基于RFID的开放实验室管理系统的硬件设计

唐琳

摘要：針对传统使用实验室方式中存在课程设置时间不合理和实验项目设置过于单调这两个主要问题，提出了一种基于RFID的开放实验室管理系统。本文简述了系统的硬件设计方案和工作原理，实现了开放实验室使用人员的信息管理和实验资源的优化配置。

关键词：RFID;开放实验室;实验室管理

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）12-0135-02

在高等院校中，实验室是各高校提升教师教学能力、进行科研创新的基本平台，是提升大学生动手能力、创新能力的主要平台，是培养应用型人才、创新型人才的重要基地。以广西大学行健文理学院为例，在传统的实验室使用方式中，经常会因课程设置时间不合理和课程实验项目设置过于单调而导致出现以下问题：（1）实验室使用时间过于集中，某些时间段座无虚席而部分时间却门可罗雀;（2）实验项目多为验证性实验，缺少综合性和设计性实验，实验过程单调乏味，学生无浓厚兴趣;（3）部分实验室专业性较强，只为某门课程服务（如光纤通信实验室），利用率极低。开放实验室以开放的形式给学生使用实验室，让学生可以自由调整、合理分配自己的课余时间，选择自己感兴趣的实验项目，完成实验教学、科研实验以外的设计性和综合性实验。本文以RFID技术为基础，设计了开放实验室管理系统，帮助学生能够快捷合理地使用实验室。

1 RFID技术概述

无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种电磁耦合式非接触的自动识别技术，采用与无线电广播相同的物理原理来发射和接收数据，由标签（Tag）、阅读器（Reader）和天线（Antenna）三部分构成。它通过射频信号自动识别目标对象（停滞或非停滞状态）并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可同时识别多个识别卡，操作快捷方便。可应用于诸如设备管理、货物跟踪等各种工作场景。

2 RFID工作原理

RFID系统的组成部分包括：射频标签（应答器）、识别设备（阅读器）、网络（中央信息系统）。

RFID系统的识别过程主要由识别设备和射频标签两部分完成，它们之间以无线射频的方式来完成通信。当识别设备所监控的范围内检测到有射频信号出现时，识别设备通过无线射频的方式提供射频标签工作所需的能量，激活射频标签，同时获取其自身所存储的数据信息，然后分析处理这些数据信息，再根据分析处理的结果下达控制命令或者数据传送。

开放实验室管理硬件系统可分为：RFID射频识别模块和单片机控制模块。前者的作用在于可以和校园一卡通建立起无线通信链路，对校园一卡通进行指令操作;后者的主要作用则是对RFID感应模块发送控制指令，控制RFID射频识别模块的读写等一系列操作，同时将校园一卡通里的数据信息通过串口上传到上位PC机，其原理图如图1所示。

3 系统硬件设计

3.1 读写器设计

读写器主要分为两部分：控制模块和射频模块。控制模块以STC12系列单片机STC12C5A60S2芯片作为控制芯片，负责读取RFID射频识别模块的数据，通过SPI接口完成数据通信，控制其他外围器件的工作。

射频模块由MFRC522芯片、外围电路及天线组成。RFID射频识别模块的原理图如图2所示。

3.2 读写器软件设计

下位机程序设计的目的在于为了单片机控制模块能够控制RFID射频识别模块读取校园一卡通中的学生用户信息，并将这些学生用户信息传送给上位机使用。

下位机程序使用Keil C51开发环境，采用兼容单片机的C语言编写整个下位机的程序，并通过串口调试助手测试整个程序的运行情况。它的工作任务是初始化、识卡、验卡、读卡、发送卡号信息。

下位机程序设计主要是为了可以成功地从校园一卡通中读取唯一的卡序列号（卡号）。每张校园一卡通的卡号都是唯一的，这正是开放实验室管理系统中所需要的一种身份凭证。在管理系统中，正是凭借这唯一性，可以让每个学生从实验室开放的时间和地点中预订自己所想要的时间和实验室，这样就可以让实验室得到更合理地利用，实验资源得到合理地分配，提高实验室的利用率。

下位机的主程序如下所示：

void main（）

{

uchar RF_staus;

uint dis_data=0;

Serial_init（）;

EA=1;

RF_init（）;

RF_AntennaOff （）;

RF_AntennaOn （）;

delay（100）;

Time1_init（）;

While（1）

{

RF_staus=RF_Request（PICC_REQALL，RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_Anticoll（RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_Selct（RF_Tempbuf）;

if（RF_staus==RF_OK）

RF_staus= RF_AuthState（PICC_Auth，RF_Tempbuf）;

}

}

4 结语

本文介绍了基于RFID的开放实验室管理系统的硬件设计方案，为开放实验室管理系统提供了硬件基础，系统通过RFID技术读取校园一卡通的学生用户信息，实现对开放实验室使用人员信息的管理。

参考文献

[1] 史丽娟，等.基于RFID的自习室管理系统的设计[J].常州信息职业技术学院学报，2018（12）：26-29.

[2] 倪洁.基于RFID的实验室设备管理系统的研究[D].北京：北京邮电大学，2014.

[3] 陈杰，应时彦，朱华.基于MFRC522的RFID读卡器设计[J].浙江工业大学学报，2014（06）：616-620.

Hardware Design of  Open Laboratory Management System Based on RFID

TANG Lin

（Guangxi University Xingjian College of  Science and Liberal Arts，Nanning  Guangxi  530005）

Abstract：In view of the two main problems existing in the traditional way of using laboratory： unreasonable course setting time and too monotonous experimental project setting， an open laboratory management system based on RFID is proposed. In this paper， the hardware design scheme and working principle of the system are briefly described， and the information management of open laboratory users and the optimal allocation of experimental resources are realized.

Key words：RFID;open laboratory;laboratory management