广东省某学校RFID管理系统技术方案

正确地理解学校的应用需求是产品与技术选型的关键。就我公司的分析，学校的需求可以分解为三个大的部分：

  l 远距离感应部分

  需要在学校大门、建筑物大门、楼道或者走廊等关键场合，选择合适地点安装远距离感应设备，当配专用证件的人员正常通过时，自动被感应和记录。

在某些场合，根据学校要求，还需要对无证件的通行情况进行及时告警提示。

  l 软件部分

  学校的远距离人员通行信息采集点多达20多处，覆盖教学和

  生活的各个重要场合，基于这个有利条件可以做出一套信息分析软件，用来显示和记录精确到个人的行动轨迹，并可随时查阅某个区域的人员分布情况。至于学生的上课考勤和就宿记录，则更加容易得到。

当然，软件部分的设计还需要考虑到预留必要的数据接口，以方便学校将来的一卡通应用。

  l 近距离感应部分

  一个完整的RFID系统都有近距离感应的应用。在学校里，同样需要在某些人员通行不是很频繁的场合安装低成本的近距离感应设备，以及配发给巡查人员的手持感应设备。

  这就要求解决方案中的应用核心——电子标签证件本身，必须能够兼顾远距离和近距离两种感应模式。在学校将来的拓展应用中，能实现食堂就餐打卡、图书馆借阅等场合的一卡通功能。

  以上是我公司对学校RFID应用的分析，基于我们多年来对RFID技术的应用经验和对先进技术和产品的不懈跟踪，虽然学校的技术要求较高，应用模式先进，但我们完全有能力提供成熟的产品和技术服务以满足上述需求。下文我们将介绍我们的技术方案，以及主要应用的RFID产品。

二．RFID技术选型

  RFID是Radio Frequency Identification的英文缩写，中文直译射频识别，一般也称“电子标签”。RFID有一个跨越多个频段、拥有多种工作模式的产品分类和标准体系。结合学校的应用需求，我们简要对比分析一下我们所选择的技术类型的理由和原因。

相关远距离RFID产品比较见下表：

上表中的参数和说明都是指典型情况。总结而言，由于学生通过检测区域时往往都比较密集，而且身高差别大，如果使用UHF频段的设备，将会有许多处于人群中间较矮身材的人无法被识别。虽然HF系统人员识别天线尺寸较大，但因为设备并不需要经常搬动，所以并不影响人员识别的使用。

  ISO15693标准的产品适合应用于人员识别的最典型案例，就是会议签到应用。目前，国内大部分的省级党代会、人代会和部分政协会议已经使用了这种设备做代表入场和出会场的自动登记工作。为这次学校投标提供RFID设备的制造商，已经为广东、湖南、广西、云南、河南、四川等超过10个省级的会议提供了签到设备，用户体验良好。在广州白云会议中心，他们提供的18套远距离感应系统已经工作了2年时间. 所以，我们选用符合ISO15693国际标准的电子标签读写系统，该标准的主要特性是：

l  工作频率13.56MHz

l  读写距离0～200cm

l  1秒中内可识别50张标签

l  标签尺寸（对角线）1～15cm可选，厚度一般小于1mm

标准选定了，如何选择具体的产品将是下文论述的重点。

三．RFID标签

  电子标签是读写系统的重要组成部分，在学校的应用中，它将被制成证件佩戴在学生胸前，在学生通过RFID感应通道时自动被感应到。相关标签的实物照片见下图：

  上图中两张彩色印刷的卡就是电子标签成品，尺寸是85×54mm，厚度0.9mm，这是共性化彩色印刷的，在其标签的另外一面，印有持卡人信息。在上图中还有两张透明的标签，我们称为Inlay，是制造RFID证件的核心，图上显示就是TI（德州仪器）品牌原装进口的Inlay，Inaly平放着被封装在标签成品内部，标签表面平整，看不出Inlay痕迹。在平面上的对应关系可以从中间偏右的标签图中可以看出。

  在给学校提供的标签中，我们将使用上图中的材料和制作方法。使用原装进口的TI-I02-112B标签，用PVC材料封装成85×54×0.9mm的标签，背面彩印，内容含广东省出版学校的标志。标签正面空白或者根据实际情况在部分区域预先印刷共性化内容。以最大地方便学校使用热升华打印机随时打印包括照片在内的学生信息。

  之所以选用原装进口的TI 品牌 Inlay，是因为在目前所有的产品中，它所封装的标签感应距离在同等情况下最远，同时其一致性好，稳定性也能满足学生长期使用的要求。市面上有使用Philips芯片（也称为NXP品牌 I Code 2芯片）国内生产的Inlay，并以此封装标签，它目前缺乏大规模应用在人员识别中的成功案例，距离也近于TI原装标签，虽然Philips芯片价格上有一定的优势，但我公司以性能和可靠性为先，没有采用低成本的标签方案。（Philips芯片一般用作物品识别标签）

我们也可以根据学校要求，在制作第一批标签时提供整体个性化印刷服务，其个性化印刷的卡样如下图所示：

RFID卡的射频感应技术参数如下：

l   工作模式：无源，13.56MHz电磁耦合

l   芯片品牌：TI

l   规格尺寸：85×54×0.9mm ，PVC封装

l   ID号：64bit固定唯一不可更改不可复制

l   可擦写内存：2Kbit

l   可擦写次数：10万次

l   数据保存寿命：10年

l   工作温度：-25~+70摄氏度

三．远距离RFID读写设备

据上文“需求分析”的观点，我们认为远距离高频RFID感应设备是学校应用的核心 。经过前期的现场勘测，并详细了解学校需求，结合标书中的书面要求，我们决定采用同一个系列中的三种远距离RFID读写设备来解决学校的不同应用需要。

它们包括：

3．1．  S02基本型远距离感应系统

  在24套远距离RFID设备需求中，有12套是这种设备。它主要安装在阶梯楼道的上升处，使用左右各一只天线，一只安装在墙壁上，一只安装在走道扶栏上。其单只天线的照片如下：

该天线的详细规格与电气参数如下：

天线简介

HT-S02是一款高性能的13.56MHz框架式天线，标准阻抗50  Ω ，具备完全知识产权。内建有专有的天线适配器，选择大截面铜质电缆作为天线，采用一体化塑料外壳以及精细制造工艺，边框预设固定孔位以方便安装和调节高度，能实现对电子标签的稳定感应效果。特别适用于需要远距离、大范围感应的场合，广泛应用于物流、生产过程控制、人员管理等领域。

特点

l  完全针对应用需求设计

l  支持达至8瓦的射频输入功率

l  同轴电缆SMA接口

l  造型典雅，ABS工程塑料外壳，浅灰色

规格

两只S02天线平行对置（配底座）的实物图片如下图：

上图仅供参考；在学校的应用中，不需要上图中的底座。我们会根据各个安装场合的不同情况定制塑料或者金属紧固件，进行牢固的安装。

我们也承诺可以根据安装现场的实际情况，在不影响感应性能的前提下，优化天线的尺寸和安装方法。

将两只S02天线平行对置，配合输出功率为4W的RR9201T读写器，感应性能如下：

所装配所有核心器件均通过过7天老化测试，成品满足7×24小时工作需要，如天线需要安装在室外，可以做特别的防水设计。

3．2 . G02型双通道远距离感应系统

在24套远距离RFID设备需求中，有2套双通道设备需要安装在学校大门。每套仅使用一台RR9202T读写器，配3只性能类似于上文中的S02天线，平行对置，形成2个通道。

之所以采用这种双通道设备，是考虑到学校大门人流量大，基本型远距离通道天线只有一个感应通道，容易造成行人阻塞。而G02双通道设备有两个并列的感应通道，形成自然的左进右出通行模式，有效缓解大流量人群的通行速度。

G02双通道天线基于上文中的S02的成熟技术设计，因为要安装在室外，需要增加底座和一体化的设备箱，我们与设备供应商协商后的单只天线设计图如下：

其中天线主体和箱体均为ABS工程塑料做一体化外壳，而箱体底部有定制的金属底座和结构件。金属底座用膨胀螺栓紧固在地面上，使天线牢固。天线箱体高度可根据感应区域的要求重新设计高度。

G02型双通道天线配RR9202T读写器后的主要RFID性能参数如下表：

所装配所有核心器件均通过过7天老化测试，成品满足7×24小时工作需要，已经有防水设计。

3．3 . G11B型含红外远距离感应系统

根据标书要求，在24套远距离RFID设备需求中，有10套设备需要安装红外检测模块实现对未带卡通行情况的告警与记录。事实上，该产品的红外模块不仅能判断未带卡通行现象，还能直接确定某个人的行进方向。

G11B型通道天线除了RFID读写器和天线，还加装了4对红外感应开关，以及专门研发的嵌入式控制器。G11B 的基本原理和工作逻辑参见下文：

RFID感应装置是该系统的核心部分，它的感应区域俯视图示意如下：

从以上示意图可以看出，一个正常的通行过程，会两次进入射频识别区域，也会两次切割红外线，这能够最大限度地避免盲读的情况，两次切割红外线还有判断参会人员是进入还是离开会场的意义。当然，设置红外线识别的首要意义是在射频识别未指示时提出警示。从示意图可以看出，当人员站在通道中央时射频识别能力是最弱的，所以在需要重复查验证件时，一定需要人员重新走一次。

一个完整的RFID识别和红外判断过程如流程图所示：

最新的产品提供4对红外感应装置，能更准确地判断进出人数和方向。

据上文表述，G11B中存在RFID感应和红外感应两个独立工作而又相互协调的功能，系统随时计算RFID所读取卡的数量和红外感应所判断人员的数量是否一致，如果不一致，也会即时作出是缺卡还是多带卡，并将数据进行整合后保存并传输给上位机。人员经过过通道时会顺序触发串行排列的红外开关，系统借此判断当次通行的方向。

系统有一套先进的仿真算法，能有效滤除人员摆臂、晃动和窄小物体对它的干扰。但值得注意的是，当出现人员完全并排行走的情况时，红外系统对人数的判断会出现比实际人数减少的情况。因此，在使用这套设备时，为了保证采集数据的准确性，需要加强管理，使人员通行时形成不并排行走的习惯。

当然，无论红外系统如何工作，RFID感应部分的性能不受影响。

因为要加装红外感应模块，G11B的外形结构与前文所述的两种远距离通道天线有较大的不同，见下图所示：

       如上图，天线外壳主体用ABS工程塑料，底座使用3mm后钢板制造，在离地面110cm处安装有一组共4对串联的红外感应开关，读写器控制器等设备安装在箱体内部。在其中一只天线上安装有警灯和蜂鸣器，在有未带卡或者带非法卡通过时，警灯闪烁红色并伴有蜂鸣器鸣叫。如果是正常通过，则绿灯亮，而蜂鸣器静默。如何设置告警阀值和告警方式可以定制。

G11B型通道天线配RR9201T读写器，它的主要规格与性能参数如下表：

G11B型RFID通道天线参数

特别说明：在上文中提到的RR9201T和 RR9202T型读写器是一种输出功率为4W的大功率高频读写模块，是通道天线的组件，其性能已经在整体设备的相关参数表中充分体现，为了删繁就简，在本技术方案中不作单独详细介绍。

远距离RFID感应设备的设备介绍结束，从以上的论述可以看出，我公司对学校的应用需求理解到位，技术沟通畅通，对所需要的产品胸有成竹， 这是提供良好服务的重要基础。

四．近距离RFID读写设备

近距离RFID感应设备是一个完整的RFID应用项目不可或缺的组成部分，在本次招标中，我们认为它是提高系统功能灵活性的重要工具。以下是产品选型与功能介绍：

4．1．  便携式手持读写器

手持读写器

规格参数

可选装的无线通信功能

（选件） GPRS模块 ： 工作频率：EGSM：900/1800MHZ、GSM：850/190MHZ ； 支持TCP/IP传输协议；具备SMS（短消息服务）功能 。学校可以在将来需要该功能时随时选装上述模块升级功能。

使用方式

该手持读写器识别距离5～8cm，因为自带显示器和键盘，可以作为学校巡查人员对学生证件的有效查验工具。基本型号的手持机使用串口通信方式与数据库服务器交换数据。

4．2．  近距离高频读写器

这是一款小型的低功率读写卡设备，一般放在桌面上，用来发卡；或者固定在墙壁上作为被动式读卡设备。它对标准卡的识别距离是10cm，型号时RR9036。它有两种不同的接口，其中USB接口的一般作为发卡器，如下图

RR9036USB读写器

该设备直接连接在电脑的USB口上，无需外接电源，其工作模式根据发卡操作的特点做了定制。

如果是RS485或RS232接口的，则图片如下：

RR9036串口读写器

无论何种通信接口，RR9036均符合ISO15693，ISO14443标准。具有寻卡、读取、写入、初始化电子钱包，增值、减值、查询余额及装载密码等功能的DLL动态库命令集，用户只需通过简单的命令集可以实现对卡的完全操作 

我们提供VC、和DELPHI的例子程序，以及通信协议，方便学校对其进行二次开发。

在将来可能的一卡通扩容应用中，我们还能提供全系列的近距离感应设备，例如带有双界面显示的专用食堂消费机等等，供学校选用。

五． RFID系统应用软件

学校在大门、教学楼、宿舍楼等处安装RFID感应设备，并给学生配发RFID证件之后，就可以对教学考勤和就宿考勤进行记录和分析，并协助进行学生行为管理。

我公司为学校定制的RFID系统应用软件的主要功能有：

1)  可查询当前人员的数量及区域分布情况 

2)  任一指定人员在当前或指定时刻所处的区域

3)  任一指定人员当天或指定日期的活动踪迹 

4)  选定某一区域可以获得当前该区域的人员信息

5)  可通过手持读写器下载学生信息，并随时查验学生证件

6)  支持MSSQL和MySQL数据库扩展

7)  与学校的教育管理信息系统无缝连接

凡有现金、票证或需要识别身份的场合(包括学生证、图书借阅证、出入证、教职员工考勤、教职员工会议签到、食堂消费、浴室用水管理、宿舍用电管理、机房收费、停车场、小卖部消费及其它小金额消费等管理功能)均采用这张RFID证件来完成。

附录：

设备列表参考格式