玩具室人员及物品无线定位系统

　　一、 需求背景

　　玩具室面积约100多个平方，有两个进出门禁监控点建设，RFID标签有腕带式和电子胸卡两种供家长选择，要求电子标签无辐射、无过敏、舒适的特点求。实现如下功能：

　　1. 亲子定位系统功能：

　　1、实现大人、儿童的定位腕带标签关联;

　　2、大人通过关联标签可以通过自助查询终端对儿童进行定位、位置查询，地图显示位置;

　　3、佩戴腕带标签的儿童或大人离开定位区域系统告警;

　　4、儿童与家长不在同一个区域时系统告警。

　　2. 贵重物品防盗系统需求：

　　玩具室贵重玩具的定位、统计查询、及物品离开定位区域的系统报警等功能。

　　二、 使用流程介绍

　　玩具室定位系统的设计尽最大的努力考虑不更改儿童与大人的使用习惯，让操作尽量简单和通俗易懂。另外系统也将安全提高到第一位，包括儿童的安全、大人的提醒、物品的监控等方面。

图1 玩具室布局图

　　如图1所示，玩具室的长为20米，宽为15米，假设有20个玩具堆，商场大门及玩具室门口各安装有一个报警器，使用流程设计如下：

　　1. 前台登记

　　大人和儿童一块在前台进行登记，儿童不可以单独到玩具室活动。大人领取电子胸卡，儿童佩戴电子腕带，电子胸卡与儿童腕带是一对一配对的。

　　2. 玩耍定位

　　当儿童在玩具堆中玩耍时，大人可以通过咨询前台管理员查询到与自己绑定的儿童的位置，系统可以提示相应儿童的活动轨迹及最后所在的玩具堆号码，方便大人了解。

　　3. 系统报警

　　当儿童或大人携带电子产品单独离开玩具室时，系统会有报警提醒前台管理员，玩具室门口的声光报警器会告警提醒，另外大儿佩戴的胸卡也会有LED灯闪烁和声音提醒。当儿童和大人携带电子产品一起离开玩具室时，系统不会报警，当检测到离开大门时，系统报警。

　　4. 物品管理

　　儿童玩耍时会将玩具乱放，另外也有无意携带走玩具的情况，系统对贵重的玩具提供管理，管理员可以通过系统找到乱放的玩具，当玩具离开玩具室时，前台管理员会有报警信号，报警器会告警。

　　三、 系统介绍

图2 系统拓扑图

　　如图2所示，玩具室无线定位系统将人和物密切地联系起来，统一地在一个平台上进行管理和监督，为儿童营造一个快乐的乐园，为大人建造一个放心的场所，更方便管理员的管控。

　　1. 定位标签

图3 标签三视图

　　玩具室里每个玩具堆贴一个定位标签，标签里会记录玩具堆的位置信息。定位标签的三视图如图3所示。另外商场大门和玩具室门口处会贴三个定位标签，以确保人员通过时能进行准确无误地判断。

图4 大门进出管理

　　如图4所示，玩具室门贴有三个标签，当有儿童接近玩具室门大概1米左右时，三个标签判断确认儿童的位置，并确认是否有大人陪同，若没有的情况下，报警器2即会告警。当贵重物品接近玩具室时，当三个标签确认到贵重物品即将离开玩具室门时，报警器2也会告警。定位标签特性如表格1所示。

　　2. 大人胸卡

图5 大人胸卡

　　如图5所示，大人胸卡可以挂在脖子上，方便大人携带，胸卡上的字体和内容可以定制，方便商场宣传。胸卡的特性如表格2所示。

　　3. 儿童腕带

图6 儿童腕带

　　儿童腕带的效果图如图6所示，设计考虑小巧精致和安全防水等特点，最终的外观需要再与客户确认。腕带的设计参数如表格3所示。

　　4. 信号放大器

图7 信号放大器

　　如图7中所示，放大器的目的是为了增加信号覆盖范围，由于玩具室过大或内部布局较复杂，加上玩具堆和高峰期人数的影响，儿童玩耍的位置如果离接收主机太远，信号就没有办法发送成功，此时可以将信号发给放大器作为中转，放大器再将信号发给主机做处理。放大器的特性如表格4所示。

　　5. 主机

图8 主机三视图

　　一个玩具室配一个主机。主机通过所在的2.4G无线网络找到儿童腕带标签的具体位置后，给到电脑处理显示，主机的三视图如图8所示，主机特性如表格5所示。

　　四、 系统软件

　　1. 人员定位

图9 人员定位界面

　　如图9所示，主页面显示可以看出玩具堆中儿童与大人所在的位置分布，五角形代表儿童，三角形代表大人，系统会时时统计大人与儿童的人数。

图10 人员位置搜索

　　如图10所示，当管理员想搜索儿童的具体位置，可将该儿童的姓名(如李小明)或ID号输入然后点搜索，系统会将李小明小朋友经过的所有区域都体现出来，颜色深浅表示呆的时间的长短，系统会将李小明的活动轨迹连成一条线，并指向小明现在所在的位置，图中分析为15号玩具堆。

图11 非法离开报警

　　当标签非法离开时，系统提示报警，页面效果如图11所示，另外报警器会声光提醒。

　　2. 物品管理

图12 物品管理界面

　　如图12所示，物品管理页面会时刻显示玩具室里所有贵重玩具所在的位置，并进行数量统计。另外系统会提醒放错位置的玩具。

图13 物品搜索

　　如图13所示，与人员搜索类似，系统输入物品对应的ID号，系统会将该物品的具体信息列出，图中信息说明28号变形金刚应该从8号堆拿到1号堆中。

　　贵重物品被带走的情况与人员标签非法离开的现象是一致的。

　　3. 发卡设置

　　图14 发卡设置界面

　　发卡设置如图14所示，对管理员进行发卡，统一人员管理。

　　五、 优势亮点

图15 玩具室定位系统

　　1. 无布线省力

　　系统采用2.4G无线组网通讯，充分保证了安装的便携性和后续维护的方便，定位标签小巧轻便，不受玩具堆位置的影响，直接黏贴即可使用，使用时间达到2年以上。

　　2. 供电安全

　　定位标签、儿童腕带、大人胸卡全都采用电池供电，系统将安全放在第一位，考虑到玩具室是儿童最多的地方，所以尽量减少220V供电，特别是在玩具堆中。

　　3. 去死角识别

　　由于2.4G无线信号是以球面波的方式发送出去，这样对安装在玩具堆和门口的定位标签的安装方向没有特殊要求，不管儿童是以哪个方向通过玩具堆或门口，都能被系统识别。

　　4. 辐射影响小

　　无源标签工作时需要主机提供能量，所以对主机的无线信号发射功率相对要求较高，当无线信号功率达到一定值时会对人体有危害。相对无源标签，有源标签可自身提供能量，这样主机和标签的发射功率可以做得很小，是手机辐射的十分之一左右。

　　5. 工作时间长

　　定位标签用到的是低数据量、低功耗的无线技术，休眠功耗为uA级别，这样定位标签可以长时间工作，工作时间可以长达2年以上。