基于半有源RFID技术的人员定位系统

　　一.RFID技术说明

　　文档说明

　　此方案目的是让集成商、工程商及使用方了解物联网RFID定位技术在人员定位的设计理念、原则、整体规划及如何发挥其巨大作用的并详细阐述相关物联网设备工作原理、安装位置等信息，以便集成商、工程商、使用方正确认识物联网在人员定位领域带来的革命性变革及目前该技术存在的不足，树立物联网在人员定位正确的认识。如您在阅读过程中，遇到任何不解和困惑，请与上海仁微电子科技有限公司联系。上海仁微电子科技有限公司对本文档拥有最终解释权。

　　半有源技术简介

　　半有源RFID产品，结合有源RFID产品及无源RFID产品的优势，在低频125KHZ频率的触发下，让微波2.45G发挥优势。半有源RFID技术，也可以叫做低频激活触发技术，利用低频近距离精确定位，微波远距离识别和上传数据，来解决单纯的有源RFID和无源RFID没有办法实现的功能。简单的说，就是近距离激活定位，远距离识别及上传数据。真正做到“运筹帷幄之中，决胜千里之外”的大将风范。

　　术语缩写与解释

　　RFID/射频识别：一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触

　　半有源电子标签：频段2.45G复合125K技术，标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，便于标签电量寿命的延长;当标签进入阅读器的读取区域时，同时受到激活器发出的射频信号激励，进人工作状态。

　　低频激活器：处于实时寻址状态，实时“主动式”侦测周边的有源电子标签，并将自身携带ID编码及天线ID编号发送到有源电子标签接收模块。

　　RFID读写器：接收并解调电子标签发送出的射频信号(包括标签的ID信息，激活器的ID编码和天线的ID编号等等)

　　电子防拆卸腕带：半有源电子标签做成腕带式，当电子腕带被拆卸时，能发出报警信息的腕带被称为防拆卸电子腕带

　　手持式读写器: 也叫手持终端，能接收定位标签发出的无线信号，并在自身屏幕是显示出配带标签的人员简单信息。

　　半有源RFID人员定位相对其他人员定位技术的比较

　　相对于有源RFID产品：

　　半有源RFID产品做人员定位管理，定位精度更精确，可定位到每个房间;做到相同定位精度，半有源RFID产品，成本要少很多，到达相同的效果，成本基本为有源RFID产品的一半;

　　半有源RFID产品，识别距离误差更小，大概为10cm，而有源RFID，只能是一个大概的模糊距离，信号飘忽不定，没办法做到精确;

　　半有源RFID标签，平时处于休眠状态，不耗电，很省电的，电池可用5年，而有源RFID标签，平时不断的发送信号，要耗电很多。

　　相对于GPS卫星定位：

　　半有源RFID产品定位，可以精确定位到每栋楼的每个房间，而GPS定位，只能到城市的某个区域某条街道某个小区某栋楼。

　　相对于手机区域定位：

　　半有源RFID产品定位，可以精确定位到每栋楼的每个房间，而手机定位，只能到城市的某个区域某条街道某个小区某栋楼。

　　综上所述，相比较而言，无论是从经济成本上，还是定位精度及效果上面，半有源RFID技术产品，都有其独特的优势所在，也是上海仁微电子最初选择半有源RFID技术作为公司核心技术的缘由。

　　二. 人员定位需求分析

　　需求分析

　　当前传统人员管理模式存在以下问题：区域较分散，需要多人进行现场管理;无法实时知悉人员分布情况，不能确定人员的位置(是否擅自离开等);不能做到管理到每个人;在人员遇到危险情况时，不能及时确定人员位置;无法查看人员历时轨迹信息。传统人员管理模式不仅在管理效率上较低，而且不能从根本上解决监管到每个人的问题。虽然半有源RFID技术的人员定位系统的应用，可以从根本上解决人员管理存在的问题。半有源RFID技术不但解决了需要多人现场管理的问题，同时也极大的提高了工作效率。这种模式可以大大的改善管理模式，降低人员管理的成本。

　　人员定位功能性

　　实时监控

　　地图实时监控，可显示人员及设备分布情况

　　人员查询定位

　　可对人员信息进行查询定位，定位误差5米以内

　　人员历史轨迹回放

　　可对人员历史轨迹回放，进行动画显示，回放人员从一个区域到另一个区域的轨迹路线

　　报警

　　当区域人员非法聚集，擅自离开指定区域或进入非法区域，系统报警提示

　　视频联动

　　RFID技术与现有视频联动可实时查看事故发生的现场情况，为调配相关人员解决突发情况提供依据

　　三.系统简介：

　　一、系统原理

　　半有源RFID技术人员定位系统通过RFID电子标签的应用，以电子标签作为目前最先进的标识码，具备了不易破损、数据可靠、使用周期长、有效通讯距离长等特点，是替代条形码、红外线标识的最佳选择。将其安装在受控目标上，来作为目标的唯一标识进行追踪和定位。

　　工作时，管理人员通过联网的无线识别基站追踪和定位目标。

　　1)半有源RFID电子标签

　　半有源RFID电子标签，是集成了有源RFID电子标签和无源RFID电子标签的优势，作为一种特殊的标示物。在平时情况，其处于休眠状态不工作，不向外界发出RFID信号，只有在其进入低频激活器的激活信号范围时，标签被激活后，才开始工作。

　　2)半有源RFID自动识别工作原理

　　结合低频激活器，半有源RFID标签，被激活后正常工作。而低频激活器的激活距离是有限的，它只能在小距离小范围精确激活，这样，以低频激活器为基点来定位，在不同的位置安装不同的基点，然后在一个大区域用远距离读写器识别读取信号，之后用不同的上传方式将信号上传到管理中心，这样，完成了整个信号的采集，传输，处理，应用的整个过程。

　　3)人员定位原理

　　示意图：

　　

　　如上图所示，我们采用RFID半有源技术做人员区域定位管理，在每个被监控区域，如每个房间，安装RFID读写器，每个读写器都有自己的设备编号，当人员在房间里面时，人员佩戴的电子标签被房间内的读写器读取到，这样就判断该人员在此房间里面;同时在走廊上每四个房间安装一台低频激活器，延伸出4路天线，每个房间门口安装一支低频激活天线，这样，人员在走廊内移动时候会被不同的低频激活器天线激活，从而实现人员的走廊移动判断。

　　二、系统的总体结构

　　1)系统组成和架构

　　基于半有源RFID技术的人员区域定位管理系统由半有源RFID电子标签、半有源低频激活器、读写器(接收器、电子监控基站)、网络设备、计算机、服务器和系统软件组成。下图一个简单的人员区域定位管理系统的系统架构：

　　

　　2)系统区域定位示意图

　　

　　如上图所示：通过不同的被激活的标签所上传的激活器的地址码，可以判断出不同激活器附近所在的人员情况，包括人员的数量，姓名，职务等信息。这样，无论人员走到哪里，都会有当地的激活器锁定他们，来确定他们所在的具体位置，并且及时的将信息上传至管理中心，管理中心经过一系列的变换处理，得出相关的结果。同时，也很轻松的完成了我们的既定目的，就是对人员的区域定位管理。

　　

　　定位到房间的的设备安装示意图

　　3.系统楼层定位示意图

　　

　　如图所示，在每个楼道口安装一台一体机，然后延长出两路低频激活天线(天线拥有不同的ID)，一路放在上楼道，一路放在下楼道，当人员带着卡上下楼时候，被不同的激活天线激活到，读写器收到带着激活器ID的标签信息，从而判断人员在哪个楼层。

　　

　　定位到楼层的的设备安装示意图

　　边界定位设计

　　有些特殊人员的定位的围墙区域是不允许人员靠近的，需要在沿着围墙安装两道激活边激界，和定位基站，两道激活边界相距最好不小于4米，第一道激活边界可安装在围墙的墙体内、围墙外、围墙内，但要远离高压电线，与压线的距离不要小于3米，不要接触其他金属，如：铁围栏，路灯柱等，与这些金属要有10厘米以上的距离，如下图：

　　

　　边界天线2安排在围墙外，边界天线1安装在围墙内

　　

　　边界天线形成的信号区示意图

　　4.门禁进出管理系统

　　

　　如上图所示，我们给每一个需要管理的门禁安装一台低频激活器，每台激活器引出2路低频激活天线，分别是1号天线，2号天线，各自布置在门禁的外面和里面，而在门禁旁边安装一台我们公司自主研发生产的2.45G远距离读写器，作为信号接收器。当人员佩戴着半有源RFID低频激活标签，进入门禁时，依次被激活天线1号和激活天线2号激活，这样系统则判断出人员进入门禁，相反，则系统辨识为出门。就这样完成了整个门禁系统人员进出判断的管理。

　　

　　门禁设备安装示意图

　　5. 设备隐蔽安装

　　安装设备时候，我们可以充分利用安装现场的基础条件，灵活掌握安装方式，一般我们的激活天线安装在天花板上，隐秘安装，形成美观、简洁的风格。

　　

　　四.半有源RFID系统软件介绍

　　1. 前台登陆界面

　　

　　通过专用的用户名和密码，可进入前台管理界面，进行系统运行;

　　2. 软件界面导航图

　　

　　3. 追踪定位监控整体流程

　　

　　4. 后台管理登陆界面

　　

　　后台管理登入界面，对系统数据库，人员信息，设备信息，区域管理等做控制。

　　5. 人员档案模块

　　建立每个人员的数字档案，详细记录每个人员各种信息，并且建立多维的查询系统，可以简单快捷查询各种信息。可以整合原来的人员信息系统，实现信息共享。记录被管理人员的日常行为，可以全面分析其行为模式。

　　管理员资料：包括标签ID，人员编号，姓名，性别，证件名称，证件号码，证件地址，邮政编码，联系电话，人员级别，人员类别，状态，备注，照片，简历，特征;

　　可对人员资料进行新增、修改、删除、查询。

　　人员资料包括：人员唯一系统ID、电子标签ID号、人员编号、姓名、性别、证件名称、证件号码、证件地址、证件地址邮政编码、联系地址、联系地址邮政编码、联系电话号码、身份级别、权限组ID、实际权限字符串、受控对象状态。

　　比如可以在管理终端输入人员ID或姓名，对人员进行快速定位。

　　包括五部分：人员资料管理，管理员资料管理，监控设备管理，电子地图管理，监控区域管理。

　　

　　6. 人员实时位置监控

　　

　　7. 实时人数统计，电子点名

　　

　　8. 非法进入重要区

　　

　　9. 查看指定人员位置

　　

　　10.轨迹回放

　　

　　11. 设备管理

　　设备资料：包括设备ID，设备编号，设备名称，设备IP，类别，位置，状态，备注;

　　

　　12. 标签资料管理

　　对腕带标签进行维护管理，增加，删除及修改。可设置腕带标签的启用与终止。

　　13. 电子图管理

　　对电子地图进行维护管理，增加，删除及修改，细化至具体楼层房间。

　　注：电子地图部分需另行探讨需求。

　　14. 区域管理

　　可设置管理策略，对特定区域进行维护管理，增加，删除及修改。一个区域有独立的定位器ID与接收器ID与中继器ID，有最大容纳人数。

　　五. 主要设备性能介绍

　　

　　RW-R920/921型 吸顶式读写器

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0 ～ 150米

　　识别速度 ： 200 公里 / 小时

　　识别能力 ： 同时识别 500张以上的标签

　　识别角度 ： 全向

　　天线增益 ： 4dBi，双天线

　　工作频段 ： 2.4GHz、125KHz(可扩4路低频天线)

　　功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级

　　通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同步通信机制

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　实时时钟 ： 可支持RTC实时时钟

　　存储空间 ： 板载2M Byte，支持8G Micro SD卡

　　接口标准 ： RS232、RS485、Wiegand、RJ45、TTL、WiFi等可选

　　扩展I/O ： 开关量信号输入与输出各3路

　　电源标准 ： DC 7.5～24V 800～3000mA

　　封装特性 ： ABS工程塑料

　　可 靠 性 ： 工业级

　　尺 寸 ： Φ180mm、厚度51mm

　　重 量 ： 0.7kg

　　安装方式 ： 吊顶或墙面安装，提供专用安装卡件

　　

　　RW-R902型 定向读写器

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0 ～ 150米

　　识别速度 ： 200 公里 / 小时

　　识别能力 ： 同时识别 500张以上的标签

　　识别角度 ： 定向(垂直30° 水平30°)

　　极化方式 ： 圆极化(更适合标签朝向多变的应用)

　　增 益 ： 16dBi 接收32级可调、发射4级可调

　　工作频段 ： 2.4 GHz ～ 2.4835 GHz

　　功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级

　　通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同步通信机制

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　接口标准 ： RS232、RS485、Wiegand26、RJ45、TTL、WiFi等可选

　　扩展I/O ： 开关量信号输入与输出各2路(可选)

　　电源标准 ： DC 7.5～12V 500～1000mA

　　封装特性 ： 正面ABS工程塑料，背部铝合金腔体

　　可 靠 性 ： 防雷防水防冲击，满足工业环境要求

　　尺 寸 ： 268×268×80mm

　　重 量 ： 2.1kg

　　安装方式 ： U型专用金属安装套件

　　

　　RW-R750型 低频激活器

　　产品技术特性

　　激活范围 ： 标配2组棒状天线，每组0 ～ 3.5米半径;最大可扩展识别范围到1000m2

　　激活速度 ： 最大400 公里 / 小时通过时可被激活

　　激活能力 ： 同时激活500张以上的标签

　　激活角度 ： 全向

　　中心频率 ： 125KHz

　　抗干扰性 ： 采用时分多址技术，多设备互不干扰

　　穿透能力 ： 低频波长2500m可完全穿越人体和墙体

　　标准接口 ： TTL、RS485接口

　　电源标准 ： DC 7.5～18V 1000～3000mA

　　工作温度 ： -40～+85℃

　　封装特性 ： 铝合金外壳封装

　　可 靠 性 ： 防水防冲击，满足工业环境要求

　　尺 寸 ： 148×98×45 mm(未包括外置天线)

　　重 量 ： 0.55Kg

　　安装方式 ： 吸顶、挂壁或地埋等安装方式

　　

　　RW-R680型 工业级手持式读写器

　　产品技术特性

　　操作系统 ： Windows CE.Net5.0简体中文版

　　CPU 类型 ： SUMSANG 400MHZ,电压3.3V

　　内 存 ： 128M Flash ROM/128M SDRAM

　　液晶显示 ： TFT-LED QVGA液晶3.5”彩色触控屏

　　数据采集 ： 2.4GHz RFID模块，可读可写

　　增 益 ： 5dBi 接收32级可调、发射4级可调

　　识别距离 ： 0~150米(灵活可调)

　　识别方向 ： 全向

　　无线网络 ： 标配WIFI，可选配内置GPRS/CDMA模块/蓝牙

　　其他选配 ： 红外/GPS/拍照/测震功能/二位条码

　　数据备份 ： SD卡及FLASH双重备份

　　二次开发 ： MS EVC 4.0 及VS.NET 2003

　　电 池 ： 3.7V, 3200mAh可充电锂电池，备用电池17mA(可保证数据6小时内不丢)，运行大于8小时(视应用环境)，内置电池管理软件监控和调试电池状态。

　　功耗标准 ： WIFI 1.2W, GPRS 1W, 扫描0.2W

　　RFID 0.4W,系统0.3W，背光0.3W

　　工业等级 ： IP54(IEC60529)，抗跌落为1.2米

　　环境温度 ： 使用:-15℃至50℃ 存储:-20℃至60℃

　　物理接口 ： USB， 红外线

　　扩展存储 ： 最大支持2GB容量的SD卡

　　尺 寸 ： 190(长)×80(宽)×25(厚) mm

　　显示部分：100mm×80mm×25mm

　　键盘部分：90mm×60mm×25mm

　　重 量 ： 380g(含电池)

　　使用寿命 ： 5-8年

　　认 证 ： 通过中国国家强制性产品3C认证，通过CE认证，具有中国信息产业部颁发的无线电发射备型号核准认证

　　

　　RW-T700型 双频电子标签

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0～ 150米可调

　　识别速度 ： 200公里 / 小时

　　识别能力 ： 具备200张/秒的防冲突性能

　　识别方式 ： 全向识别

　　固定增益 ： 0～3级可按需选定

　　工作频段 ： 2.45GHz、125KHz、13.56MHz可复选

　　通讯速率 ： 250Kb/s、1Mb/s、2Mb/s

　　通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同步通信机制

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　读写功能 ： 176B～1K存储空间(可选)

　　防拆功能 ： 防拆报警功能(可选)

　　功耗标准 ： 平均工作功率为微瓦级

　　电池配置 ： 软包锂电池，容量750mAh

　　使用寿命 ： 3年左右，可更换电池

　　电压检测 ： 电压低于预设值时以无线提示(可选)

　　封装特性 ： ABS工程塑料，抗高强度跌落与振动

　　环境特性 ： 工作温度-40℃ ～85℃

　　工作湿度<95%

　　可 靠 性 ： 防冲击，满足工业环境要求

　　外 形 ： 方卡型，可按需提供内置双按钮开关

　　尺 寸 ： 86×54×5 mm

　　重 量 ： 18g

　　安装方式 ： 双面胶粘贴或挂扣

　　

　　RW-T710型 电子防拆腕带

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0～ 150米

　　识别速度 ： 120公里 / 小时

　　识别能力 ： 具备200张/秒的防冲突性能

　　识别方式 ： 全向识别

　　工作频段 ： 2.4 GHz 、有源125KHz

　　通讯速率 ： 250Kb/s、1Mb/s、2Mb/s

　　通信机制 ： 基于时分多址和码分多址同步通信机制

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　防拆功能 ： 可提供多达3路的防拆(报警)功能;非授权强力取下立刻发无线报警信号、;需特定设备进行物理和无线指令复位

　　按钮功能 ： 双按钮指令可用于求助报警、签名刷卡

　　功耗标准 ： 平均工作功率为微瓦级

　　电池配置 ： 软包锂锰电池，容量900mAh

　　使用寿命 ： 1~1.5 年，使用授权密钥可更换电池

　　封装特性 ： PA工程塑料，抗高强度跌落与振动

　　环境特性 ： 工作温度-40℃ ～85℃

　　工作湿度<95%

　　可 靠 性 ： 防浸泡防冲击，满足工业环境要求

　　外 形 ： 腕带或脚镣型，可提供OEM定制服务

　　尺 寸 ： 58×42×19.5mm

　　重 量 ： 55g

　　安装方式 ： 螺丝锁紧