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浅谈 RFID 技术在高校食堂管理中的应用
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高校食堂管理是高校管理工作的重要组成部分，也是实现高校一体化管理的重要组成部分，为了在现有食堂管理系统基础上，进一步提高高校食堂的安全综合管理水平，笔者提出了把射频识别技术RFID应用于高校食堂管理中的构想，并简要设计出基于RFID技术的食堂管理系统，将给高校食堂管理带来极大便利。
1 RFID概述
RFID 的全称是Radio Frequency Identification，即无线射频识别，这是一种非接触式的自动识别技术，它通过非接触式和非线性可见的方式来传送标识资料，达到身份识别的目的。近年来其已在国内外得到迅速的发展，被广泛应用于商业、交通、物流等多个领域，随着成本的下降，技术的不断完善，RFID 技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趋势。
1．1 RFID 系统的组成
RFID 系统主要包含三个主要组成部分。
(1)RFID 标签，可存储被识别对象的相关数据。RFID标签包括一个微芯片和一个耦合元素(天线)，可通过射频进行通信，它分为主动型和被动型两种。主动型标签本身需具备能源，可主动发送RF信号；而被动型标签只能从读写器发出的询问信号中获得用于通信所需的能量。RFID读写器包括射频模块、控制单元和一个耦合元素，它通过射频通信给标签发送询问信号，对数据标签数据进行读／写操作，数据处理系统利用读取的数据进行相关操作，如可将其作为一个产品信息数据库的查询密匙或作为跟踪日志等。
(2)RFID 读取器，能发出“询问”信号，识别相关对象，可对对象的标签数据进行读／写操作。RFID读写器通过查询对象标签的ID(存放于标签内)识别一个特定的对象。如果存在多个识别对象，读写器会收到多个响应，这些响应将互相影响，从而发生冲突。因此RFID系统需要一个防冲突算法，目前主要的解决方案包括概率型算法和确定型算法两种，两种方法各有优缺点，需视具体情况采用。
(3)数据处理系统，利用 RFID 读写器获得的标签数据进行相关操作。
1．2 RFlD 系统的基本工作原理
RFID 工作原理并不复杂：电子标签中存在着约定格式的 EPC 码，将电子标签附着在待识别的物体上，阅读器通过 Antenna 发送射频信号。当标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。如图2所示，在该电磁场系统中，读写器通过天线发出一个电磁(EM)波，电磁波以一个球形波向前传播。当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息，被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。如图1所示。
2 RFID 技术的特点及优势分析
2．1 RFlD 技术的特点
RFID技术基于电磁感应原理，无需物理接触即可完成信息读写，读写所需瞬间能量由读写器提供，相对其它各种读写技术有如下特点。
(1)读写无需物理接触，避免了物理接触所带来的各种障碍，如卡片、读写头擦划受损等，食堂油污和高温对卡片信息读写无影响。
(2)卡片表面无裸露芯片，避免了芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等现象。
(3)使用时无需固定方向，方便快捷。
(4)每张卡片均有不同序号，无法复制，保密性极高。
(5)每次信息读写过程符合ISO／IEC DIS9789—2标准的三次DES}J,密要求，安全可靠。
2．2 RFID 技术的优势
RFID 识别技术较传统的IC卡识别技术有更多的优越性，主要体现在以下几个方面。
(1)识别速度快：标签已进入磁场，读写器就可即时读取其中的信息，并能同时处理多个标签，实现批量识别，这在高校食堂中尤为适用，高校学生数量众多，食堂人口流量极大，通过批量识别可以加快消费速度，缓解就餐压力。
(2)应用范围广，使用寿命长，可用于粉尘油污等高污染环境和放射性环境，适合食堂使用。
(3)可重复使用：RFID标签因为自身资料可更新，因此可以重复不断地使用，为高校食堂管理节约了成本，如：毕业生离校时可对标签进行回收，新生到来时可以继续使用。
(4)更好的安全性：可以嵌在或附着在不同形状、类型的产品上，且可为标签数据的读写设置密码保护。
3 RFID 技术在食堂管理系统的应用
该系统摒弃了食堂使用的传统 IC 卡，采用 RFID 非接触式射频识别技术，有效的防止了用户刷卡消费时的磨损，提高了用户饭卡(RFID电子标签)的使用时限。
3．1 RFID 技术在食堂管理系统中的应用
根据高校食堂的特点，将 RFID 管理系统分成三部分。
(1)用户使用的饭卡(RFID 电子标签)。这里的用户包括学生、老师及其他高校内部人员。将用户信息写入电子标签，制成用户的私人识别卡。
(2)RFID 阅读器。在每个食堂售饭窗口处安置一个阅读器，将读取到得用户信息传至后台数据库查询，读取卡上金额，并扣除相应消费金额，如果用户信息有误，如，卡上余额不足，则系统蜂鸣提示。
(3)后台数据库管理系统。将用户的注册信息存储在数据库中，可以方便管理员对食堂消费业务的查询。
3．2系统子模块划分
本系统划分为三个子系统，普通管理员模块、系统管理员模块和刷卡点管理员(一般为食堂工作人员)，各个子系统相互依存，分别实现不同功能。
3．2．1普通管理员模块
这里的普通管理员是指后台服务管理的工作人员，他们的主要功能有以下几项。充值：添加RFID卡金额。
查询：查询用户基本信息和消费明细，并可打印消费清单。
挂失、激活：用户丢失卡后，锁定用户 RFID 卡；办理或拾获卡后，激活 RFID 卡。
3．2．2系统管理员模块
系统管理员可以对后台数据库直接进行操作，他们的主要功能有以下几项。查询：当日／月的充值总额、用户的总消费金额及各个窗口的入账总金额。
限制消费时段、金额：刷卡时间段是6：00～22：00，每次刷卡额度最高2O元，累计一天刷卡金额≤4O元。
信息管理：管理一般管理员的基本信息，如职工号、姓名、身份证号等。如图2所示。
3．2．3刷卡点管理员
在各个刷卡消费点，都有负责刷卡的工作人员，主要工作即是确认用户刷卡(即扣除卡上的金额)，并且可以设定自动刷卡金额，同时还能设定展示当天的菜品以及相关菜品的价格等信息。如图3所示。
3．3开发工具选择
本文应用程序的设计采用高级语言学术论坛 SCIENCE＆TECHNOL0GY c++，利用MFc的面向对象的方法，编译器是Visual C++6．0，数据库选用了SQL Sever 2000，采用的读卡器是射频设备D8，VC++6．0与RFID射频设备D8通过D8自带的一个WINDOWS 32位动态库“comRD800．dll”所提供的接口来进行连接。在此库函数中，提供了有如下主要的接口函数。
(1)int dc—init(int port，long baud)。
功能：初始化通讯口；参数：port：取值为0～l9N ，表示串口1～20；为100时，表示USB口通讯，此时波特率无效；
baud：为通讯波特率9600～l1 5200 l返回：成功则返回串口标识符>O，失败返回负值。
(2)int dc_exit(int icdev)。
功能：关闭串口；
参数：icdev：通讯设备标识符；
返回：成功返回0。
(3)int dc_card(int icdev，unsigned char
— Mode，unsigned long 十一Snr)。
功能：寻卡，能返回在工作区域内某张卡的序列号；
参数：icdev：通讯设备标识符；_Mode：
寻卡模式；一Snr：返回的卡序列号。
(4)int dc—beep(int icdev，unsigned int
— Msec)。
功能：蜂鸣；
参数：icdev：通讯设备标识符；unsigned
int_Msec：蜂鸣时间，单位是10秒;返回：成功则返回0。
3．5系统特点
(1)实用性。系统采用友好的图形用户界面方式，用户能简单方便地进行点菜、消费操作，交互性较好。
(2)可靠性。系统在设计过程中，采用了较强的容错功能，对用户的非法操作均有限制和提示信息(如：卡上金额不足等)，数据出错具有相应的提示信息及处理功能，并且每个处理环节都具有较高可靠性。
(3)通用性。系统设计过程中，遵循一般高校食堂管理的基本制度，在各高校食堂管理中具有通用性。
4 制约 RFID 技术全面推广应用的原因
尽管 RFID 技术已经在一些领域广泛应用，但 RFID 技术的快速发展还是受到许多因素的制约。
(1)标准问题。难以统一的标准体系限制了 RFID 全球化的应用，各个国家和地区出于自身安全和利益的考虑，都在积极指定自己的标准，但是各个标准之间互不兼容，如何让这些标准兼容，让一个 RFID 产品能顺利的在世界范围内流通是当前亟待解决的问题。
(2)成本问题。RFID 系统建立成本分为初建费用和运行费用。初建费用包括：RFID 接受读取器、电子标签、管理用微机等设备费用和搭建网络费用。RFID 系统的设备功率都很小，很少需要维护，因此运行费用比较低，但是初建费用却相对较高，若在高校中广泛推广，将大大增加高校管理成本。
(3)环保问题。电子标签一旦大规模应用，数量将是十分庞大的，电子标签目前的生产工艺有腐蚀和印刷两种，而这两种生产工艺都存在着环境污染问题，而且数以千万的电子标签大量应用，其完全回收也是我们必须考虑的问题。
(4)安全问题。当前广泛应用的无源 RFID 系统并没有可靠的安全机制，在一些对安全性要求较高的领域还无法展开大规模的应用，如果电子标签中的信息被窃取，将会为用户带来不可估量的损失。
(5)技术完善问题。虽然电子标签技术已经比较成熟，电子标签在国外也得到了广泛的应用，但总体上包括阅读器、数据交换与管理系统的技术还不够成熟，存在设备衔接的问题。
由此可见，由于目前 RFID 技术的发展现状在满足实际需求方面仍存在不足，RFID技术在高校管理领域的推广和应用仍然受到限制。
5 结语
现代化的高校离不开现代化的管理，虽然目前 RFID 技术的发展现状在实际需求方面仍存有不足，RFID 技术在高校食堂管理领域的推广和应用仍然受到限制，但是，RFID 技术可以让高校食堂管理实现真正的智能化管理，最大化地提高工作效率。RFID 技术所具备的独特优势是其它识别技术无法比拟的，RFID 技术是高校食堂管理系统的发展趋势，也是高校其它管理领域的发展趋势。笔者坚信：随着 RFID 技术的不断改进、RFID 技术标准的统一、相关设备成本的降低，它将在一定时期内取代目前广泛使用的接触式 IC 卡，在高校食堂和其它管理领域中日益推广和普及。
(文/西南科技大学 何印 刘施羽 李江一)
1 RFID概述
RFID 的全称是Radio Frequency Identification，即无线射频识别，这是一种非接触式的自动识别技术，它通过非接触式和非线性可见的方式来传送标识资料，达到身份识别的目的。近年来其已在国内外得到迅速的发展，被广泛应用于商业、交通、物流等多个领域，随着成本的下降，技术的不断完善，RFID 技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趋势。
1．1 RFID 系统的组成
RFID 系统主要包含三个主要组成部分。
(1)RFID 标签，可存储被识别对象的相关数据。RFID标签包括一个微芯片和一个耦合元素(天线)，可通过射频进行通信，它分为主动型和被动型两种。主动型标签本身需具备能源，可主动发送RF信号；而被动型标签只能从读写器发出的询问信号中获得用于通信所需的能量。RFID读写器包括射频模块、控制单元和一个耦合元素，它通过射频通信给标签发送询问信号，对数据标签数据进行读／写操作，数据处理系统利用读取的数据进行相关操作，如可将其作为一个产品信息数据库的查询密匙或作为跟踪日志等。
(2)RFID 读取器，能发出“询问”信号，识别相关对象，可对对象的标签数据进行读／写操作。RFID读写器通过查询对象标签的ID(存放于标签内)识别一个特定的对象。如果存在多个识别对象，读写器会收到多个响应，这些响应将互相影响，从而发生冲突。因此RFID系统需要一个防冲突算法，目前主要的解决方案包括概率型算法和确定型算法两种，两种方法各有优缺点，需视具体情况采用。
(3)数据处理系统，利用 RFID 读写器获得的标签数据进行相关操作。
1．2 RFlD 系统的基本工作原理
RFID 工作原理并不复杂：电子标签中存在着约定格式的 EPC 码，将电子标签附着在待识别的物体上，阅读器通过 Antenna 发送射频信号。当标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。如图2所示，在该电磁场系统中，读写器通过天线发出一个电磁(EM)波，电磁波以一个球形波向前传播。当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息，被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。如图1所示。
2 RFID 技术的特点及优势分析
2．1 RFlD 技术的特点
RFID技术基于电磁感应原理，无需物理接触即可完成信息读写，读写所需瞬间能量由读写器提供，相对其它各种读写技术有如下特点。
(1)读写无需物理接触，避免了物理接触所带来的各种障碍，如卡片、读写头擦划受损等，食堂油污和高温对卡片信息读写无影响。
(2)卡片表面无裸露芯片，避免了芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等现象。
(3)使用时无需固定方向，方便快捷。
(4)每张卡片均有不同序号，无法复制，保密性极高。
(5)每次信息读写过程符合ISO／IEC DIS9789—2标准的三次DES}J,密要求，安全可靠。
2．2 RFID 技术的优势
RFID 识别技术较传统的IC卡识别技术有更多的优越性，主要体现在以下几个方面。
(1)识别速度快：标签已进入磁场，读写器就可即时读取其中的信息，并能同时处理多个标签，实现批量识别，这在高校食堂中尤为适用，高校学生数量众多，食堂人口流量极大，通过批量识别可以加快消费速度，缓解就餐压力。
(2)应用范围广，使用寿命长，可用于粉尘油污等高污染环境和放射性环境，适合食堂使用。
(3)可重复使用：RFID标签因为自身资料可更新，因此可以重复不断地使用，为高校食堂管理节约了成本，如：毕业生离校时可对标签进行回收，新生到来时可以继续使用。
(4)更好的安全性：可以嵌在或附着在不同形状、类型的产品上，且可为标签数据的读写设置密码保护。
3 RFID 技术在食堂管理系统的应用
该系统摒弃了食堂使用的传统 IC 卡，采用 RFID 非接触式射频识别技术，有效的防止了用户刷卡消费时的磨损，提高了用户饭卡(RFID电子标签)的使用时限。
3．1 RFID 技术在食堂管理系统中的应用
根据高校食堂的特点，将 RFID 管理系统分成三部分。
(1)用户使用的饭卡(RFID 电子标签)。这里的用户包括学生、老师及其他高校内部人员。将用户信息写入电子标签，制成用户的私人识别卡。
(2)RFID 阅读器。在每个食堂售饭窗口处安置一个阅读器，将读取到得用户信息传至后台数据库查询，读取卡上金额，并扣除相应消费金额，如果用户信息有误，如，卡上余额不足，则系统蜂鸣提示。
(3)后台数据库管理系统。将用户的注册信息存储在数据库中，可以方便管理员对食堂消费业务的查询。
3．2系统子模块划分
本系统划分为三个子系统，普通管理员模块、系统管理员模块和刷卡点管理员(一般为食堂工作人员)，各个子系统相互依存，分别实现不同功能。
3．2．1普通管理员模块
这里的普通管理员是指后台服务管理的工作人员，他们的主要功能有以下几项。充值：添加RFID卡金额。
查询：查询用户基本信息和消费明细，并可打印消费清单。
挂失、激活：用户丢失卡后，锁定用户 RFID 卡；办理或拾获卡后，激活 RFID 卡。
3．2．2系统管理员模块
系统管理员可以对后台数据库直接进行操作，他们的主要功能有以下几项。查询：当日／月的充值总额、用户的总消费金额及各个窗口的入账总金额。
限制消费时段、金额：刷卡时间段是6：00～22：00，每次刷卡额度最高2O元，累计一天刷卡金额≤4O元。
信息管理：管理一般管理员的基本信息，如职工号、姓名、身份证号等。如图2所示。
3．2．3刷卡点管理员
在各个刷卡消费点，都有负责刷卡的工作人员，主要工作即是确认用户刷卡(即扣除卡上的金额)，并且可以设定自动刷卡金额，同时还能设定展示当天的菜品以及相关菜品的价格等信息。如图3所示。
3．3开发工具选择
本文应用程序的设计采用高级语言学术论坛 SCIENCE＆TECHNOL0GY c++，利用MFc的面向对象的方法，编译器是Visual C++6．0，数据库选用了SQL Sever 2000，采用的读卡器是射频设备D8，VC++6．0与RFID射频设备D8通过D8自带的一个WINDOWS 32位动态库“comRD800．dll”所提供的接口来进行连接。在此库函数中，提供了有如下主要的接口函数。
(1)int dc—init(int port，long baud)。
功能：初始化通讯口；参数：port：取值为0～l9N ，表示串口1～20；为100时，表示USB口通讯，此时波特率无效；
baud：为通讯波特率9600～l1 5200 l返回：成功则返回串口标识符>O，失败返回负值。
(2)int dc_exit(int icdev)。
功能：关闭串口；
参数：icdev：通讯设备标识符；
返回：成功返回0。
(3)int dc_card(int icdev，unsigned char
— Mode，unsigned long 十一Snr)。
功能：寻卡，能返回在工作区域内某张卡的序列号；
参数：icdev：通讯设备标识符；_Mode：
寻卡模式；一Snr：返回的卡序列号。
(4)int dc—beep(int icdev，unsigned int
— Msec)。
功能：蜂鸣；
参数：icdev：通讯设备标识符；unsigned
int_Msec：蜂鸣时间，单位是10秒;返回：成功则返回0。
3．5系统特点
(1)实用性。系统采用友好的图形用户界面方式，用户能简单方便地进行点菜、消费操作，交互性较好。
(2)可靠性。系统在设计过程中，采用了较强的容错功能，对用户的非法操作均有限制和提示信息(如：卡上金额不足等)，数据出错具有相应的提示信息及处理功能，并且每个处理环节都具有较高可靠性。
(3)通用性。系统设计过程中，遵循一般高校食堂管理的基本制度，在各高校食堂管理中具有通用性。
4 制约 RFID 技术全面推广应用的原因
尽管 RFID 技术已经在一些领域广泛应用，但 RFID 技术的快速发展还是受到许多因素的制约。
(1)标准问题。难以统一的标准体系限制了 RFID 全球化的应用，各个国家和地区出于自身安全和利益的考虑，都在积极指定自己的标准，但是各个标准之间互不兼容，如何让这些标准兼容，让一个 RFID 产品能顺利的在世界范围内流通是当前亟待解决的问题。
(2)成本问题。RFID 系统建立成本分为初建费用和运行费用。初建费用包括：RFID 接受读取器、电子标签、管理用微机等设备费用和搭建网络费用。RFID 系统的设备功率都很小，很少需要维护，因此运行费用比较低，但是初建费用却相对较高，若在高校中广泛推广，将大大增加高校管理成本。
(3)环保问题。电子标签一旦大规模应用，数量将是十分庞大的，电子标签目前的生产工艺有腐蚀和印刷两种，而这两种生产工艺都存在着环境污染问题，而且数以千万的电子标签大量应用，其完全回收也是我们必须考虑的问题。
(4)安全问题。当前广泛应用的无源 RFID 系统并没有可靠的安全机制，在一些对安全性要求较高的领域还无法展开大规模的应用，如果电子标签中的信息被窃取，将会为用户带来不可估量的损失。
(5)技术完善问题。虽然电子标签技术已经比较成熟，电子标签在国外也得到了广泛的应用，但总体上包括阅读器、数据交换与管理系统的技术还不够成熟，存在设备衔接的问题。
由此可见，由于目前 RFID 技术的发展现状在满足实际需求方面仍存在不足，RFID技术在高校管理领域的推广和应用仍然受到限制。
5 结语
现代化的高校离不开现代化的管理，虽然目前 RFID 技术的发展现状在实际需求方面仍存有不足，RFID 技术在高校食堂管理领域的推广和应用仍然受到限制，但是，RFID 技术可以让高校食堂管理实现真正的智能化管理，最大化地提高工作效率。RFID 技术所具备的独特优势是其它识别技术无法比拟的，RFID 技术是高校食堂管理系统的发展趋势，也是高校其它管理领域的发展趋势。笔者坚信：随着 RFID 技术的不断改进、RFID 技术标准的统一、相关设备成本的降低，它将在一定时期内取代目前广泛使用的接触式 IC 卡，在高校食堂和其它管理领域中日益推广和普及。
(文/西南科技大学 何印 刘施羽 李江一)
13.56MHz NFC天线，13.56MHz RFID天线设计培训课程套装，让天线设计不再难
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