基于RFID技术的家校通无线考勤系统研究
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引言
学校考勤是维护正常教学秩序，保障教学任务顺利完成的重要环节。同时，考勤也是加强学生管理，约束学生行为的必备手段之一。传统考勤方式是通过教师点名掌握学生出勤情况，而学生到达、离开学校的具体时间无法及时反馈至学校和家长。随着RFID技术的快速发展，其产品越来越多地用于家校通考勤方面，但在实际应用过程中反映出来的问题却也越来越多，最突出的问题就是电子标签读取范围不确定、读取数量有限、信号被吸收严重,无法准确的判断学生的进/离校，而且误判现象很普遍。
利用有源2.4GHzRFID的非接触式主动识别技术，本文提出了一种新的家校通无线考勤方法，该方法利用低频125kHz的激励器来触发2.4GHz高频电子标签。该方法把低频和高频充分融合，从而有效地延长了有源RFID射频卡的使用寿命,使得考勤结果更加准确、便捷、高效。
1 家校通系统的研究现状
目前,在已进入应用的家校通管理系统中，考勤方式主要有固定考勤机刷卡方式和远距离被动识别方式两种。其中固定考勤机需要为每个学生均配发一张无源感应卡，学生经过校门时须将此卡贴近门口的读卡器,系统按照预录的信息对该学生进行考勤，同时向其父母发送进/离校短信。固定考勤机可以实现考勤功能，但由于其需要逐个扫描，在上学和放学的高峰期会造成校门口拥挤现象，容易引发安全事故；而远距离被动识别方式主要采用超高频(433MHz,868MHz,915MHz等)阅读设备和无源射频卡,其阅读范围可以达到10m左右，故可解决繁琐的固定考勤机刷卡问题，且无需排队等待，但该方式存在诸多问题而使其无法应用于家校通领域:第一，无源射频卡容易被人体吸收和金属物遮挡；第二,无源射频卡不能与金属物一起放置，易受干扰和吸收;第三，阅读设备识别无源射频卡的数量有限，一般只能最多支持50张射频卡的同时读取。
针对目前考勤方式存在的弊端，本文采用RFID远距离主动识别的考勤方式，即有源2.4GHzRFID方式。它是一种非接触式的自动识别,可通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，有效读取范围可以达到50m（空气中可达80m）,可支持多达200个射频卡的同时读取，并能够克服人体吸收、金属遮挡等问题。
2 无线考勤系统设计
低频125kHz的激励器触发2.4GHz高频电子标签时，激励器将跳频表、激励器ID等信息以OOK调制方式调制在125kHz载波上形成激励信号，并不间断地向外发送，当有电子标签进入其激励区时即被唤醒。当电子标签成功接收到激励信息后，电子标签由被动态变为主动态，同时将带有激励标识和激励器ID信息发送给READER,再重新打包发送给上位机，上位机根据激励器ID和电子标签ID判断在某时某标签在激励器所在位置。该技术包括三个方面。
其中，125kHz激励器技术可在激励器工作时，不间断的发送125kHz的电磁波、载有激励器的ID号等信息,有电子标签进入触发范围时，该技术将触发电子标签，将激励器的ID号等信息发送给电子标签。激励器本身也带有2.4G模块，主要是接收READER的控制命令和修改自身的ID号等信息。其激励器的设计原理框图如图1所示。
其二是双频电子标签技术，即在一张电子标签上实现双频率的集成,125kHz部分被动接收激励器发出的信号,在进入激励器的触发范围时，电子标签的线圈耦合激励器的磁场,从而产生感应电流以获取能量，并解调激励器磁场信号，获取激励器ID号等信息；再激活2.4GHz频率的模块，并将信息发送给2.4GHz模块;2.4GHz模块平时处于休眠状态，在被125kHz模块激活后将转入主动态，接收激励器的ID号等信息后，合并2.4GHz电子标签的ID号等信息，最后打包发送给READERo其电子标签的设计原理框图如图2所示。
其三是READER通讯技术。READER通常一直处于被动态，主要接收电子标签发送的数据信息，并及时将信息转发给上位机。上位机可以通过READER主动发送控制命令给激励器，以修改激励器的ID号等信息。
与当前有源RFID相比,READER通讯技术具有以下三个优点：
第一是改变了2.4GHz电子标签读取范围不确定的问题，可将读取范围可以精确在2〜4米之间，这样,激励器的触发范围可以很容易的对当时的电子标签进行定位；
第二是大大提高了2.4GHz电子标签的使用寿命,现有的2.4GHz电子标签都是主动发射的,每隔一定的时间就发送一次，即使不需要也发送，因而耗电量较大。而新设计的电子标签平时处于休眠状态，只有电子标签进入激励器的触发区域时，才由低频部分激活2.4GHz电子标签,开始发送数据，一旦标签离开激励器区域，电子标签将进入休眠状态，因此，耗电量极低。故可大约延长电子标签一倍以上的使用寿命；
第三是提高了READER的数据处理能力。一般现有的技术.READER需要处理几十米内的电子标签数据,而不管数据是否需要，故而数据有效率较低,而新型技术使READER只需要处理处于激励器范围内的电子标签，都是有效的电子标签数据，数据有效率较高。相应的READER可以同时处理的标签数量也就增加了。
3 无线考勤系统实验结果
3.1 平台搭建
本系统可由数据中心、阅读器.RFID卡、校门内外侧触发器、后台管理系统和短信平台组成。学校门口安装有阅读器，每位学生配备一张智能校园(RFID)卡，当学生经过校门时，主动识别出学生进出校门的状态，并生成考勤记录,然后通过平安短信方式通知学生家长和老师。平台软件系统由WindowsXP、SQL Server2005、家校通数据采集软件和家校通管理系统软件组成，其硬件设备配置如表1所列。
图3所示是本无线考勤系统触发器的布局图。其中校门内侧放置8个低频触发器、外侧放置5个低频触发器、校门内外放置2个全向天线读卡器。
3.2 实验结果
系统可实时处理系统采集的数据，同时生成短信列表实时发送至短信平台，图4所示为数据处理软件部分的电脑截图。
测试期间，在试点学校5个班发卡183张，并进行了为期20天的测试。测试结果证明：该家校通系统工作情况稳定，读卡总数4282次,平均漏读率为0.24%、误判率0%。
4 结语
基于RFID技术的家校通无线考勤系统可实现对学生的远距离识别，而且无障碍，不排队，不增加学校管理负担。考勤过程中，学生可正常进出，避免了学生因考勤刷卡而在校门口大量堆积,消除了安全隐患。到离校可实时短信通知家长，家长可及时掌握子女到离校动态，满足家长对子女的监护需求。同时，学校实时掌握学生到离校情况，提升也可管理效率；同时，通过学生是否在校的信息汇总，能有效减轻学校的管理负担。通过试运行测试证明，该系统识别可靠、误判率低、漏读率低,适合于对学生的无线考勤。
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