半有源RFID技术在老年公寓老人院人员安全服务管理系统应用

文章来源：Admin5 发布时间：2017-01-17 访问量：人

第一部分半有源RFID系统开发的背景

随着人口老龄化的趋势增加，老年人口现在是越来越多，面临着有很多老年人安全管理的事情。然而老人院它是老年人活动、生活的一个非常重要的场地，于是，对于老人院老年人的安全管理方面的问题，已经成为了社会越来越关注的问题。针对目前敬老院等大型的公共场所等对于人员的进出管理与智能化区域、定位精确定位、求助报警的需求，目前，市场上有着各种不同类别的解决方案，从开始的GPS定位的管理，手机定位管理，到后来无源RFID、有源RFID无线射频管理的系统，都是不同程度的对老人院老年人管理的水平有所提高，对老年人的安全问题得到了一些有效的解决，但是依旧还存在很多问题。比如，老人的精确定位的问题，是需要定位到每个房间，老年人无意识的跌倒或者求助报警问题等，以上的系统都是没有办法解决。这些问题的存在，结合了我们公司的半有源RFID技术的优势，我公司还特意开发了这套系统“基于半有源RFID射频识别技术的老人院人员区域定位的管理系统”。这个方案，是为了上海宝山区某老人院量身定制的，很好的解决了人员自动化进出的判断管理，人员的精确定位、区域性定位管理，跌倒求助报警等一些功能的需求。这个系统还能实现智能监控管理，人员的越界报警、信息资料管理、按钮求助报警、追踪等功能。大大的提升了对于老年人安全管理水平。

第二部分半有源RFID技术的介绍

一、RFID技术的具体简介
RFID射频识别技术它是一种通过射频信号的自动识别目标对象并且获取相关数据的非接触式的自动识别技术。从概念上来讲，RFID和条码扫描类似，条码扫描技术它是将已编码的条形码附着于目标物并且使用专用的扫描读写器利用光电信号将信息由条形磁传送到了扫描读写器;而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID单元，利用RF信号将信息由RFID单元传送至RFID读写器。

目前，RFID技术中所衍生的产品大概应有有三大类：有无源RFID产品和有源RFID产品与半有源RFID产品。无源RFID产品发展是最早的，它也是目前发展最成熟的，市场上应用非常广的产品。比如，公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、二代身份证等，这个是在我们的日常生活中随处可见的，是属于近距离的接触式识别类。产品的主要工作的频率有低频125KHZ、高频13.56MHZ和超高频433MHZ和超高频915MHZ。

有源RFID产品，它是最近几年慢慢发展起来的，它的远距离自动识别的特性，决定了其巨大的应用空间与市场潜质。目前，在远距离自动识别的领域，如智能监狱，智能医院，智能停车场，智能交通，智慧城市，智慧地球以及物联网等领域有重大应用。有源RFID在这领域异军突起，是属于远距离自动识别类。产品主要的工作频率有超高频915MHZ，微波2.45GHZ。
　
有源RFID产品与无源RFID产品，它们不同的特性，决定了不同的应用领域与不同的应用模式，也有着各自的优势所在。但在本系统中，我们着重介绍介于有源RFID和无源RFID之间的半有源RFID产品，这个产品集有源RFID与无源RFID的优势于一体，在门禁进出的管理，人员精确定位，区域定位管理，周界管理，电子围栏以及安防报警等领域都有着很大的优势。

二、半有源RFID技术的简介

半有源RFID的产品，结合了有源RFID产品和无源RFID产品的优势，在低频125KHZ频率的触发之下，让微波2.45G发挥优势。半有源RFID技术可以叫做低频激活触发技术，利用低频的近距离精确定位，微波远距离识别与上传数据，用来解决单纯的有源RFID与无源RFID没有办法实现的功能。简单的说，就是近距离激活的定位，远距离识别以及上传数据。真正做到了“运筹帷幄之中，决胜千里之外”大将风范。　

三、半有源RFID技术特点和优势

半有源RFID它是一项易于操控、简单实用并且特别适合用于自动化控制的灵活性应用的技术，识别工作无须人工的干预，它既可以支持只读工作模式也可以支持读写工作模式，并且无需接触或是瞄准;　可在各种恶劣环境下自由的工作，短距离射频产品是不怕油渍、灰尘污染等非常恶劣的环境，可替代条码，比如用在工厂的流水线上面的跟踪物体;长距射频产品多用于交通上面，识别的距离可达到几十米，比如自动收费或者是识别车辆身份等。它所具备的独特优越性是其它识别技术无法企及的，主要是以下几个方面：　
、
1)、半有源RFID特点

　　读取方便快捷：

　　数据的读取是不需要光源的，甚至是可以透过外包装来进行的。有效识别的距离更大，有效识别距离可以达到30米以上;

　识别速度快：

　　终端一进入磁场，解读器就可以即时的读取其中的信息，而且可以同时处理多个终端，实现大批量识别;

　　数据容量大：

　　数据的容量最大的二维条形码(PDF417)，最多只能存储2725个数字;如果包含字母，存储量就会更少;RFID终端就可以根据用户的需要来扩充到数十K;

使用寿命长，应用范围广：

　　它的无线电通信方式，使之在粉尘、油污等高污染环境与放射性环境中，工作人员是不必身在其中就可进行工作的。终端的封闭式包装使寿命大大超过了印刷的条形码;

标签数据可以动态更改：

　　利用编程器可写入数据，从而赋予了RFID标签交互式便携数据文件的功能，且写入时间比打印条形码更少;

　　更好的安全性：不仅可以嵌入或是附着在不同形状、类型的产品上，还可以为终端数据的读写设置密码保护，因此具有更高的安全性;

　　动态实时通信：

　　终端以每秒50～100次的频率和解读器进行通信，只要RFID终端所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可对位置进行动态的追踪与监控。

　　2)、半有源RFID优势

　　相对有源RFID产品：

　　半有源RFID产品做人员定位的管理，定位精度更精确，可以定位到每个房间;

　　做到了相同定位精度，半有源RFID产品的成本要少很多，到达了相同的效果，成本基本为有源RFID产品一半;

半有源RFID产品的识别距离误差更小，大概为10cm，而有源RFID，只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标签平时是处于休眠状态的，不耗电，很省电的，电池可用5年，而有源RFID标签，平时会不断的发送信号，要耗电很多。

相对GPS卫星定位：

　　半有源RFID产品的定位，可精确定位到每栋楼的每个房间，而GPS定位，只到城市的某个区域某条街道某个小区或某栋楼。

　　相对于手机区域的定位：

　　半有源RFID产品定位，可精确定位到每栋楼的每个房间，而手机定位，只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，无论从经济成本上面，还是定位精度和效果上面，半有源RFID技术产品都是有其独特的优势所在，是我们最初选择半有源RFID技术作为公司核心技术的缘由。

第三部分半有源RFID系统的总体介绍

　　一、系统原理

APS实时定位追踪系统是通过RFID(电子标签)的应用，用电子标签作为了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、有效的通讯距离长等特点，是替代条形码、红外线标识最佳的选择。把它安装在受控目标上，作为目标的唯一标识进行追踪与定位。

工作时，管理人员通过联网的无线识别基站追踪与定位目标。

　　1)半有源RFID电子标签

　　半有源RFID电子标签是集成了有源RFID电子标签与无源RFID电子标签的优势，作为了一种特殊的标示物。在平时情况，是处于休眠状态不工作的，不会向外界发出RFID信号，只有在进入低频激活器的激活信号范围的时候，标签被激活以后，才开始工作的。

　2)半有源RFID自动识别的工作原理

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

　　3)区域定位原理

　　示意图：

如上图所示，我们采用的是RFID半有源技术做人员区域定位管理，在每个被监控区域中，比如每个房间，安装上半有源定位基站，即是我们公司低频激活器，每个低频激活器带有4路或6路激活天线，相邻的4个或6个房间可共用一台低频激活器，在整个我们的定位系统当中，定位基站就是最小的基点，作为了定位点的最近本的基点，它的激活标签的距离在3-3.5米，就是每一个标签在激活器3-3.5米的范围被激活，它的定位精度可以描述为3-3.5米。不相同区域的激活器，都有着自己唯一的地址码，当人员带着半有源低频激活标签进入了定位基站被激活以后，标签正常工作，向外界发送标签ID号，同时发送出激活标签的激活器的地址码，这样，通过激活器地址码，我们就可以定位出标签所在的位置。当标签从一个激活器拿到另一个位置上的时候，上传上来的激活器地址码也会随之变化的，这样，形成了完整的定位体系。标签上传的数据，被大范围的定位基站网关接收到，把信息上传到管理中心进行处理，因此完成了整个定位系统。　二、系统的总体结构

　　1)系统组成与架构

　　基于半有源RFID技术的人员区域定位管理系统是由半有源RFID电子标签、半有源低频激活器、读写器、网络设备、计算机、服务器与系统软件组成的。下图是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，我们给每个需要管理的门禁安装一台低频激活器，每台激活器引出了2路低频激活天线，分别是1号天线和2号天线，各自布置在门禁的外面与里面，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，作为信号的接收器。

　当人员佩戴着半有源RFID低频激活标签进入门禁的时候，依次被激活天线1号与激活天线2号激活，这样系统就会判断出人员进入门禁，相反，则系统辨识为出门时候。就完成了整个门禁系统人员进出判断的管理。

4)设备隐蔽安装

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

三、系统的功能

　　实时把控区域目标动态显示功能：

　　1) 任何一时间查询并且显示受控区域目标的数量、分布情况以及身份;

　　2) 查询一个或是多个受控目标现在的实际位置;

　3) 可以实现信息多点共享，供多个部门和领导同时在不同地点查看;

　　丰富的地图功能：

　　具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功能。

　　禁区报警功能：

　　对于指定的禁区，如果有非授权的进入，实时报警，并且显示进入禁区的目标和身份。

目标轨迹查询：

　　可以查找某目标在某个时间段内所经历的路径，并且在图中画出线路轨迹。

　　丰富了受控目标的考勤能力：

　　可以对出入布控区域的目标进行统计，实现了目标的考勤记录，建立目标的各个信息报表(如：时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等)

突发事件控制：

　　一旦有突发事件，上位机上立即可以显示出该现场的目标数量、信息，位置跟历史情况等信息，大大的提高安全管理工作的效率与效果。

　　四、系统性能特点

　　强大的系统处理的能力：

　　1) 高度自动化;

　　2) 基于GIS技术的地理信息显示和查询系统;

　　3) 它具有完善的数据分析能力;

　卓越的识别性能：

　　1) 高度可靠性的识别，100%的前端识别率;

　　2) 识别距离远;

　　3) 极高的防冲突性;

　　4) 高度稳定性的识别;

　　5) 识别速度特别快。

现场优势：

　　1) 环境适应性：高抗干扰性，对干扰源、周界环境无特殊的要求;

　　2) 安装方便性：一体化结构设计，无需外接天线;

　　3) 运行可靠性：内部电路高度的集成化，器件故障率的最小化。

　1) 超低功耗：纳瓦级超低功耗的设计，RFID标签在不换电池的情况下可以连续正常工作3年以上;

　　2) 方便性、安全性，标签不须要外接电源，无须充电、无须更换电池;

　　3) 无辐射，对人体跟环境没有任何影响，更安全更健康。

　　电气特性：

系统硬件设计：

　　1、工控频段

　　采用2.4G 工控频段无线通讯不需要无线电管制委员会批准，不需要缴纳频谱占用费用。

　　2、超低功耗

　　RFID标签采用的是独特的纳瓦级超低功耗设计，确保能在电池的支持下持续工作长达 3～5 年时间左右。同时，整体结构的低功耗设计保证了设备的有效运转，又减少了应用实施的复杂性与成本。

　　3、网络容量大

　　一个区域定位网络可以容纳多达六万余的RFID识别目标和大量的接入点。大容量保证了网络强大的数据采集的能力。同时，网络的高冗余性保证了整个网络在个别节点停止工作的情况下仍可以正常运转。

4、高可靠性

　　APS实时定位系统核心技术目前采用独有定位算法，实现网络自唤醒，自容错，自愈合。

　　5、运行与维护成本很低

　APS所有硬件设备均采用的是免维护设计，建设与维护所需要的人工费用是很低的，任何一个经过授权的RFID标签只要放在网络的无线信号覆盖范围之内，就能自动加入网络工作，不需要任何安装的配置。高度智能化最大程度上降低了网络维护所需的人力与时间，加上网络节点本身价格比较低廉，使得系统的维护的成本极低。

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