基于RFID的实验室设备追踪系统

安标国家矿用产品安全标志中心　李梅香

基于RFID的实验室设备追踪系统

安标国家矿用产品安全标志中心李梅香

本文针对实验室设备管理过程中存在设备查找、统计不便，设备所处状态（如在用、停用或报废）不明确，设备损坏责任无从追究等问题，提出一种实验室设备监控查询系统，本系统将RFID技术与上位机软件结合，实现通过上位机软件对设备进行出入库登记、状态查询、跟踪等功能，具有较好的使用价值。

RFID；定位；设备查找

1.前言

近年来，我国科技一直迅猛发展，国家大力扶持各高等院校、研究院、检测机构等科研单位，这些单位承担着各种科研任务。随着科研基础设施建设逐渐完善和更新，实验室作为重要的基础设施，它的设备管理问题也逐渐显露出来，主要体现在设备查找和管理不方便，设备所处状态（在用、停用、报废）不明确，设备安全的管理等问题，针对这些问题，本文研究一种用于实验室设备管理和查询的系统。

2.实验室设备追踪系统

2.1技术背景

射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）技术，是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。一套完整的RFID系统由阅读器（Reader）、电子标签（Tag）及上位机软件系统三个部份组成。

2.2系统方案设计

2.2.1 系统总体结构

针对现有实验室管理系统存在的设备的管理和查找不便、设备安全等问题，研究一种用于实验室设备管理和查询的系统，本系统由有源标签、读卡器、读卡分站以及上位机（含数据库）组成，系统结构如图1所示。

图1　实验室管理系统框图

有源标签粘贴在设备表面；读卡器放置于每个房间用于读取房间范围内有源标签信息；读卡分站放置在各个读卡器中心的位置，用于与多个读卡器较远距离的通信，以及向上位机上传数据；上位机放置在管理室，用于接收读卡分站数据、存储标签信息、显示标签位置、提供设备信息查询功能、有效期提示功能以及设备丢失报警功能。

2.2.2芯片选型

本系统读卡器及读卡分站核心处理芯片采用三星公司生产的S3C2440，该芯片具有四通道DMA、以及两路SPI串口，内核供电电压为1.2V，存储器供电为1.8V/3.3V，外部I/O接口采用3.3V供电。片上集成外部存储控制器用于控制SDRAM和片选逻辑、此外该芯片具有130个通用I/O口和24通道外部中断源；SDRAM用于系统内存，FLASH为整个系统的存储设备，用于存储长期需要保存的数据。读卡器基于Linux操作系统，通过设计RF模块驱动程序及上层应用程序，实现RF底层通信功能和上层网口通信，实现读卡器与标签及上位机的通信功能。

2.2.3读卡器和读卡分站设计

读卡器放置在每个房间内读取该房间内的标签信息，并将读取到的标签信息传输至读卡分站。本系统中读卡器采用两款射频模块分别与通信距离较短的标签和通信距离较长的读卡分站通信，同时独立的射频模块能较好的实现功率控制。读卡分站将接收的读卡器射频信号通过网口将信号传输至上位机，完成射频信号的接收和转发功能。读卡器和读卡分站如图2、图3所示。

图2　读卡器硬件结构

读卡器主要由电源模块、单片机和两个独立的射频模块组成。其中，选用MSP430单片机作为处理器，选用NRF24L01射频模块与标签通信，选用性能较好的CYRF6936射频模块实现与读卡分站远距离通信。读卡分站由电源模块、MSP430单片机、CYRF6936射频模块以及网口和GPIO接口组成。

2.2.4上位机软件

上位机软件包括网口通信模块、数据库管理模块、界面显示模块等。如图4所示。

图4　上位机软件设计

上位机通过网口读取读卡分站上传的标签信息，将接收到的信息通过界面显示给管理者，管理者可通过界面进行设备添加、设备查询、设备存储、报警功能等操作，设备的相关信息被录入数据库中保存，此外上位机能够显示设备的运行状态（如在用、停用或报废），当设备使用年限即将到期时，软件会提醒管理者对设备进行计量等处理。

3.结论

本文针对实验室设备管理过程中存在设备查找、统计不便等问题，提出一种实验室设备监控查询系统，介绍了系统设计方案、芯片选型、读卡器及读卡分站、以及上位机软件设计等内容，该系统有效的解决了实验室设备管理存在的基本问题，具有一定的使用价值。