第一部分 半有源RFID系統(tǒng)開發(fā)背景

　　隨著人口老齡化的趨勢(shì)日益加快，老年人口越來越多，面臨著很多老年人安全管理的事宜。而老人院是老年人活動(dòng)、生活的一個(gè)很重要的場地，于是，對(duì)老人院老年人的安全管理問題，成為社會(huì)越來越關(guān)注的問題。針對(duì)目前敬老院等大型公共場所等對(duì)于人員的進(jìn)出管理和智能化區(qū)域、定位精確定位、求助報(bào)警的需求，目前，市場上有各種不同類別的解決方案，從最初的GPS定位管理，手機(jī)定位管理，到后來的無源RFID、有源RFID無線射頻管理系統(tǒng)，都不同程度的對(duì)老人院老年人的管理水平有所提高，對(duì)老年人的安全問題得到一些有效的解決，但依然的，還是存在一些問題。比如，老人的精確定位問題，需要定位到每個(gè)房間，老年人無意識(shí)的跌倒求助報(bào)警問題等，以上的系統(tǒng)都沒法解決。鑒于這些問題的存在，結(jié)合我們公司半有源RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，我公司特意開發(fā)了本套系統(tǒng)“基于半有源RFID射頻識(shí)別技術(shù)的老人院人員區(qū)域定位管理系統(tǒng)”。該方案，也是為上海寶山區(qū)某老人院量身定制的，很好的解決了人員自動(dòng)化進(jìn)出判斷管理，人員的精確定位、區(qū)域性定位管理，跌倒求助報(bào)警等功能需求。該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控管理，人員信息資料管理、越界報(bào)警、按鈕求助報(bào)警、追蹤等功能。大幅度的提升了對(duì)于老年人安全管理水平。

　　第二部分 半有源RFID技術(shù)介紹

　　一、RFID技術(shù)簡介

　　RFID(Radio Frequency Identification Technology)射頻識(shí)別技術(shù)是一種通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。從概念上來講，RFID類似于條碼掃描，條碼掃描技術(shù)是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物并使用專用的掃描讀寫器利用光電信號(hào)將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器;而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)物的RFID單元，利用RF信號(hào)將信息由RFID單元傳送至RFID讀寫器。

　　目前，RFID技術(shù)中所衍生的產(chǎn)品大概有三大類：無源RFID產(chǎn)品、有源RFID產(chǎn)品、半有源RFID產(chǎn)品。

　　無源RFID產(chǎn)品發(fā)展最早，也是目前發(fā)展最成熟，市場應(yīng)用最廣的產(chǎn)品。比如，公交卡、食堂餐卡、銀行卡、賓館門禁卡、二代身份證等，這個(gè)在我們的日常生活中隨處可見，屬于近距離接觸式識(shí)別類。其產(chǎn)品的主要工作頻率有低頻125KHZ、高頻13.56MHZ、超高頻433MHZ，超高頻915MHZ。

　　有源RFID產(chǎn)品，是最近幾年慢慢發(fā)展起來的，其遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別的特性，決定了其巨大的應(yīng)用空間和市場潛質(zhì)。目前，在遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域，如智能監(jiān)獄，智能醫(yī)院，智能停車場，智能交通，智慧城市，智慧地球及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域有重大應(yīng)用。有源RFID在這個(gè)領(lǐng)域異軍突起，屬于遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別類。產(chǎn)品主要工作頻率有超高頻915MHZ，微波2.45GHZ。

　　有源RFID產(chǎn)品和無源RFID產(chǎn)品，其不同的特性，決定了不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的應(yīng)用模式，也有各自的優(yōu)勢(shì)所在。但在本系統(tǒng)中，我們著重介紹介于有源RFID和無源RFID之間的半有源RFID產(chǎn)品，該產(chǎn)品集有源RFID和無源RFID的優(yōu)勢(shì)于一體，在門禁進(jìn)出管理，人員精確定位，區(qū)域定位管理，周界管理，電子圍欄及安防報(bào)警等領(lǐng)域有著很大的優(yōu)勢(shì)。

　　二、半有源RFID技術(shù)簡介

　　半有源RFID產(chǎn)品，結(jié)合有源RFID產(chǎn)品及無源RFID產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，在低頻125KHZ頻率的觸發(fā)下，讓微波2.45G發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。半有源RFID技術(shù)，也可以叫做低頻激活觸發(fā)技術(shù)，利用低頻近距離精確定位，微波遠(yuǎn)距離識(shí)別和上傳數(shù)據(jù)，來解決單純的有源RFID和無源RFID沒有辦法實(shí)現(xiàn)的功能。簡單的說，就是近距離激活定位，遠(yuǎn)距離識(shí)別及上傳數(shù)據(jù)。真正做到“運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外”的大將風(fēng)范。

　　三、半有源RFID技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

　　半有源RFID是一項(xiàng)易于操控、簡單實(shí)用且特別適合用于自動(dòng)化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式，且無需接觸或瞄準(zhǔn);可在各種惡劣環(huán)境下自由工作，短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可以替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體;長距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識(shí)別距離可達(dá)幾十米，如自動(dòng)收費(fèi)或識(shí)別車輛身份等。其所具備的獨(dú)特優(yōu)越性是其它識(shí)別技術(shù)無法企及的，主要有以下幾個(gè)方面：

　　1)、半有源RFID的特點(diǎn)

　　讀取方便快捷：

　　數(shù)據(jù)的讀取無需光源，甚至可以透過外包裝來進(jìn)行。有效識(shí)別距離更大，有效識(shí)別距離可達(dá)到30米以上;

　　識(shí)別速度快：

　　終端一進(jìn)入磁場，解讀器就可以即時(shí)讀取其中的信息，而且能夠同時(shí)處理多個(gè)終端，實(shí)現(xiàn)批量識(shí)別;

　　數(shù)據(jù)容量大：

　　數(shù)據(jù)容量最大的二維條形碼(PDF417)，最多也只能存儲(chǔ)2725個(gè)數(shù)字;若包含字母，存儲(chǔ)量則會(huì)更少;RFID終端則可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)充到數(shù)十K;

　　使用壽命長，應(yīng)用范圍廣：

　　其無線電通信方式，使之在粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境中，工作人員不必身在其中就可進(jìn)行工作。終端的封閉式包裝使得壽命大大超過印刷的條形碼;

　　標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更改：

　　利用編程器可以寫入數(shù)據(jù)，從而賦予RFID標(biāo)簽交互式便攜數(shù)據(jù)文件的功能，而且寫入時(shí)間比打印條形碼更少;

　　更好的安全性：

　　不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類型的產(chǎn)品上，而且可以為終端數(shù)據(jù)的讀寫設(shè)置密碼保護(hù)，從而具有更高的安全性;

　　動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)通信：

　　終端以每秒50～100次的頻率與解讀器進(jìn)行通信，所以只要RFID終端所附著的物體出現(xiàn)在解讀器的有效識(shí)別范圍內(nèi)，就可以對(duì)其位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)的追蹤和監(jiān)控。

　　2)、半有源RFID的優(yōu)勢(shì)

　　相對(duì)于有源RFID產(chǎn)品：

　　半有源RFID產(chǎn)品做人員定位管理，定位精度更精確，可定位到每個(gè)房間;

　　做到相同定位精度，半有源RFID產(chǎn)品，成本要少很多，到達(dá)相同的效果，成本基本為有源RFID產(chǎn)品的一半;

　　半有源RFID產(chǎn)品，識(shí)別距離誤差更小，大概為10cm，而有源RFID，只能是一個(gè)大概的模糊距離，信號(hào)飄忽不定，沒辦法做到精確;

　　半有源RFID標(biāo)簽，平時(shí)處于休眠狀態(tài)，不耗電，很省電的，電池可用5年，而有源RFID標(biāo)簽，平時(shí)不斷的發(fā)送信號(hào)，要耗電很多。

　　相對(duì)于GPS衛(wèi)星定位：

　　半有源RFID產(chǎn)品定位，可以精確定位到每棟樓的每個(gè)房間，而GPS定位，只能到城市的某個(gè)區(qū)域某條街道某個(gè)小區(qū)某棟樓。

　　相對(duì)于手機(jī)區(qū)域定位：

　　半有源RFID產(chǎn)品定位，可以精確定位到每棟樓的每個(gè)房間，而手機(jī)定位，只能到城市的某個(gè)區(qū)域某條街道某個(gè)小區(qū)某棟樓。

　　綜上所述，相比較而言，無論是從經(jīng)濟(jì)成本上，還是定位精度及效果上面，半有源RFID技術(shù)產(chǎn)品，都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)所在，也是我們最初選擇半有源RFID技術(shù)作為公司核心技術(shù)的緣由。

　　第三部分 半有源RFID系統(tǒng)總體介紹

　　一、系統(tǒng)原理

　　APS實(shí)時(shí)定位追蹤系統(tǒng)通過RFID(電子標(biāo)簽)的應(yīng)用，以電子標(biāo)簽作為目前最先進(jìn)的標(biāo)識(shí)碼，具備了不易破損、數(shù)據(jù)可靠、使用周期長、有效通訊距離長等特點(diǎn)，是替代條形碼、紅外線標(biāo)識(shí)的最佳選擇。將其安裝在受控目標(biāo)上，來作為目標(biāo)的唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行追蹤和定位。

　　工作時(shí)，管理人員通過聯(lián)網(wǎng)的無線識(shí)別基站追蹤和定位目標(biāo)。

　　1)半有源RFID電子標(biāo)簽

　　半有源RFID電子標(biāo)簽，是集成了有源RFID電子標(biāo)簽和無源RFID電子標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)，作為一種特殊的標(biāo)示物。在平時(shí)情況，其處于休眠狀態(tài)不工作，不向外界發(fā)出RFID信號(hào)，只有在其進(jìn)入低頻激活器的激活信號(hào)范圍時(shí)，標(biāo)簽被激活后，才開始工作。

　　2)半有源RFID自動(dòng)識(shí)別工作原理

　　結(jié)合低頻激活器，半有源RFID標(biāo)簽，被激活后正常工作。而低頻激活器的激活距離是有限的，它只能在小距離小范圍精確激活，這樣，以低頻激活器為基點(diǎn)來定位，在不同的位置安裝不同的基點(diǎn)，然后在一個(gè)大區(qū)域用遠(yuǎn)距離讀寫器識(shí)別讀取信號(hào)，之后用不同的上傳方式將信號(hào)上傳到管理中心，這樣，完成了整個(gè)信號(hào)的采集，傳輸，處理，應(yīng)用的整個(gè)過程。

　　3)區(qū)域定位原理

　　示意圖：

　　圖示

　　如上圖所示，我們采用RFID半有源技術(shù)做人員區(qū)域定位管理，在每個(gè)被監(jiān)控區(qū)域，如每個(gè)房間，安裝半有源定位基站，也就是我們公司的低頻激活器，每個(gè)低頻激活器帶有4路或者6路激活天線，相鄰的4個(gè)或者6個(gè)房間可以共用一臺(tái)低頻激活器，在整個(gè)我們的定位系統(tǒng)中，定位基站是最小的基點(diǎn)，作為定位點(diǎn)的最近本的基點(diǎn)，其激活標(biāo)簽的距離在3-3.5米，也就是每個(gè)標(biāo)簽在激活器3-3.5米的范圍里被激活，其定位精度可以描述為3-3.5米。不同區(qū)域的激活器，都有自己唯一的地址碼，當(dāng)人員帶著半有源低頻激活標(biāo)簽進(jìn)入定位基站被激活后，標(biāo)簽正常工作，向外界發(fā)送標(biāo)簽的ID號(hào)，同時(shí)也發(fā)送出激活標(biāo)簽的激活器的地址碼，這樣，通過激活器的地址碼，我們就能夠定位出標(biāo)簽所在的位置。當(dāng)標(biāo)簽從一個(gè)激活器拿到另一個(gè)位置時(shí)，上傳上來的激活器地址碼也會(huì)隨之變化，這樣，就形成了完整的定位體系。而標(biāo)簽上傳的數(shù)據(jù)，被大范圍內(nèi)的定位基站網(wǎng)關(guān)接收到，將信息上傳至管理中心進(jìn)行處理，完成了整個(gè)定位系統(tǒng)。

　　二、系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　1)系統(tǒng)組成和架構(gòu)

　　基于半有源RFID技術(shù)的人員區(qū)域定位管理系統(tǒng)由半有源RFID電子標(biāo)簽、半有源低頻激活器、讀寫器(接收器、電子監(jiān)控基站)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和系統(tǒng)軟件組成。下圖一個(gè)簡單的人員區(qū)域定位管理系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)：

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　2)系統(tǒng)區(qū)域定位示意圖

　　如上圖所示：通過不同的被激活的標(biāo)簽所上傳的激活器的地址碼，可以判斷出不同激活器附近所在的人員情況，包括人員的數(shù)量，姓名，職務(wù)等信息。這樣，無論人員走到哪里，都會(huì)有當(dāng)?shù)氐募せ钇麈i定他們，來確定他們所在的具體位置，并且及時(shí)的將信息上傳至管理中心，管理中心經(jīng)過一系列的變換處理，得出相關(guān)的結(jié)果。同時(shí)，也很輕松的完成了我們的既定目的，就是對(duì)人員的區(qū)域定位管理。

　　3)門禁進(jìn)出管理系統(tǒng)

　　示意圖

　　如上圖所示，我們給每一個(gè)需要管理的門禁安裝一臺(tái)低頻激活器，每臺(tái)激活器引出2路低頻激活天線，分別是1號(hào)天線，2號(hào)天線，各自布置在門禁的外面和里面，而在門禁旁邊安裝一臺(tái)我們公司自主研發(fā)生產(chǎn)的2.45G遠(yuǎn)距離讀寫器，作為信號(hào)接收器。當(dāng)人員佩戴著半有源RFID低頻激活標(biāo)簽，進(jìn)入門禁時(shí)，依次被激活天線1號(hào)和激活天線2號(hào)激活，這樣系統(tǒng)則判斷出人員進(jìn)入門禁，相反，則系統(tǒng)辨識(shí)為出門。就這樣完成了整個(gè)門禁系統(tǒng)人員進(jìn)出判斷的管理。

　　4)設(shè)備隱蔽安裝

　　安裝設(shè)備時(shí)候，我們可以充分利用安裝現(xiàn)場的基礎(chǔ)條件，靈活掌握安裝方式，一般我們的激活天線安裝在天花板上，隱秘安裝，形成美觀、簡潔的風(fēng)格。

　　三、系統(tǒng)的功能

　　實(shí)時(shí)布控區(qū)域目標(biāo)動(dòng)態(tài)顯示功能：

　　1) 任一時(shí)間查詢并顯示受控區(qū)域目標(biāo)的數(shù)量、分布情況及身份;

　　2) 查詢一個(gè)或多個(gè)受控目標(biāo)現(xiàn)在的實(shí)際位置;

　　3) 可實(shí)現(xiàn)信息多點(diǎn)共享，供多個(gè)部門及領(lǐng)導(dǎo)同時(shí)在不同地點(diǎn)查看;

　　豐富的地圖功能：

　　具有放大、縮小、移動(dòng)、標(biāo)尺測(cè)距、視野控制、中心移動(dòng)、土層控制、地圖打印等功能。

　　禁區(qū)報(bào)警功能：

　　對(duì)于指定的禁區(qū)，如果有非授權(quán)進(jìn)入，實(shí)時(shí)報(bào)警，并顯示進(jìn)入禁區(qū)的目標(biāo)及身份。

　　目標(biāo)軌跡查詢：

　　可查找某目標(biāo)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)所經(jīng)歷的路徑，并在圖中畫出線路軌跡。

　　豐富的受控目標(biāo)考勤能力：

　　可對(duì)出入布控區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的考勤記錄，建立目標(biāo)的各種信息報(bào)表(如：時(shí)間報(bào)表、出勤月報(bào)表、加班報(bào)表、缺勤報(bào)表等等)。

　　突發(fā)事件控制：

　　一旦有突發(fā)事件，上位機(jī)上立即能顯示出該現(xiàn)場的目標(biāo)數(shù)量、信息，位置和歷史情況等信息，大大提高安全管理工作的效率和效果。

　　四、系統(tǒng)性能特點(diǎn)

　　強(qiáng)大的系統(tǒng)處理能力：

　　1) 高度自動(dòng)化;

　　2) 基于GIS 技術(shù)的地理信息顯示、查詢系統(tǒng);

　　3) 完善的數(shù)據(jù)分析能力;

　　卓越的識(shí)別性能：

　　1) 高度的識(shí)別可靠性，100%的前端識(shí)別率;

　　2) 識(shí)別距離遠(yuǎn)(識(shí)別距離可達(dá)2-100 米可調(diào));

　　3) 極高的防沖突性(每個(gè)識(shí)別基站可最多同時(shí)識(shí)別數(shù)以百計(jì)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo));

　　4) 高度的識(shí)別穩(wěn)定性(誤碼率小于10 萬分之1);

　　5) 快速的識(shí)別速度(最快可達(dá)到200 公里/小時(shí)的識(shí)別速度)。

　　現(xiàn)場優(yōu)勢(shì)：

　　1) 環(huán)境適應(yīng)性：高抗干擾性，對(duì)干擾源、周界環(huán)境無特殊要求;

　　2) 安裝方便性：一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無需外接天線;

　　3) 運(yùn)行可靠性：內(nèi)部電路高度集成化，器件故障率最小化。

　　電氣特性：

　　1) 超低功耗：納瓦級(jí)超低功耗設(shè)計(jì)，RFID標(biāo)簽在不更換電池的情況下可連續(xù)正常工作3年以上;

　　2) 方便性、安全性，標(biāo)簽無須外接電源，無須充電、無須更換電池;

　　3) 無輻射，對(duì)人體和環(huán)境無任何影響，更安全更健康。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：

　　1、工控頻段

　　采用2.4G 工控頻段無線通訊無需無線電管制委員會(huì)批準(zhǔn)，不需繳納頻譜占用費(fèi)用。

　　2、超低功耗

　　RFID標(biāo)簽采用獨(dú)特的納瓦級(jí)超低功耗設(shè)計(jì)，確保能在電池支持下持續(xù)工作長達(dá) 3～5 年左右。同時(shí)，整體結(jié)構(gòu)的低功耗設(shè)計(jì)既保證了設(shè)備的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，又減少了應(yīng)用實(shí)施的復(fù)雜性和成本。

　　3、網(wǎng)絡(luò)容量大

　　一個(gè)區(qū)域定位網(wǎng)絡(luò)可以容納多達(dá)六萬余的RFID識(shí)別目標(biāo)和大量的接入點(diǎn)。大容量保證了網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的高冗余性保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在個(gè)別節(jié)點(diǎn)停止工作的情況下仍然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　4、高可靠性

　　APS實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)核心技術(shù)目前采用獨(dú)有定位算法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自喚醒，自容錯(cuò)，自愈合。

　　5、運(yùn)行及維護(hù)成本低

　　APS所有硬件設(shè)備均采用免維護(hù)設(shè)計(jì)，建設(shè)和維護(hù)所需要的人工費(fèi)用是很低，任何一個(gè)經(jīng)過授權(quán)的RFID標(biāo)簽只要放在網(wǎng)絡(luò)的無線信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，就可自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)工作，無須任何安裝配置。高度智能化最大程度上降低了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)所需的人力和時(shí)間，加上網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本身價(jià)格低廉，使得系統(tǒng)的維護(hù)成本極低。