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，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)校的具體時間無法及時反饋至學(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的非接觸式主動識別技術(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)距離被動識別方式兩種。其中固定考勤機(jī)需要為每個學(xué)生均配發(fā)一張無源感應(yīng)卡，學(xué)生經(jīng)過校門時須將此卡貼近門口的讀卡器,系統(tǒng)按照預(yù)錄的信息對該學(xué)生進(jìn)行考勤，同時向其父母發(fā)送進(jìn)/離校短信。固定考勤機(jī)可以實(shí)現(xiàn)考勤功能，但由于其需要逐個掃描，在上學(xué)和放學(xué)的高峰期會造成校門口擁擠現(xiàn)象，容易引發(fā)安全事故；而遠(yuǎn)距離被動識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張射頻卡的同時讀取。
針對目前考勤方式存在的弊端，本文采用RFID遠(yuǎn)距離主動識別的考勤方式，即有源2.4GHzRFID方式。它是一種非接觸式的自動識別,可通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(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個射頻卡的同時讀取，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的激勵器觸發(fā)2.4GHz高頻電子標(biāo)簽時，激勵器將跳頻表、激勵器ID等信息以O(shè)OK調(diào)制方式調(diào)制在125kHz載波上形成激勵信號，并不間斷地向外發(fā)送，當(dāng)有電子標(biāo)簽進(jìn)入其激勵區(qū)時即被喚醒。當(dāng)電子標(biāo)簽成功接收到激勵信息后，電子標(biāo)簽由被動態(tài)變?yōu)橹鲃討B(tài)，同時將帶有激勵標(biāo)識和激勵器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)激勵器ID和電子標(biāo)簽ID判斷在某時某標(biāo)簽在激勵器所在位置。該技術(shù)包括三個方面。
其中，125kHz激勵器技術(shù)可在激勵器工作時，不間斷的發(fā)送125kHz的電磁波、載有激勵器的ID號等信息,有電子標(biāo)簽進(jìn)入觸發(fā)范圍時，該技術(shù)將觸發(fā)電子標(biāo)簽，將激勵器的ID號等信息發(fā)送給電子標(biāo)簽。激勵器本身也帶有2.4G模塊，主要是接收READER的控制命令和修改自身的ID號等信息。其激勵器的設(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部分被動接收激勵器發(fā)出的信號,在進(jìn)入激勵器的觸發(fā)范圍時，電子標(biāo)簽的線圈耦合激勵器的磁場,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流以獲取能量，并解調(diào)激勵器磁場信號，獲取激勵器ID號等信息；再激活2.4GHz頻率的模塊，并將信息發(fā)送給2.4GHz模塊;2.4GHz模塊平時處于休眠狀態(tài)，在被125kHz模塊激活后將轉(zhuǎn)入主動態(tài)，接收激勵器的ID號等信息后，合并2.4GHz電子標(biāo)簽的ID號等信息，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通常一直處于被動態(tài)，主要接收電子標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并及時將信息轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)。上位機(jī)可以通過READER主動發(fā)送控制命令給激勵器，以修改激勵器的ID號等信息。
與當(dāng)前有源RFID相比,READER通訊技術(shù)具有以下三個優(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,激勵器的觸發(fā)范圍可以很容易的對當(dāng)時的電子標(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)簽都是主動發(fā)射的,每隔一定的時間就發(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)簽平時處于休眠狀態(tài)，只有電子標(biāo)簽進(jìn)入激勵器的觸發(fā)區(qū)域時，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、后臺管理系統(tǒng)和短信平臺組成。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，主動識別出學(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個低頻觸發(fā)器、外側(cè)放置5個低頻觸發(fā)器、校門內(nèi)外放置2個全向天線讀卡器。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
系統(tǒng)可實(shí)時處理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，同時生成短信列表實(shí)時發(fā)送至短信平臺，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)對學(xué)生的遠(yuǎn)距離識別，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)時短信通知家長，家長可及時掌握子女到離校動態(tài)，滿足家長對子女的監(jiān)護(hù)需求。同時，學(xué)校實(shí)時掌握學(xué)生到離校情況，提升也可管理效率；同時，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)識別可靠、誤判率低、漏讀率低,適合于對學(xué)生的無線考勤。
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