王玉麗

摘要：某企業(yè)有嚴(yán)格的員工出入管理要求，且在不同的區(qū)域只能穿戴特定種類的防靜電鞋，該企業(yè)現(xiàn)以人工辨別鞋子顏色的管理方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到企業(yè)的管理需求。針對(duì)這種情況，提出一種基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)方法。該方法通過(guò)綁定電子標(biāo)簽與員工的靜電鞋，消除標(biāo)簽抖動(dòng)策略，將人員流動(dòng)的實(shí)時(shí)信息傳送到物聯(lián)網(wǎng)中，觸發(fā)后臺(tái)服務(wù)器等硬件設(shè)備的一系列響應(yīng)，以達(dá)到人員實(shí)時(shí)管理的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)有效地滿足了人員實(shí)時(shí)管理的需求，提高了自動(dòng)識(shí)別率，增強(qiáng)了企業(yè)實(shí)時(shí)管理的水平。

關(guān)鍵詞：RFID；物聯(lián)網(wǎng)；自動(dòng)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）14-0164-02

隨著社會(huì)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)[1]的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，深入到生活、工業(yè)和科學(xué)研究的各個(gè)角落，被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮[2][3]。隨著無(wú)線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID）和電子標(biāo)簽[4]技術(shù)的發(fā)展，RFID在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

RFID是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，典型的RFID系統(tǒng)至少包含電子標(biāo)簽（Tag）和閱讀器（Reader）、應(yīng)用支撐系統(tǒng)三部分組成。RFID標(biāo)簽與閱讀器之間進(jìn)行無(wú)線通信的頻段有多種，其中超高頻860～960MHz，非常適合長(zhǎng)距離0～3.5M～35M之間距離的識(shí)別，且多重標(biāo)簽識(shí)別性能最突出。

1 基于RFID的自動(dòng)監(jiān)控識(shí)別系統(tǒng)需求分析

現(xiàn)有某企業(yè)廠區(qū)分為：辦公區(qū)、衣帽間、車間、包裝車間等多個(gè)區(qū)域，公司有嚴(yán)格的人員出入管理要求。特定員工只能在指定的區(qū)域穿戴指定的靜電鞋出入，如果靜電鞋穿戴錯(cuò)誤系統(tǒng)必須給出報(bào)警提示。本文從企業(yè)人員管理的實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套企業(yè)員工出入管理的自動(dòng)識(shí)別監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的核心功能包括：

1）門禁控制，人員在進(jìn)入每一個(gè)區(qū)域時(shí)，都要有刷卡門禁控制，不同的區(qū)域門禁方式不同。

2）靜電鞋識(shí)別，人員在出入特定的不同區(qū)域時(shí)，自動(dòng)識(shí)別出所穿戴的靜電鞋類型，以及靜電鞋種類是否正確。

3）語(yǔ)言播報(bào)與短信提醒，當(dāng)某區(qū)域內(nèi)靜電鞋種類錯(cuò)誤時(shí)要有實(shí)時(shí)報(bào)警處理和語(yǔ)音提醒功能，相關(guān)區(qū)域管理人員收到實(shí)時(shí)短信提醒。

4）區(qū)域監(jiān)控，公司的主管在辦公室內(nèi)能實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)區(qū)域的人員流動(dòng)情況，并能查看員工的歷史出入和靜電鞋穿戴情況等。

2 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如下：

1）每個(gè)門上安裝門禁控制系統(tǒng)，并采用滾閘門形式，有權(quán)限者方能通過(guò)且每次門禁僅限過(guò)一人。門禁控制采用RFID門禁控制。

2）在每只靜電鞋都加裝RFID電子標(biāo)簽，加裝的RFID標(biāo)簽為無(wú)源超高頻RFID柔性標(biāo)簽（INLAY），頻段為915MHZ，工作方式是被動(dòng)方式，即不主動(dòng)發(fā)送信息，只被動(dòng)應(yīng)答。當(dāng)加裝有電子標(biāo)簽的靜電鞋進(jìn)入RFID讀頭區(qū)域時(shí)，響應(yīng)RFID讀頭的讀寫命令。

3）在每個(gè)門禁處安裝RFID讀頭，RFID讀頭選用深圳市阿法迪科技有限公司AFD-8200超高頻四通道讀寫器（讀寫器與標(biāo)簽配套），支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、串行口等多種接口。讀頭有四路天線，分別安裝在門內(nèi)外，自動(dòng)識(shí)別RFID電子標(biāo)簽。RFID讀寫器，通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)形式聯(lián)入局域網(wǎng)，支持TCP/IP協(xié)議。

4）在門禁處安裝語(yǔ)音播報(bào)控制和警報(bào)響應(yīng)設(shè)備，實(shí)時(shí)進(jìn)行警報(bào)響應(yīng)或語(yǔ)音提醒，語(yǔ)音模塊采用智能語(yǔ)音合成模塊，通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)形式聯(lián)入局域網(wǎng)，支持TCP/IP協(xié)議。

5）選取中心機(jī)房?jī)?nèi)的連接在局域網(wǎng)中服務(wù)器作為應(yīng)用程序部署的服務(wù)器，通過(guò)USB接口連接短信貓模塊，在某區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)有違規(guī)時(shí)，將違規(guī)信息通過(guò)短信發(fā)送到指定號(hào)碼。

3 Web系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在服務(wù)器上設(shè)計(jì)部署一個(gè)web系統(tǒng)。系統(tǒng)管理員通過(guò)IE瀏覽器進(jìn)行系統(tǒng)配置，分配人員權(quán)限，設(shè)置靜電鞋所到區(qū)域的權(quán)限，配置短信接收號(hào)碼，查看相關(guān)信息（實(shí)時(shí)監(jiān)控到各個(gè)區(qū)域的人員流動(dòng)情況、員工的歷史出入記錄等）。普通用戶通過(guò)IE瀏覽器查看相關(guān)日志信息。

系統(tǒng)在運(yùn)行前，需要將電子標(biāo)簽和靜電鞋進(jìn)行綁定，并定期對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行檢查或更換維護(hù)。電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的初次采集，通過(guò)生產(chǎn)廠商提供的RFID桌面讀頭（用于近距離探測(cè)）和配套軟件進(jìn)行標(biāo)簽信息的采集。為了方便靜電鞋的識(shí)別，在數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)靜電鞋的信息應(yīng)盡量完備，包括：唯一編號(hào)、名稱、類型ID、RFID標(biāo)簽號(hào)1、標(biāo)簽號(hào)2、首次使用時(shí)間、使用壽命、所屬員工ID、當(dāng)前所在區(qū)域ID、描述信息、更新時(shí)間等，靜電鞋上還需添加人工識(shí)別編號(hào)。

Web系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)表格包括： 部門/員工信息表、區(qū)域表、區(qū)域報(bào)警短信發(fā)送人員關(guān)聯(lián)表、靜電鞋信息/類型表、區(qū)域和鞋子的出入動(dòng)作權(quán)限表、系統(tǒng)參數(shù)信息表、設(shè)備信息/類型表、鞋子出入?yún)^(qū)域日志記錄表、短信模板表、短信發(fā)送記錄表、基于角色的權(quán)限管理系列表格等。

4 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在局域網(wǎng)服務(wù)器上部署后臺(tái)監(jiān)控程序，它負(fù)責(zé)接收與處理 RFID讀頭接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)穿戴靜電鞋的員工通過(guò)門禁時(shí)，在讀頭識(shí)別范圍內(nèi)，讀頭將識(shí)別到的RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后臺(tái)監(jiān)控程序，監(jiān)控程序根據(jù)標(biāo)簽數(shù)據(jù)到達(dá)的先后順序，進(jìn)行邏輯判斷自動(dòng)識(shí)別出/入門動(dòng)作，同時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的靜電鞋標(biāo)簽的出入權(quán)限，判斷出員工穿戴的靜電鞋是否正確，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)過(guò)濾和分析后，向后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中插入日志。如果檢測(cè)到違規(guī)信息，則發(fā)送語(yǔ)音信息到門禁語(yǔ)音控制設(shè)備，控制播報(bào)并發(fā)送短信。后臺(tái)周期性地與各個(gè)讀頭交互數(shù)據(jù)，探測(cè)讀頭是否工作正常，當(dāng)有讀頭不正常時(shí)及時(shí)警報(bào)提醒。

后臺(tái)監(jiān)控程序使用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)和邏輯處理分別為獨(dú)立的線程。后臺(tái)監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)主要包括：

1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)功能。該功能通過(guò)Socket編程實(shí)現(xiàn)。由于每扇門上安裝有一個(gè)讀寫器，每個(gè)讀寫器有一個(gè)IP和端口號(hào)，因此每個(gè)讀寫器對(duì)應(yīng)一個(gè)Socket，通過(guò)獨(dú)立線程完成各自的數(shù)據(jù)收發(fā)。

2）數(shù)據(jù)幀提取，從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流中獲取到符合格式要求的數(shù)據(jù)幀。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀為30字節(jié)，有規(guī)定的幀頭和幀尾，不符合要求的按指定規(guī)則進(jìn)行緩沖或拋棄。

3）動(dòng)作判斷，根據(jù)標(biāo)簽數(shù)據(jù)到達(dá)的先后順序，解析出進(jìn)或出門動(dòng)作，并向數(shù)據(jù)庫(kù)插入指定信息。

后臺(tái)監(jiān)控程序中，各個(gè)Socket線程接收到的數(shù)據(jù)，都要經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理后放入一個(gè)全局的哈希表中供數(shù)據(jù)處理線程統(tǒng)一處理。數(shù)據(jù)處理線程將維護(hù)兩個(gè)隊(duì)列：待處理數(shù)據(jù)隊(duì)列和待刪數(shù)據(jù)隊(duì)列，循環(huán)處理哈希表中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，其中數(shù)據(jù)處理主線程工作流程為：開始-〉準(zhǔn)備并初始化待處理數(shù)據(jù)隊(duì)列和待刪數(shù)據(jù)隊(duì)列-〉遍歷哈希表，根據(jù)鞋子操作對(duì)象處理狀態(tài)加入相應(yīng)隊(duì)列-〉待處理隊(duì)列處理流程-〉刪除隊(duì)列處理流程-〉休眠10毫秒-〉重復(fù)執(zhí)行上述流程。

5 標(biāo)簽抖動(dòng)消除策略

在RFID應(yīng)用系統(tǒng)中，不可避免地會(huì)遇到“標(biāo)簽抖動(dòng)”問(wèn)題?！皹?biāo)簽抖動(dòng)”指只需要讀取到一個(gè)電子標(biāo)簽時(shí)，卻檢測(cè)到多個(gè)電子標(biāo)簽，或者在某一時(shí)間段內(nèi)，讀取到的電子標(biāo)簽數(shù)大于一個(gè)。系統(tǒng)主要通過(guò)以下策略來(lái)消除標(biāo)簽抖動(dòng)：

1）采用的硬件提供了基本的過(guò)濾策略，即短時(shí)間內(nèi)頻繁檢測(cè)到同一標(biāo)簽，發(fā)送重復(fù)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔可以調(diào)整，這在一定程度上避免了大量重復(fù)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。

2）系統(tǒng)的操作主體是靜電鞋，每雙靜電鞋擁有一對(duì)標(biāo)簽，任意一個(gè)標(biāo)簽被檢測(cè)到，即認(rèn)為該鞋被檢測(cè)到，同一對(duì)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)在2s之內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，視為“標(biāo)簽抖動(dòng)”，直接拋棄。

3）系統(tǒng)為存儲(chǔ)在哈希表中的數(shù)據(jù)都設(shè)置了過(guò)期時(shí)間，逾期數(shù)據(jù)將被刪除。正常處理完畢的數(shù)據(jù)，不是立刻刪除的，而是插入數(shù)據(jù)庫(kù)后設(shè)置為2s之后過(guò)期。這在一定程度上消除了一個(gè)進(jìn)出門動(dòng)作，引發(fā)多條數(shù)據(jù)的情況發(fā)生。且不完整的動(dòng)作將會(huì)因過(guò)期被刪除。

通過(guò)以上的過(guò)濾策略，穩(wěn)定的過(guò)濾了不需要處理的標(biāo)簽及其相關(guān)信息，保證了標(biāo)簽觸發(fā)事件的準(zhǔn)確性。達(dá)到了穩(wěn)定讀取、準(zhǔn)確處理的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從實(shí)際需求和功能出發(fā)，設(shè)計(jì)了基于RFID物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)監(jiān)控識(shí)別系統(tǒng)，系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分：硬件采用適用于長(zhǎng)距離識(shí)別的超高頻RFID設(shè)備，軟件包括用于底層監(jiān)控程序和WEB應(yīng)用平臺(tái)。底層后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)主要用于RFID數(shù)據(jù)接收/解析、數(shù)據(jù)入庫(kù)、消息發(fā)送、與硬件監(jiān)控設(shè)備相連響應(yīng)等；WEB應(yīng)用平臺(tái)主要是實(shí)現(xiàn)查看跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽維護(hù)、監(jiān)控區(qū)域人員流動(dòng)情況等，最后采用了標(biāo)簽抖動(dòng)消除策略，提升了電子標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別的精確性。系統(tǒng)目前已投入實(shí)際使用，打破了企業(yè)傳統(tǒng)的監(jiān)控管理模式，幫助企業(yè)構(gòu)建了不同廠區(qū)人員流動(dòng)監(jiān)控的主動(dòng)反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控、分析數(shù)據(jù)，降低了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，提高了工作效率。

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