基于RFID技术的博物馆人员及文物管理系统的设计

   一 、引言 

    RFID 是射频识别技术英文(Radio Frequency Identification)的缩写，射射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID的最基本的系统由四部分组成： 

    （1）标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象； 
    （2）读写器(Reader)：读取和写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式； 
    （3）天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号； 
    （4）应用软件；  

    RFID 技术的工作原理是读写器发射一特定频率的无线电波能量给标签，用以驱动标签电路将内部的数据送出，此时读写器便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。RFID可无线读写，具有识别距离远，数据可加密、存储信息可更改、 识别快速、准确，可同时识别多个标签等优点。 近几年RFID的应用越来越受到人们的重视，RFID在博物馆人员和馆藏文物综合管理系统中以RFID 电子标签为媒介，实现对博物馆人员和馆藏文物的电子化、数字化管理。系统要求能够及时、准确的将各个区域文物的动态情况反映到计算机系统，使管理人员能够随时掌握每个文物的分布状况，及时采取相应的监控管理措施。 

    二、 系统技术实现的分析 

    RFID在博物馆管理系统中的应用目标是在博物馆管理体系中建立一条基于RFID技术的快速通道，实现馆藏文物的高效管理，经过对目前RFID技术相关主流产品的技术特点（本系统所选设备为kenetics产品），及博物馆工作人员和馆藏文物管理系统的应用情况进行分析，本系统设计连接图如下： 

图1 系统设计连接图 

    1. 人员门禁自动登录系统 

    系统由EzScan-LRM读写器、EzMultix-Gates天线和一个通讯模块组成，构成了一个无障碍通道式门禁，当人员通过感应通道时，系统会自动识别出来人员携带的通行证件（电子标签），如果没有证件或证件不合法的人通过，系统也可以通过红外探测等方式检测出来，并传出报警信息。系统通过通讯模块，把人员通过记录传送到后台数据库中。此通道同时也是文物标签的安全检测门禁，未正常出库的文物通过，即有报警声光提示。如下图： 

图2 传输过程图 

    2. 移动识别系统 

    移动识别系统是由一台笔记本电脑和手持设备终端组成，HH-MR2专用馆藏点验手持机的强大识读电子标签的能力，可以快速准确的完成识别任务。对于普通文物，通过移动识别系统，能快速的清点、统计文物，提高工作效率。 

    3. 实时监控系统 

    通过EzScan-LR读写器加上多个EzAnt-EvalBB天线，在文物储藏柜中，实现对文物电子标签的实时扫描。如果文物被拿出扫描感应区，系统就会自动报警。对部分贵重文物的藏柜，进行24小时不间断的扫描。发现异常，自动报警。这里对于密集架天线的防屏蔽与防相互干扰设计是系统难点与创新点。应用了科耐特斯独家产品EZSCAN-LR和一分八功率分配器MUX-HF. 

图4 

    4. 出入库清点系统  

    系统是由一台计算机和EzScanMR读写器组成的。负责办理馆藏文物的出入库手续，当文物需要办理出入库手续时，把文物放置在读写器上，系统自动读出文物编号，把出入库记录写入数据库，同时把出入库信息写入文物的电子标签内。如下图： 

图5 

    所有加装电子标签的文物在做完登记后，自动在数据库里建立起了电子标签和文物的唯一对应关系， 当文物没有办理出库手续，被携带出库房时，门禁系统会自动检测出未办理出库手续的文物，并发出报警信号。从而加强了文物的安全管理。通过对文物出入库登记，可以有效的跟踪所有文物的去向。 

 5. 后台管理 

    负责所有入库文物档案登记、工作人员证件制作登记，以及数据库的备份恢复等工作。后台管理实现三个功能：数据库管理、人员档案管理和文物档案管理。后台还可根据需要，查询文物的档案资料以及出入库等各项数据，并统计报表，完成总账。  

    三、系统硬件组成： 

    硬件系统由RFID标签、固定式/移动式读写器、桌面天线、以及通讯网络系统等组成。 

    1. RFID电子标签：根据博物馆的应用需要,及保护历史珍贵文物特性，选择采用世界通用的13.56Mhz高频的电子标签产品。分为文物标签，人员胸卡标签等。工作频率: 13.56 MHz、符合标准: ISO15693；快速数据传送: 达到 53 Kbit/s ；数据高度完整性: 16 bit CRC校验；超过10年的数据保持能力、擦写周期大于10万次；每个芯片具有不可改变的64 位唯一的序列标识符( UID )根据 ISO / IEC   15693- 3协议， 在生产过程期间已经被规划，而且以后不能被修改，保证了每个标签的唯一性；具有防冲突功能。 

    2. 读写器：用于识读及写入标签数据，分为固定式读写器和手动移动式读写器两类。固定式读写器有： 

    （1）多通道读写器（EzScan-LRM），内置同步发生器，采用多通道同步工作的防冲突专利技术，使用频率13.56MHz，内置4个RF天线输出，多个可编程控制I/O口，便于与已有系统的集成连接，完全可以由上位软件设置其工作参数，得到最佳工作状态。 
    （2）远距离读写器（EzScan-LR），内置1个RF天线输出，使用频率13.56MHz。 
    （3）中距离读写器（EzScan-MR），特殊的天线设计提高了读写器的整体性能，用电源适配器供电，也可以直接用PC机的PS/2端口的5V供电。 

    3. 此为了大大减少了硬件成本的投入。选择采用多路复用器：在最小的RF损失的情况下，扩展读写器输出天线的数量。标准的1输入，8输出口或16输出口，阵列式选择输出天线，软件设置输出地址并进行开关选择，多路切换共用RF同轴电缆进行控制，无需附加电缆，使用于一个读写器驱动多个天线的应用。 

    4. 固定式天线：天线是标签与读写器之间传输数据的发射、接收装置。有通道门式天线、桌面天线。 

    四、 系统软件组成 

    服务器操作系统软件：采用Windows Server 2003 Standard Edition中文版（数据服务器）作为网络操作系统； 工作站操作系统：所有工作站采用Windows XP操作系统；数据库软件：数据库软件采用的是MS SQL Server2000。系统流程图如下：  

    五、结束语  

     RFID技术在博物馆人员和馆藏文物管理系统中的应用，可以明显提高工作效率，充分体现数字化、电子化的管理。RFID自身的技术特点不可避免地存在对于金属和液体穿透力差的问题，所以在具体应用中需对天线进行调试。在使用中尽量避免周围金属或液体干扰。 

    上述设计思想和实现方案，同样适用于许多其他应用领域，包括图书馆管理、资产管理。不同RFID技术应用系统的差别主要体现在软件和设备的不同上。通过对不同系统的需求分析，结合RFID产品的技术特点，将RFID信息采集到后台管理系统，建立起完善的系统架构，便可实现各种不同需求。