基于RFID的智能防盗系统

周汉达 陈广明 陈育贤 张有林 夏焱章 李晓良 许晓伟

摘 要：针对生活中人们经常在公共场合遗漏或被盗窃财物的问题，文中利用RFID的接收信号强度指示（RSSI）测距技术实现智能的防盗防丢失系统。通过对不同的应用场景进行安全等级划分，实时地监控RFID标签与读写器的距离;当标签与读写器的距离超过安全等级范围时，读写器就会向用户发出警告，从而避免用户财物被盗或丢失。实验结果表明，该系统可自由拆卸，方便迁移，实时性高，使用灵活，适用于多种防盗场景。

关键词：RFID;智能防盗系统;蓝牙;物联网云平台;微信平台;读写器

中图分类号：TP399-34文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）01-00-03

0 引 言

随着我国经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，人们身边贵重的物品变得越来越多。大家对生活的追求慢慢偏向更安全、舒适，所以防盗也成为了当代人们关注的生活热点。然而，目前大部分人的防盗措施都是非常原始的，如把贵重的物品放在隐蔽不容易被发现的地方等。目前市面上大部分的防盗系统功能过于单一，只能简单地监控家中的情况，在遇到盗窃事件后才能通过监控摄像头来观察贵重物品被盗前的情况。如若采用这样的防盗系统，即使最后能找回被盗物品，但由于错过了最佳的找寻时间，往往需要一个月甚至更长的时间才能找回被盗的贵重物品。这种过于简单且效率低下的防盗系统已经无法满足如今人们对防盗系统的需求。

进入21世纪，条形码在越来越多的情况下已经不能满足人们的需求。虽然价格低廉，但它有过多的缺点，如读取速度慢、存储能力小、工作距离近、穿透能力弱、适应性不强以及不能进行读写操作等。与此同时，另外一项逐步成熟的识别技术以近似疯狂的速度一夜之间席卷全球，彻底改变了条形码统一天下的现状，这就是非接触射频识别（RFID）技术。作为条形码的替代品，RFID技术有许多独特优势，如防水、防磁、穿透力强、读取速度快、识别距离远、存储数据能力大、数据可进行加密、可进行读写等。RFID技术最大的特点是能够提供更细致、更精确的商品供货信息，并能实现货物供给过程的自动化。

当RFID与互联网结合时，一场影响深远的革命就来临了。特别是当赋予地球上所有物品以唯一IP的IPv6技术与承载着物品大量相关信息并具有无线通信能力的RFID结合时，双方的巨大潜力能进一步释放，一个人与人、人与物、物与物相互联系的“物联网”诞生了。RFID与互联网的结合带来了令人惊叹的能量[1]。现在的RFID射频识别技术可以精准地识别出射频标签与射频读写器的距离。人们可以在贵重物品上放上射频标签，在家里或随身的箱包中放入射频读写器，当射频标签与读写器的距离超过设定值时，手机端就可以收到防盗警报，让人们能对盗窃事件做出及时的反应。

针对生活中人们经常在公共场合遗漏或被盗窃财物的问题，本文利用RFID的接收信号强度指示（RSSI）测距技术实现智能的防盗防丢失系统。本系统的设计推翻传统防盗系统只能监控一个固定地点的局限，让人们可以在任何有网络覆盖的地方使用该安防系统，也能够让人们在贵重物品被盗时做出及时处理，从传统防盗系统的“固定地点的被动防盗”变为“任意地点的主动防盗”。

1 系统总体框架

经典的物联网结构主要分为三部分：感知层、网络层、应用层。

感知层：使用一个CC1101芯片作为读写器，若干个CC1101芯片作为标签，读写器随时监控自身与标签的距离。使用STM8单片机驱动CC1101芯片作为标签和读写器，STM32单片机作为主芯片。读写器读出各个标签与自己的距离、标签的编号、名称等信息后，通过串口协议把这些信息传输到主芯片。

网络层：系统主芯片与手机连接，两者通过蓝牙模块使用BLE4.0协议进行通信。手机可以通过主芯片得到标签的编号、名称、距离等信息。

应用层：系统的应用层由主芯片上的用户可操作OLED显示屏和用户手机上的微信小程序两个部分组成。在主芯片从读写器上获取到标签的信息后，可保存到本地，供用户在主芯片上查看，用户可通过主芯片上的OLED显示屏对系统进行各类操作，如开关蓝牙、查看标签数量、查看各个标签信息、删除标签、添加标签等，在标签超出距離时，主芯片会发出警报。微信小程序上可查看各个标签的信息，如果有超出距离的标签，小程序就会在手机上发出警报。

系统的功能框架如图1所示，系统的总体框架如图2所示。

2 系统硬件模块设计

2.1 主芯片模块

主芯片模块包括STM32F407ZGT6单片机、CC2541蓝牙模块、OLED模块、CC1101读写器模块等。主芯片由独立供电模块进行供电，可在室内长期使用。主芯片模块的硬件设计如图3所示。

2.2 标签模块

标签模块由STM8单片机驱动的CC1101芯片组成，标签模块发送标签信息到读写器，由使用周期可以达到1年以上的纽扣电池供电。标签模块的硬件设计如图4所示。

3 系统流程设计

3.1 设备端设计

设备端主要由主芯片和标签组成。主芯片由RFID读写器和OLED屏幕组成;标签由STM8单片机驱动的CC1101芯片组成。主芯片要用于驱动RFID读写器和提供用户操作界面，便于用户管理和查看标签的信息。标签主要用于标记物品，把物品到RFID读写器的距离发送到主芯片。在程序设计中，标签不断把自己的信息发送到RFID读写器，RFID读写器把标签的信息传到主芯片中，主芯片再通过OLED显示屏把标签信息显示到用户可操作界面，同时通过蓝牙发送到小程序上，使用户可以在两端查看标签的信息。

电子标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码内部储存的信息（产品名称、型号、制造者代码、出厂等）。电子标签附着在产品本身，通过阅读器进行信息输出，工作人员可以与产品上的视读信息进行对比，信息一致则说明产品真实有效，同时阅读器可以读出出厂日期，判断产品是否失效[2]。

RFID系统是由阅读器与电子标签及应用软件系统3个部分组成。其中电子标签按工作模式可以分为主动式、被动式及半自动式[3]。RFID阅读器的主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答信号，对标签的识别信息进行处理，之后阅读器把接收到的数据整合处理后传送给计算机。高层是信息管理系统和决策系统，通过对数据的加工、分析和挖掘，为正确决策提供依据[4]。

主芯片初始化后，可以通过芯片上的按键打开OLED显示屏，用户可以用按键操作OLED显示屏上显示的菜单，在用户操作界面打开蓝牙模块后，手机端的小程序就可以接收到蓝牙信号，通过蓝牙在小程序中查看已连接到读写器的标签信息。主芯片与标签的通信流程如图5所示。

3.2 数据主要流程

射频识别（RFID）是物联网中非常重要的一项技术，是20世纪90年代兴起的一种自动识别技术，也是目前比较先进的一种非接触识别技术[5]。

本系统使用RFID读写器读取各个标签的信息，再通过串口协议把各个RFID标签的信息传送到主芯片，主芯片会保存各个标签的信息，之后通过蓝牙协议传输到手机的小程序上。数据流图如图6所示。

3.3 移动端流程设计

系统手机微信端的处理流程如图7所示。一方面从主芯片的蓝牙端接收各个标签的信息，接收到标签信息后对各个标签的信息进行更新;另一方面，判断标签与主芯片的距离，如果距离超过设定值，则会在微信小程序中给用户发送警报信息，让用户可以在第一时间查找被盗物品。

4 系统的响应与报警机制

4.1 主芯片端报警机制

主芯片采用独立供电模块供电，便于用户实现不同地点的防盗检测。用户可自行选择主芯片的放置地点，主芯片放置完成后，用户就可以对附近的任意物品添加RFID射频标签。用户可通过主芯片上的按键打开主芯片电源，之后在OLED显示屏的可操作界面上对主芯片上的蓝牙功能进行开关操作，也可以监控周围已连接上RFID读写器的RFID射频标签，用户可对各个标签执行添加、修改、删除等操作。如果主芯片检测到有一个或多个RFID标签离RFID读写器的距离大于用户设定的值时，主芯片就会打开报警措施，同时通过蓝牙把报警信息传送到手机端，第一时间通知用户自己的物品可能已经被盗。

4.2 手机端报警机制

手机端主要采用微信小程序的形式报警，用户在使用手机通过蓝牙连接到主芯片后，可以在手机的微信小程序看到各個标签的信息和状态。在任意标签与读写器的距离超过用户设定值时，微信小程序会收到主芯片发来的警报信息，提示用户的物品可能存在被盗的风险。

5 结 语

本文通过对比市面上的防盗系统，使用RFID射频识别技术、蓝牙通信技术、微信小程序，设计了一个基于RFID的智能安防系统。该系统是一个可自由拆卸，方便迁移、便携的防盗系统，它不仅拥有传统防盗系统所没有的高实时性，也更具有灵活性，适用于多种防盗场景。使用如今热门的微信小程序技术，人们只要拥有智能手机就能够使用该系统，使系统的用户面更广，对市场的应用价值更大。

参 考 文 献

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