基于RFID的校园体温监测定位系统设计

摘要：为保障开学后校园安全，设计了一种基于RFID技术的体温检测安全性系统。将可穿戴人体体征检测设备与射频识别技术相结合可以实现可定位的人体体征检测，射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）是实现定位功能的关键技术，RFID系统所用到的电子标签通常是无源的，其供电电能来自感应电流，所以电子标签能够提供的功率较低。因此本文结合与RFID标签相结合的低功耗CMOS体温传感器，该传感器具有设备面积小、功耗低以及可集成于RFID无源电子标签等优点，能够同时实现体温检测和定位功能。并且此系统还可以应用到其他场合。

关键词：CMOS传感器;定位;RFID技术

一、引言

面对校园中人员较多，位置分布广的情况，传统耳温枪检测体温的方法并不适用，本文提出一种基于RIFD的体温检测定位系统，可以解决传统测温模式不灵活的缺陷。

利用RFID技术的非接触方式获取目标对象的温度、湿度、位置和相关环境参数等，使得传感器技术与RFID技术的结合变得非常热门和得到广泛的应用。集成于无源RFID电子标签的CMOS温度传感器设计，该CMOS温度传感器集成于13.56MHz的高频无源RFID标签芯片上。利用CMOS温度传感器体积小可集成于RFID无源电子标签的特点，将其应用于校园教职员工及学生的温度检测和定位中，可大大提升测温和定位效率。

二、RFID工作原理

RFID由电子标签、读写器、应用程序三部分组成，如图1所示：

电子标签进入读写器天线磁场后，接收到读写器发出的高频载波信号，标签芯片上电并进行后续工作;读写器再将数据和命令调制到高频载波信后，电子标签将对接收到的高频载波信号进行解调，再按照协议要求对数据进行一系列处理;检测到接收信号的特殊指令后，标签芯片将存储在芯片中的产品信息通过射频天线发送出去;读写器通过射频天线接收到电子标签发送的信号后，对接收信号进行解调、解码等一系列流程的处理，并通过应用接口将电子标签信息发送至后台应用系统进行有关数据处理。

（一）电子标签工作原理

电子标签根据供电方式分为有源、无源和半有源三类，本系统中采用的是无源电子标签。无源电子标签由标签芯片及标签天线组成。其中标签天线作用为接收读写器发送到空中的射频信号和发送射频信号给读写器。标签芯片作用是存储标签内部信息，将标签接收的射频信号进行解调、解码等各种处理，并把电子标签需要返回的信号进行编码、调制等处理。

本系统中COMS传感器通过ADC与无源电子标签相连，通过对电子标签的定位来实现对体温传感器的定位及数据收发功能。

（二）读写器工作原理

典型的读写器终端一般由天线、射频接口模块和逻辑控制模块三部分构成。

读写器天线主要负责将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号。

射频接口模块主要包括发射机和接收机等。该模块是读写器的射频前端，主要负责射频信号的发射和接收。

逻辑控制模块是整个读写器工作的控制中心、读写器在工作时由逻辑控制模块发出指令，射频接口模块按照不同的指令做出操作。

三、校园体温监测定位系统的具体实现

（一）体温监测的具体实现流程

RFID电子标签上的无线传输模块的作用是将体温传感器所探测到的温度信息通过读写器无线传输到后台应用程序中，CMOS体温传感器通过ADC模块与电子标签相连，通过对电子标签的定位来实现对体温传感器的定位以及数据收发功能。

CMOS温度传感模块时刻采集用户体温数据，再将于此温度成正比的电流或电压作为模拟输入信号，通过A/D转换到代表温度信息的数字信号，将该数据传输给电子标签，再通过后级的编码、调制，将处理后的温度信息通过空中接口传输给读写器;读写器再通过应用接口与后台的应用程序相连，应用程序对所得到的值进行分析建模之后还原出温度数据，一旦温度超过正常值，后台将会发出警报。

（二）定位系统的具体实现

目前无线定位算法的种类及原理种类丰富。与射频识别技术相关的定位算法主要有基于测距原理、测角原理以及邻近位置选取。测距原理是根据待测目标与阅读器的距离不同所导致接收到的RSSI值的不同实现的，最后通过每个阅读器的读取值不同来计算距离交点来实现定位;测角原理与测距原理类似，是应用可以测量待测目标与阅读器的垂直夹角来实现定位的，最后计算每个阅读器测得的夹角来确定位置信息的;最后一种是通过比较待测标签和参考标签的RSSI值来确定与待测标签相邻近的参考标签的位置，最后通过加权计算得出定位信息。按照类型主要是可分为测距与非测距的定位方式。

在校园内，每隔n米的距离布置一个RFID读写器，以确保RFID信号的全覆盖。在RFID信号网络覆盖整个校园的基础上，在教职员工和学生的手腕上粘贴电子标签，当教职员工和学生在校园中行走时，选择离电子标签最近的m个RFID读写器（读写器坐标为（xi，yi））来实现人员定位。

四、结语

RFID体温检测定位系统不仅可以应用到校园中，还可以应用到其他领域，但由于时间原因，目前系统的设计还未完全实现，后续还需要继续探索，实现智慧校园的建设。

参考文献：

[1]杜芷君.一种集成于无源RFID标签芯片的CMOS温度传感器设计[D].武汉：华中科技大学，2009.

[2]李佳奇.基于RFID的可定位体温传感器芯片研究[D].天津：天津工业大学，2017.

[3]张玲玉.LANDMARC定位系统及其算法的研究[D].长沙：中南大学，2014.

[4]韩共乐，张接信，张富强.一种基于RFID场景布局的AGV改进花朵授粉定位算法[J].制造业自动化，2019（9）.

作者簡介：

龚玲，四川省成都市，成都工贸职业技术学院。