RFID校园出入管理解决方案

1、前言

随着社会的发展，人们的工作越来越繁忙，而对子女的照顾却显得越来越力不从心。在无法接送孩子上下学的情况下，子女上学和放学的安全牵动着每一个学生家长的心，如果能够做到学生到校报声平安、离校也告知家长，无疑会使家长避免一整天的牵挂，也有利于家长了解孩子到校离校的确切时间，而且了解自己孩子在校的学习和生活情况也成是每个家长迫切的需要。同时作为一个现代化的学校，学生的管理和学校本身的信息化发展水平也成为衡量一个学校全方位发展水平的重要因素，更是学校形象的体现。

针对校园管理及家长的关切，成都阿艾夫通信公司开发基于RFID射频技术的校园出入管理的“学护通”系统，它开创性地将现代化的移动通信技术、互联网技术、WAP技术和RFID无线识别技术等融合一起应用校园,为家庭和学校架起一座空中桥梁，为其提供方便快捷的沟通平台，有着快捷、方便的特点，交流起来无拘无束，畅所欲言，深受家长和教师的欢迎。

“学护通”系统把学校教育和家庭教育紧密连接在一起，及时地把学生到、离校的安全信息反馈给学校管理者或家长，加强对学生安全跟踪与管理，同时系统也提升校园管理水平与效率。

“学护通”的应用增进家长和老师之间的感情，密切学校与家庭的联系，完善学校的管理，接受家长的监督，提高教学质量。通过此平台教师可以和家长建立起紧密地联系，家长可以通过此平台对教师的教学提出意见或建议，推动学校家校合作工作成效的全面提升。

2、学护通应用现状

2.1学护通原理

学护通系统是为提高校园的安全水平、实现对学生出入校园信息的自动化采集，进而实现对学生出入校园的自动化、无障碍考勤，提升校园的管理水平与效率。它借助现代化的通信网络、2.4G射频技术、计算机网络等手段实现信息的远程采集与分析，具有读取距离远、防冲突性高、数据读取准等特点，极大的方便孩子进出校园，又能实时采集孩子进出校园的信息，实时的反馈给学校管理人员或家长，加强学校或家长对孩子安全的跟踪与关爱。

2.4G射频技术识别距离远，学生携带卡经过校门就能自动打卡，无需排队，极大的方便学生进出校园考勤，防止因放学或上学排队打卡出现拥挤踩踏事件。另外，还可以通过系统设置，将学生到校及离校的信息发到家长的手机上，让家长及时掌握学生到（离）校的动态信息，加强对孩子的安全监管。

2.2射频技术概念

射频识别技术(RFID)是自动识别技术在无线电技术方面的具体应用与发展。该项技术的基本思想是，通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备 (人员、物品) 在不同状态(移动、静止或恶劣环境)下的自动识别和管理。经过十几年的发展，RFID技术已在各行各业得到了广泛的不同程度的应用。

RFID 标签依据发送射频信号的方式不同，分为主动式（有源）和被动式（无源）两种。主动式电子标签主动向读写器发送射频信号，通常由内置电池供电，又称为有源电子标签；被动式标签不带电池，又称为无源电子标签，其发射电波及内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。

根据工作频率的不同，RFID系统可分为低频和高频系统。

低频系统一般指其工作频率小于30MHz的系统。其基本特点是：标签成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短(典型阅读距离为10cm)、射频卡外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)、阅读天线方向性不强等。低频系统多用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪。

高频系统一般指工作频率大于400MHz的系统。高频系统的基本特点是标签及读写器成本均较高、卡内保存的数据量较大、阅读距离较远(可达几十米)、适应物体高速运动性能好、阅读天线及射频卡天线均有较强的方向性。高频系统多应用于需要较长的读写距离和高的读写速度的场合，像停车场管理，人员定位等系统。

成都阿艾夫通信有限公司的RFID产品主要工作频率为2.45GHz的高频主动式（有源）RFID产品。阿艾夫“学护通”管理系统除了使用2.45G有源RFID技术以外，还使用125K低频触发技术。该技术确保100%的读取标签ID！100%的进行正确的进出判断！从而使得阿艾夫学护通系统，能准确的判别学生出入校园的精准状态。

2.3阅读及识别方式

目前在校园人员管理系统中，阅读器读取和识别射频卡主要有三种方式：近距离人工刷卡、远距离被动识别和远距离主动识别。在系统集成中，这是一个非常重要的问题，因为识别方式的选择将直接影响到系统的读取率和便利性。

近距离人工刷卡方式主要是针对较早以前高频和低频阅读设备（比如公交卡，门禁卡等）的应用，由于其阅读范围大致为离开阅读器20cm之内，佩戴射频卡的人员必须上前靠近阅读器才能被读取。这种方式尽管可以保证100％的读取率并且成本低廉，但由于其需要逐个扫描，在上学和放学的高峰期会形成校门口拥挤现象，容易引发安全事故。目前这种工作方式已被淘汰。

远距离被动识别方式主要超高频（433M，868M，915M等）阅读设备和无源射频卡的应用，其阅读范围可以达到10米左右，可以解决近距离人工刷卡方式的需要逐个扫描的问题。一些设计的比较好的设备能够支持多达50个射频卡的同时读取，可以大大增加人员通行速度，无需排队进出校门。但这种方式仍然存在很多应用上的问题。第一，无源射频卡不能被人体和金属物遮挡，这个就需要学生在进出校时不能背对阅读器天线位置，并且射频卡不能紧贴人体和放置在书包内；第二，人员大流量出入时，漏读现象严重，无法有效读取学生信息；第三，识别判断能力差，误别情况严重，无法对学生到离校进行有效的判别。此类产品这些缺陷导致此类技术无法应用于家校通领域。

远距离主动识别方式（主要是2.4-2.48G频段），是目前应用最成功，最受各地学校师生、家长欢迎的一种识别方式。这种识别方式不仅距离极远，可以在50米的范围内轻松读取（空气中能够稳定80米读取），还能支持多达200个射频卡的同时读取，最重要的是能够克服人体、金属等遮挡，甚至上百个学生一起进出依然保证100％的读取。其他详细技术指标比较列表如下：

比较项目 阿艾夫 蓝牙 802.11b (Wi-Fi) 传统数传电台

单点覆盖距离 80米 10 米 50 米 可达 16 公里

网络扩展性 自动扩展 无 无 无

电池寿命 5年 数天 数小时 数小时 - 数天

复杂性 简单 复杂 非常复杂 复杂

传输速率 1Mbps 1 Mbps 1 to 11 Mbps 一般为 19.2Kbps

频段 2.4GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 400Mhz-2.4GHz

网络节点数 65000 8 50 无

时延 仅 30 毫秒 高达 10 秒 3 秒

终端设备费用 低 低 高 高

网络使用费 无 无 无

安全性 128 bit AES 或由用户定义 64bit,128bit Authentication Service Set ID(SSID) 无

集成度和可靠性 高 高 一般 低

使用成本 低 低 高 高

安装使用 非常简单 一般 难 难

3、方案设计

3.1设计原则：

针对学生早上入校及下午离校都比较集中，人数多，就需要RFID系统具有较高的防冲突性，不能漏卡，确保标签ID的100%准确采集，100%的正确的进出判断，从而发挥学护通的系统平台价值。

（1）实用性和易用性 系统建设始终贯彻面向应用，注重实效的方针，坚持以客户需求为核心，注重数据流的自动处理和分析；同时，采取图形化用户界面（GUI），贴近用户使用习惯，设计清晰简洁，使用方便、直观，降低了人员的培训、磨合成本；

（2）先进性和成熟性

系统设计采用先进的概念、技术和方法，同时注意结构、设备、工具的相对成熟，使系统具有较大的发展潜力；

（3）开放性和标准性

为满足系统所选用的技术和设备的协同运行能力，系统尽量使用标准化的通讯方式，并将软件接口及协议公开，允许其他应用软件的接入、调用，从而使系统具有开放性；

（4）可扩展性和易维护性

为适应校园的不断变化，系统可方便地扩展设备数量；设备的安装使用也尽量简便，便于维护。

（5）可靠性和稳定性

在考虑技术先进性和开放性的同时，从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、技术支持及维修能力等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间。

3.2设计方案

学护通基本原理：首先，在校门的内外两侧分别安装125K低频激励器，这样在校门内外两侧就形成了两块信号覆盖区。其次，每个学生携带一枚2.4G+125K双频标签（可用做电子学生证），当学生佩戴的电子标签走近校门口的低频激励器覆盖区，这时2.4G标签被125K低频激励器唤醒并发送数据，布置在校门的阅读器可以收到标签数据，并显示标签到达了大门外侧区域。同理学生进入大门内侧触发区，则会被布置在内侧的低频激励器唤醒并进行数据发送，阅读器收到标签数据，该数据能显示到达内侧区域。上述数据通过阅读器读取，传送至硬件中间件完成进出的判断，最后硬件中间件将带有确定进出判定的结果和ID数据传送到服务器，系统根据这些判定启动短信平台，进行平安短信的发送。

另外，利用系统的短信和网络平台，班主任可将每个学生的在校学习和生活情况等定时或不定时的集中或单独发送至家长的手机和电子邮箱，免去老师逐一通知或家长缺席家长会等情况而产生的各种交流屏障，方便快捷。

原理框架图

3.3到离校系统原理

成都阿艾夫针对校园人员管理系统的建设要求，设计的系统是由数据中心、阅读器、学生卡、校门内外侧低频激励器、后台管理系统组成。

1. 在校园门口内侧、外侧需要触发标签的区域安装一定数量的触发器，触发唤醒器的数量由所需覆盖的范围和定位精度决定；

2. 将每一个阅读器通过以太网连接到后台定位服务器，构成无线定位网络；

3. 将人员电子标签分配给学生，“标签”与“人”之间建立一一对应关系；

4. 在服务器中安装并运行定位软件，定位数据可直接写到数据库中，或集成到其它系统中。

系统方案示意图如下：

为判断进出，低频激励器之间要求间隔距离在5米以上。为保证数据的准确接收，建议内外侧各安装一台阅读器进行数据接收。

学生进出校门时必须带卡，进入校门外触发区时，标签开始工作发出射频，首先被阅读器识别到，标签离开校门外触发区同时停止工作。当学生通过校门，到达校门内触发区，标签再次工作，又被阅读器识别到。

硬件中间件在接收到数据后，进行数据判断，判断标签是在校、离校或者是无法判断。然后通过TCP/IP方式发送给相应的后台管理系统，由后台管理系统控制的短信平台给该学生家长发送短信。

离校的情况和进校过程类似。。

3.4系统优势

1) 完美的100%读取功能

由于高峰期学生进出校门人数较多并且存在一定的遮挡，导致电子标签集中发射，阅读器存在一定的读取冲突。但加入了触发机制后，当标签不在触发区内，标签不进行2.4G的发射，大大降低了并发标签的数量，加强了防冲突性，同时提高了阅读器标签数据分发信息的能力。

2) 完美的100%进出识别判断功能

单纯的2.45G技术，实现精确的标签进出判断，通道管理有一定的困难，结合激励技术，通过校门内外两个独立的激励区，就可以很明确的判断出标签的进出方向。地面激励器触发标签时会把自己的ID发给标签，再通过2.4G把信息传递给阅读器。

3) 卓越的识别性能

100%完美的识别判断；

灵敏的识别能力（可读取时速200公里的标签，识别距离可达80米）

超强的防冲突性（每个检测点可最多同时识别100个人员）；

高度稳定的识别能力（误码率小于千万分之一）；

迅捷的识别速度（最快识别速度可达100张/秒）

快速的数据传输（空中传输速率可达1M）

4) 现场优势

环境适应性：高抗干扰性，对外界干扰源、周界环境无特殊要求；

安装方便性：传感器一体化结构设计，无需外接天线或地感；

运行可靠性：内部电路高度集成化，器件故障率最小化。

便捷型调试：分布触发器后，无需大费周折的调节阅读器的方向、衰减。

5) 电气特性

超低功耗，无线标签在不更换电池的情况下可连续正常工作5年以上；

方便性、安全性，标签无须充电、无须更换电池；

无辐射，对人体和环境无任何影响，更安全更健康。

4、系统硬件介绍

学护通系统主要硬件有：

学护通阅读器

125K低频激励器

2.4G卡式激励标签

4.1低频激励器

125K低频激励器

1) 技术参数

工作频率：125KHz

调制方式： OOK

空中速率： 2Kbps

数据编码： Manchester

工作电压： 16 V ~ 24V

工作电流： 20 0mA ~ 500mA

工作温度： -40°C ~ +85°

存储温度： -50°C ~ +125°

尺寸： 198 mm X 119mm 75 mm

2) 主要特性与益处

特性 益处

激励范围内单点定位 精确判断进出校园状态

激励范围内激活2.4G卡 不在激励范围2.4G休眠状态，环保，低功耗

4.2 学护通阅读器

学护通阅读器主要是采集标签 的ID信息，并将信息上传至服务器。能一次同时读取200张以上电子标签，防冲突性能杰出，读写距离3～80米可调，能准确读取移动速度100KM/H以上速度移动的电子标签。

2.4G阅读器

1) 主要技术参数

? 频率：2.40 GHz ~2.483GHz

空中速率：1Mbps

调制模式：GFSK

射频识别距离：3m~80m

识别速度：100Km/h

通讯接口：RS232、RJ45

射频功率：<1mW

输入电压：DC 7.5V～18V

最大工作电流：<150mA

最大功耗：1.8W

工作温度：-20 ℃～+65 ℃

存储温度：-40 ℃～+85 ℃

尺寸：164mm x 139mm x 40mm

重量：0.5Kg

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2) 主要特性与益处

特性 益处

100标签/秒的识别速度 可识别快速移动的人或物

200个标签同时读取能力 能识别大批目标人物的同时进出

实时操作系统 满足工业可靠性和鲁棒性

输出功率可调 可根据不同应用要求灵活调整识别距离（3～80米）

最远80米的识别距离 方便远距离识别

2.45G微波工作频段 数据传输速度高，距离远，功耗低

4.3 2.4G卡式激励标签

外部有125KHz激励信号时被唤醒，唤醒后2.4GHz发送ID信息和收到的激励信息，无激励信号时处于休眠状态，功耗极低。

1) 主要技术参数

工作频段：125K，2.4～2.4835 GHz

调制方式：OOK，GFSK

协议：RFC 自定义

防冲突性能：100标签/秒

激活距离：3～5米

通信距离：0～120米

工作电压：3.0V

待机电流：<8uA （标签放置于125K场外）

平均工作电流：<16uA（125K场内，2秒/次激活）

工作温度：-40 ℃～85 ℃

存储温度：-40℃～125℃

重量：1.3g

2) 主要特性与益处

特性 益处

最远80米的识别距离 自动识别、追踪、定位、收集，无需人工干预

2.45G微波工作频段 数据传输速度高，距离远，功耗低

125K与2.4G互融 无低频激励下，2.4G处于休眠状态，环保、低功耗

100个/秒的识别速度 可用于识别高速运动物品，200Km/h 以下

200个标签同时读取 大量目标物品可以被几乎同时读取和处理

4-5年的使用寿命 可以长期使用，超过设备投资回收期，无需更换电池

低成本 对于大量物品或人员的应用方案成为可行

5、学护通系统施工要求

5.1 配套材料

学护通施工，根据学校现场场景的勘察，设计相关的方案，不同学校的需要的配套材料略有差别，但多半学校存在共性的特点，需要配套材料是一致，具体材料如下：

天线、馈线：2.4GHz天线，2.4GHz馈线

标准PVC20mm管

防水胶带

阅读器：学护通阅读器RW24MP00

激励器：125K低频激励器

电源：DC 12V

标签：2.4G卡式激励标签

电工箱

不锈钢管支架

工控机或工作站一台

5.2硬件安装

5.2.1需要安装硬件

学护通需要安装的硬件有以下几样：

学护通阅读器

125K低频激励器

天线

PC服务器或工控机

5.2.2 学护通阅读器接口介绍

学护通阅读器（以下简称阅读器）的SMA接口如图所示， 接口0、1、2、3均可接天线。

5.2.3 PC服务器基本配置

学护通服务器配置要求不高，一般pc机就能满足要求，具体要求如下：

操作系统：WINDOWS XP/7

处理器 INTEL 奔腾E160或同级别AMD处理器

内存：1G

硬盘：80G

显卡：32M以上WINDOWS兼容

其他：PC机需具有串口和网口功能

5.3 激励器安装方式

激励器需要安装两组，同组中激励器相互由电缆连接，将激励器安装于校门两侧，并埋于地下。如下图：

注意：

激励器埋于地下，在充分抗压的情况下尽量靠近地面。

两组激励器间距8-10米

同组激励器间距2-4米，具体长度根据实效调整。

同组中连接激励器的电缆长度不超过15米。

激励器旁不能有大块的金属

5.4 阅读器天线安装

阅读器天线需离地高于2米的要求安装。天线要靠近两边的激励器，原则是天线接收信号区域覆盖激励器信号区域。建议安装在校门口传达室的墙上。如图所示：

5.6 天线安装注意事项

户外安装需确保采用的天线具有防水、防尘、抗紫外线等基本防护功能，所有接头部分确保施工过程中采用防水保护措施。

天线的安装高度应大于2米。为保证信号品质，建议从指定厂家采购对应型号的线材和连接器。

阅读器的可读写距离可达80米，必要时可调整阅读器接收灵敏度，避免读取到指定范围外的标签信息造成误判。

天线轴线与水平面呈45度角，可以根据现场情况对角度进行微调。

设备安装后，不可使校门通道或消防通道变窄；不能降低在发生意外情况时学生紧急疏散的速度；不能妨碍消防车、救护车等特种车辆正常通过

6、系统运行和售后服务保障

6.1本系统提供了多种保障运行措施：

• 供电电源电压变化范围在6～12V；频率变化范围在2.4～2.48GHz(全范围)之内系统均可正常工作。

• 该系统具有防水、防爆、耐盐雾、抗风沙、防尘等性能，适应室外恶劣条件下不间断工作，系统能够适应环境温度为-20℃～＋80℃,在国内北方南方大部分高温和低温地区都能可靠运行。

• 系统中使用的电子设备内部漏电及短路保护装置、避雷装置、熔断装置均符合国家有关电气安全标准要求。

• 系统具有自诊断、自恢复功能；对于设备断电后重新来电，系统能自动启动运行并自动加载已设定的工作参数。射频卡电量不足时能够自动报警。

6.2售后服务的形式

1) 电话咨询及追踪服务

我公司提供每周5天，每天8小时不间断的电话支持服务。

2) 现场响应

自收到客户服务请求起二十四小时内，若以上服务形式不能解决问题，公司将派技术人员到现场进行故障处理。

3) 选案期内的承诺

在选案期内，我公司郑重承诺，对用户提出的任何与本方案书的项目有关的问题，将及时作出答复，并按照方案书的要求，免费为用户提供文件，资料及强有力的技术和服务支持。

6.3售后服务的内容

1) 技术培训

技术培训工作的好坏，直接关系到客户是否能够熟练掌握和使用整个系统，因此我公司非常重视培训工作。合同签定后，我公司将组织有关人员确定培训实施方案及内容，对客户进行技术培训。培训内容包括：系统操作使用；设备维护保养。为了提高培训质量，公司将选派有2年以上系统使用、维护和安装调试经验的善于表达的技术人员作为培训教师。

2) 技术资料移交及存盘

在系统正常投入运行后，我们公司将由专业人员编写和整理出相应的技术文件资料，供客户作为原始技术档案保留。

3) 测试与验收

1、我公司将严格按照有关技术标准和规范，以合同为依据，积极配合和接受代理商的严格的测试和工程验收。我公司协助服务商对最终客户中的三个点进行现场系统试运行和验收；

2、当我公司为服务商进行的现场系统试运行和验收超过三个点时，原则上仅进行远程电话支持和EMAIL服务；

3、系统试运行周期为15天，验收周期为3天；

4) 免费升级服务

我公司将长期为代理商提供免费得软件升级和优化服务。

6.4保修服务的承诺

我公司将以合同为依据，以原厂商规定的服务承诺为基础，对所售的产品和承担的工程承诺相应的免费保修。保修期间，负责维修和备件的免费更换；保修期外，继续承诺整个工程的维修保养，功能升级等一系列收费服务（保修期为设备投入运行一年内）。

我公司专业工程师负责系统的维护工作。若系统出现故障，24小时内响应，48小时内完成专业维护。

售后一年内免费保修，以后每半年进行一次免费系统维护。保修期满后我公司仍负责系统的终身维修工作，只收取工本费。

服务商系统操作人员在使用过程中无论保时出现任何异常情况，均可即时与我公司技术工程师联系，我公司负责24小时电话技术支持。