基于物联网的智能手环设计

黄林峰

摘要：随着物联网技术的发展，智慧校园建设也取得了很大进步。为了满足当代学生校园生活上的便利需求，基于节省资源、便捷管理的考虑，本文提出一种智能手环的设计方案。

关键词：物联网;RFID;智能手环

一、引言

1999年，麻省理工学院（MIT）建立了“自动识别”技术，随即“一切都可以通过互联网连接”，也展现了物联网的基本含义。而最初的物联网则是依附于射频识别技术的物流网络。2006年，韩国成立了“u-Korea计划”，旨在建设一个智能网络（IPv6、BCN、USN）和人们生活环境中的新应用，使得人们能够享受到每时每刻提供服务的智慧科技。2009年，温家宝总理在无锡进行访问期间发表了“中国感知”演讲，随即将物联网的研究和应用都推向了高潮，无锡则率先建立起了“中国感知”研究中心。

在高校信息化建设中，提出了智能校园的概念。随着这一理念的不断拓展，智能校园的建设也逐渐成为高校信息化建设时的一个重要课题。智慧校园的特点是在管理方面，提供全面的智能感知环境、信息服务平台和基于角色的个性化定制服务;将信息服务的计算机网络化整合到学校应用的各个领域上，以便于实现校园的智能化。互联互通概念：为学校和外部世界之间提供智能的感知环境、综合信息的服务平台通信以及相互感知的接口。

二、RFID技术

射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是利用射频信号通过空间耦合实现非接触信息传输的一种技术，然后再通过传输信息的方式来实现标识的目的。目标检测是基于低频段的变压器耦合模型（一次和二次波段之间的能量传输和信号传输）和高频段的空间耦合模型（雷达发射电磁波时），然后目标信息会传送回雷达接收器中。而RFID技术是基于信息传输的基本原理。到目前为止，射频识别技术的理论得到了丰富和完善。多标签识别、单片机电子标签、无线读写等等适合高速移动物体的产品正在成为现实，并逐步向应用方向发展。

RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

一套完整的RFID系统，是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量，用以驱动电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据， 送给应用程序做相应的处理。

以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：感应耦合及后向散射耦合两种。一般低频的RFID大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。

三、系统设计

智能手环集成了RFID、传感器、计算机网络等技术。如今，传感器技术正变得越来越成熟。可穿戴设备已从概念进入市场环境，智能手环的概念提高了校园管理效率。数据统计显示，不仅要看智能系统的数量，系统的先进程度或集成程度，还取决于系统是否设计和经济配置，系统是否能够成功运作，还有产品的使用和管理。

智能手环系统包括四个主要子模块：中央数据模块、宿舍管理模块、GPS定位模块、支付模块等本设计的数字系统采用MCU单片机作为中央控制站，以及射频电路单元，时钟电路单元，存储电路单元，传感器电路单元作为从站，负责信息采集， 统计和基础工作。 Dialog DA14580模块用作连接所有站点的通信工具，完成完整的智能手环系统。电池寿命最长，DA14580接收电流和接收仅为4.9 mA;此外在DA1458 0低至0.9V的工作电压时非常适合用于锌空气电池或单节电池。最小尺寸仅为2.5x 2.5 x 0.5 mm的DA14580封装在晶片级芯中，只有五个外围元件，可以使用镍锰，碱性或纽扣电池;使用户拥有最小体积的特性产品。DA14580的高集成度确保了最少的外设数量，降低了系统成本。凭借使用更小电池的能力和集成的电源管理设备，该产品可降低材料成本（BoM），便能够开发高功能系统和低成本的电池。

该系统中使用的RF传感器模块和软件模块由低频RF传感器和书面软件代码记录页面组成。当模块工作时，低频射频传感器将通过宿舍门上的传感器验证环中登记的信息是否正确，整个系统处于工作状态。当验证宿舍学生的手环中的信息是真的时，他们可以打开门或发出警告。软件编程后的登录软件可以应用于宿舍管理员。宿舍管理系统涵盖了与宿舍管理相关的一系列业务流程，如学生住宿管理、学生信息管理、学生退换房管理等日常运营管理。该系统不仅支持单个数据记录的处理，还支持批量记录的处理，如：批量房间生成、批量签出、批量登记等独特的访客管理功能。GPS包括校园人员的实时位置信息，根据系统建设情况，可以设置从操场到教室的不同精确区域定位能力。还可以监测人员的实时和间隔物理数据，如心率，体温等。最后进行周期性活動的统计分析，为学生管理提供参考依据。

四、结束语

本文系统主要从智能手环设计入手，基于无线信息采集与传输为基础，应用RFID、GPS定位和多模式数据采集等技术，后续还将不断进行优化。

参考文献：

[1]方龙雄，RFID技术与应用，北京，机械工业出版社，2010.10。

[2]何晓龙，史文越，盛张群，智能手环/手机应用程序在不同步行速度或路面中的计步有效性研究，浙江，中国体育科技，2016