43 0x03 0x01（读取标签的指令）， 在距离RFID天线7m处读取失败（接收到44 05 00 00 00），当距离逐渐缩减至6m时，接收到RFID数据。经过测试得到的极限距离为6m，稳定距离为4m。

测试结果如表1所示。

在管控区域，读写器能迅速读取多标签，从主机端可以辨别是否有管控物品经过管控区；在主机端对标签的更改需要输入登录密码，保证标签数据的安全性；主机可对标签进行锁定，可以实现对标签所有区的写保护，防止标签数据被篡改；主机可销毁标签，使读写器不能再读取标签数据。整个系统可以实现管控物品的各个流程的管控。

4 结语

本文主要针对传统的管控物品管理方式，提出了基于RFID技术的新型管理方案，适用于多种类型的管控物品的管理，可在实际应用中切实解决目前管控物品管理中存在的问题和难点。根据管控物品的实际需求，今后可以研究各类型数据的动态接入，实现多类传感器数据的实时接入，如GPS、北斗等；还可整合各类监控及安放手段，实现各类载体的立体化纵深管控。同時加强RFID技术和WSN技术在管控物品管理中的结合，提高对涉密物品的管控力度，扩大管控物品管理系统的实际应用范围。此外，由于管控物品的特殊性，需要进一步针对管理系统存在的安全隐患进行相关研究，提高系统整体的安全性，保证重要信息的传输安全可靠＼[12-15＼]。

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（責任编辑：江 艳）