基于RFID的大型室内场所的定位系统的设计

1 概述

　　随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。

　　2 RFID工作原理

　　RFID （Radio Frequency Identification）系统称为射频识别系统，其能量供应和数据交换是应用无线电和雷达技术实现的。RFID系统一般是由两部份组成一阅读器、应答器。

　　a．应答器：应答器放在需要识别的物体上，可以发送和接收信息，可根据收到的操作命令作读／写等处理；

　　b．阅读器：阅读器是采集应答器信息并对应答器发出操作命令的装置，发出的命令包含选择，读／写，取消选择命令等。

　　一台典型的阅读器包含有高频模块（发送单元和接收单元）、控制单元以及与应答器连接的祸合元件。此外，阅读器还应该有附加接口（RS232＼RS485＼USB等），以便将获得数据进一步传给另外的系统（计算机、机器人控制装置等）。

　　应答器是RFID系统的数据信息载体，由耦合元件以及微电子芯片组组成。它具有智能读写及加密通信的能力。一般是无源的，即内部不含电源，工作时，接收阅读器发出的射频电磁波，经内部整流、电容稳压后作为电源。此外还有有源应答器，一般是由电池供电，可以在较高频段工作，识别距离较长，和阅读器之间的通信速率也较高。

　　系统的基本丁作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当应答器进入发射天线工作区域时产生感应电流，应答器获得能量被激活；应答器将自身编码等信息通过其内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从应答器发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该应答器的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。

　　3 系统组成

　　3.1 总体描述

　　本系统的设计思路是在入口处给人员一RFID电子标签，也叫电子卡，里面标有标签的编号以及个人信息，在各个主要的据点安装阅读器。当人员接近阅读器时，会自动读取出标签。

　　图1 读卡的基本的流程

　　信息以有停留时间、行走路线等其它相关数据。阅读器将数据传人后台服务器，对数据进行平滑、数据校验以及数据暂存等，数据经RFID中间件进行加工、处理后，传送到应用程序接口。基本的流程见图1。

　　基本机理：每个电子卡内都有一个32位的号码，当电子卡呈现在阅读器读出范围内时，电子卡被阅读器不断发射的电磁问询信号激活，从而反馈给阅读器一个携带有电子卡号码的应答信号，正是通过电子卡与阅读器互相之间的信号问询与应答，阅读器就能够准确快速地识别电子卡内携带的号码，并将读到的电子卡号码按照一定的输出格式输出给计算机、外部控制器或其他终端设备，从而实现对电子卡的识别。当佩带电子卡的人员来到终端人口处时，附近的阅读器将读到的电子卡号码通过RS232传递给报到终端机，报到终端机再通过计算机网络将数据（读到的电子卡号码）传递给远地的计算机服务器。这样与服务器相连的报到终端机和查询终端机就能够实时更新数据。

　　3.2系统组成

　　本系统主要由人员定位、数据传输、计算机系统组成。

　　人员定位：主要是基于RFID无线网络平台，其中包括定位网络节点（应答器）、无线ID模块、标准电缆等，RFID无线网络跟踪定位系统采用RFID无线网络技术，应答器设置成一个电子卡，而阅读器则是安装在室内固定的位置上，安装在超市的天花板或者走廊墙壁上，通常其位置是已知的，利用这些已知位置的阅读器来定位处在运动状态的应答器。所安置的网络模块将自动组成一个RFID通信网络，这个通信网络实际就是一个定位网络，每一个网络节点就是一个定位点，网络节点可通过自动读取移动目标的信息和信号强度，来确定移动目标的位置信息，网络定位点在已有的通信电缆的地方直接通过RS232接口与现有的通信电缆相连接，再通过交换机将信息上传到终端管理计算机，实现人员的定位系统的全部功能。

　　图2 系统的功能结构图

　　数据传输：包括分线拉接头、电缆接头，网络连接等，网络节点可通过自动读取移动目标的信息和信号强度，在RFID通信中各个节点之间传输，网络节点在有通信电缆的地方直接接人已有的通信电缆，通过等再将信息传到终端管理计算机，人员跟踪定位系统软件处理，实现人员跟踪定位系统的全部功能。

　　计算机系统：计算机硬件系统包括主机、电源系统、转换接口、软件保护器、打印机等；软件系统包括：信号采集与处理系统、通信系统、分析统计系统、数据库，人机界面等。

　　3.3 系统功能模块描述

　　系统的中央管理控制软件是定位系统的中心，以控制阅读器和RFID卡的工作状态，以及进行定位数据统计处理等。主要特点是：界面简单美观，易于操作控制；通过串口通信协议，实现对阅读器的控制与数据传送；定位信息的录入简单，方便，维护性和保密性好；快速查询实时定位数据等。

　　系统软件主要用VC++做开发工具；SQL Server数据库用于各个阅读器及定位信息的存储和查询；串口通信控件实现主机控制阅读器的工作模式，并与阅读器进行数据交换。阅读器控制模块主要通过串口通信控件来实现主机对阅读器的控制以及数据交换的功能；数据库管理模块是应用SQL Server数据库进行定位信息的存储、修改、查询、维护等，完成标签参数采集的实时地理坐标、阅读器、传感器等的数据采集，采用数据库的完整性约束等技术，结合室内地理信息实现室内定位系统所需的人员实时分布信息，综合各方面的参数进行提取、分析、处理等。保证数据的完整性和可靠性，而且便于录人查询工作；跟踪查询极模块是结合WEB技术。把阅读器和获取的RFID卡信息迅速通过数据库查询配对，得到相应的定位人员信息资料，并将其显示在屏幕上，便于查询人员了解到整个场所的现场情况。

　　结束语

　　以上提出了一种低成本的室内射频识别（RFID）定位系统，该系统是基于移动台自定位方案。在我们的系统中可以采用阅读器安装在室内固定的位置上，安装在室内的天花板或者走廊墙壁上，通常其位置是已知的，利用这些已知位置的阅读器来定位处在运动状态的电子标签。阅读器通过检测其周的电子标签对自己的位置进行定位并将位置传输给计算机系统。