【毕业学位论文】（Word原稿）基于RFID的智能管理定位系统设计与开发-软件工程

基于 智能管理定位系统设计与开发 基于 智能管理定位系统设计与开发 摘要 缩写，即射频识别，俗称电子标签。 频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。 术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器 (或阅读器 )和很多应答器 (或标签 )组成。 频识 别是一种非接触式的自动识别技术，它通过 射频信号 自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。 术 可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统 用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。 阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读 /写装置，是 统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。 在实际应用中，可进一步通过 实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是 统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等） 和微芯片组成无源单元。 以 片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成 , 感应偶合 (及后向散射偶合 (种 , 一般低频的 而较高频大多采用第二种方式。 应用频率的不同分为低频（ 高频（ 超高频（ 微波（ 相对应的代表性频率分别为：低频 135下、高频 高频 860M960波 照能 源的供给方式分为无源 源 及半有源 源 写距离近，价格低；有源 以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。 高频 (签因电磁反向散射(点，对金属 (液体 (环境比较敏感，可导致这种工作频率的被动标签 (以在具有金属表面的物体或液体环境下进行工作，但此类问题随着技术的发展已得到完全解决。 据 . 司的零售业分析师估计，通过采用 尔玛每年可以节省 美元，其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。尽管另外一些分析师认为 80 亿美元这个数字过于乐观，但毫无疑问， 助于解决零售业两个最大的难题：商品断货和损耗（因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品），而现在单是盗窃一项，沃尔玛一年的损失就差不多有 20 亿美元，如果一家合法企业的营业额能达到这个数字，就可以在美国 1000 家最大企业的排行榜中名列第 694 位。研究机构估计，这种 5%。 基于 智能管理定位系统设计与开发 目前， 中国的很多领域都得到实际应用，包括物流、烟草、医药、身份证、奥运门票、宠物管理等等，但就我们日常生活感受而言，好像 是离我们很远。除了二代身份证，我们还很难经常感受到 我们生活中的存在。尽管 快速在各个领域得到实际应用，但相对于我们国家的经济规模，其应用范围还远未达到广泛的程度，即便在 用比较多的交通物流产业，也还处于点分布的状态，而没能达到面的状态。往往是产业中的领导企业为保持其竞争地位而率先尝试采用这种新技术，而更多的企业还抱着观望和犹豫的态度。还是以物 流产业为例，应用 术可以大幅提高物流运作效率，如加快货物出入库时间，减少现场操作人员，实现快速而精确的库存盘点，实现货物准确定位跟踪等，但时至今日，在中国真正实施 术的物流企业还屈指可数。 因此，本课题对现今的 术加以了解并运用了解到的知识设计了系统，运用到了当今比较流行的一些定位算法加以改进得到改良后的算法。例如，三角形质心算法，指纹算法，进场算法等本文主要涉及的三个算法。小组成员参与编写了两个系统，一个为张江实验室的定位系统，用于实现标签在流水线运作时的定位以及人员的定位功能，一 个是小学校的智能定位系统，旨在实现 小学生的人员定位功能以及 小学生的进出校门以及进入危险区域时告知保安或者学校相关人员做出及时的紧急措施。 关键词： 阅读器，标签，指纹算法，进场算法 F is is a F to of in a of is a to of an or a of or is a F to of in a of is a to of an or a of 于 智能管理定位系统设计与开发 (or be or of is of to to In be of as is a of of by be of of By of to of 35F 860M 960in is to be of of to is in a of or to as . s no of of is is no to of to to be of , is of a in if a of to we in 1000 of 94. to 5%. in on or In to D we it is in is in of in 较 is at 态 , to Is in to to Or in as an of as 于 智能管理定位系统设计与开发 of to to of so in s of to to a to of s to in of in of of is at of of or of to 录 第一章 绪论 . 5 键技术 . 5 基本组成部分 . 6 术的基本工作原理 . 6 中国的发展现状 . 7 第二章 硬件设备及连接 . 8 件设备基本介绍 . 8 33. 9 绍 . 9 意图 . 9 据包（ . 9 33. 10 绍 . 10 意图 . 10 据包（ . 10 33. 11 绍 . 11 意图 . 11 据包（ . 11 备连接 . 12 章小结 . 13 第三章 算法 . 13 点定位算法 . 13 景介绍 . 13 基于 智能管理定位系统设计与开发 于 三角形质心算法 的数学模型 . 13 差定义 . 14 法不足之处 . 14 纹算法 . 15 本原理 . 15 样测试结果 . 15 场算法 . 16 本原理 . 16 法示意图 . 16 法说明 . 17 章小结 . 18 第四章 智能定位系统设计与开发 . 19 江实验室智能定位系统 . 19 境介绍 . 19 面 . 19 始界面 . 19 要算法 . 24 试结果 . 24 学校的门禁及区域警报系统 . 25 景介绍 . 25 要算法 . 25 试结果 . 25 章小结 . 26 第五章 结论 . 26 参考文献 . 27 谢辞 . 27 第一章 绪论 缩写，即射频识别，俗称电子标签。 频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。 术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器 (或阅读器 )和很多应答器 (或标签 )组成。 键技术 关键技术 主要包括产业化关键技术和应用关键技术两方面 1，其中 业化关键技术主要包括： 标签芯片设计与制造：例如低成本、低功耗的 片设计与制造技术，适合标签芯片实现的新型存储技术，防冲突算法及电路实现技术，芯片安全技术，以及标签芯片与传感器的集成技术等。 基于 智能管理定位系统设计与开发 天线设计与制造：例如标签天线匹配技术，针对不同应用对象的 签天线结构优化技术，多标签天线优化分布技术，片上天线技术，读写器智能波束扫描天线阵技术，以及签天线设计仿真软件等。 签封装技术与装备：例如基于低温热压的封装工艺，精密机构设计优化，多物理量检测与控制，高速高精运动控制，装备故障自诊断与修复，以及在线检测技术等。 签集成 ：例如芯片与天线及所附着的特殊材料介质三者之间的匹配技术，标签加工过程中的一致性技术等。 读写器设计：例如密集读写器技术，抗干扰技术，低成本小型化读写器集成技术，以及读写器安全认证技术等。 用关键技术主要包括： 用体系架构：例如 用系统中各种软硬件和数据的接口技术及服务技术等。 统集成与数据管理：例如 无线通信、传感网络、信息安全、工业控制等的集成技术， 用系统中间件技术，海量 息资源的组织、存储、管理、交换、分发、数据处理和跨平 台计算技术等。 共服务体系：提供支持 会性应用的基础服务体系的认证、注册、编码管理、多编码体系映射、编码解析、检索与跟踪等技术与服务。 测技术与规范：例如面向不同行业应用的 签及相关产品物理特性和性能一致性检测技术与规范，标签与读写器之间空中接口一致性检测技术与规范，以及系统解决方案综合性检测技术与规范等。 基本组成部分 签 俗称电子标签，也称应答器（ 根据工作方式可分为主动式（ 有源）和被动式（无源）两大类，本文主要研究被动式 签及系统。被动式 签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。 签中存储一个唯一编码，通常为 6496至更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当 签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度 超过一个阈值，就将激活 签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读 /写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。签芯片的内部结构主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和 储单元四部分。 术的基本工作原理 术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，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（ 源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（ 源标签或主动标签）；解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。 一套完整的 统 , 是由阅读器 (电子标签 (就是所谓的应答器(应用软件系统三个部分所组成 , 其工作原理是 射一特定频率的无线电波能量给 用以驱动 路将内部的数据送出，此时 依序接收解读数据 , 送给应用程序做相应的处理。 基于 智能管理定位系统设计与开发 以 片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成 , 感应偶合 (及后向散射偶合 (种 , 一般低频的 而较高频大多采用第二种方式。 阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读 /写装置，是 统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。 在实际应用中，可进一步通过 实现对物体识别信息的采集、 处理及远程传送等管理功能。应答器是 统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。 中国的发展现状 基本技术原理起源于二战时期，最初盟军利用无线电数据技术来识别敌我双方的飞机和军舰。战后，由于较高的成本，该技术一直主要应用于军事领域，并未很快在民用领域得到推广应用。直到上世纪八 九十年代，随着芯片和电子技术的提高和普及，欧洲开始率先将 术应用到公路收费等民用领域。到二十一世纪初， 来了一个崭新的发展时期，其在民用 领域的价值开始得到世界各国的广泛关注，特别是在西方发达国家，术大量应用于生产自动化、门禁、公路收费、停车场管理、身份识别、货物跟踪等民用领域中，其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷。 本世纪初， 经开始在中国进行试探性的应用，并很快得到政府的大力支持， 2006年 6 月，中国发布了中国 术政策白皮书，标志着 发展已经提高到国家产业发展战略层面。到 2008 年底，中国参与 相关企业达数百家，已经初步形成了从标签及设备制造到软件开发集成等一个较为完整的 业链， 据 专家估计， 2008 年中国 关产值达到 80 亿元左右，并将在未来 5保持快速发展。 首先，是我国企业总体信息化水平不高，阻碍了 分发挥其作用。 为一种信息技术手段，其基本功能是实现数据的精准快速采集。这些数据采集后，必须经过进一步的对比分析处理，才能达到提高效率、降低总体成本的作用。也就是说， 实施，往往需要企业信息化达到一定水平，使 统与企业既有的 信息集成在一起，才能充分发挥其作用。 其次， 施成本还比较高，使很多企业望而却步。不仅仅对 中国企业，即便对西方企业， 高成本也是一个巨大障碍。正如前文所言， 基本技术原理在 60 几年前就产生了，但直到上世纪后期， 应用才逐步推广到民用领域，正是高成本阻碍了 术的实际应用。目前在国内，一张 签一般都在 1 元以上， 车载单元要 400 多元，高成本使得 投资回报具有很大风险，使其应用大多局限于高价值或高利润商品领域。 再次，行业标准尚未统一，贸然实施会带来不确定风险。尽管 源很早，但目前还没有形成全球统一的技术标准，中国在标准制定领域起步较晚 ，由于关乎各国经济利益，相信标准之争还会持续一定时间。在这种情况下，贸然投入，必然给企业经营带来很大风险。蓝光获得 准之争的胜利，给 营带来的巨大伤害，是处于标准之争产业里的企业不得不慎重考虑的问题，这也是很多企业对实施 观望态度的原因。 最后，我国产业供应链发展还处于初级阶段，也阻碍了 实际应用。与西方企业相比，由于技术和管理处于劣势地位，我国大多行业都存在过度竞争，价格成为市场竞争的主要手段，这就使得很多制造企业利润率维持在相当低的水平，产业供应链的上下游企业之间往 往博弈大于合作。而 术只有在整个供应链上协同实施，实现供应链信息透明和分享，才能最大程度发挥出 作用，这在目前情况下还很难做到。另外，实施 智能管理定位系统设计与开发 的一个主要益处是节省人工成本，沃尔玛称 中国较低的工资水平也使得很多企业没有积极性去实施 术。 尽管中国企业目前信息化程度还较低，但中国企业前进的步伐相当快。今年中国已有40 多家企业闯入世界 500 强，更多本土企业正迅速成长为跨国经营企业，日益复杂的管理要求这些企业必须迅速推进信息化建设，在这一点 上中国企业具有一定的后发优势，而企业信息化必然给 来良好的发展机遇。随着中国企业信息化的进程， 应用将会由点到面，逐步拓展到更广的领域。而 实施成本，必然随着 用的推广和市场的扩大而逐步降低， 应用将会从目前的托盘或整箱的货物跟踪逐步扩展到单品货物跟踪的水平。最后，从产业供应链角度看，国家目前提倡的产业升级，就是要使中国企业多生产高技术、高附加值、高利润产品，而这些领域，正是 武之地。产业升级将带动中国企业提升市场竞争能力，逐步由单体企业竞争上升为产业供应链的 竞争。今后几年，一批国产 业 ,如：创羿科技、远望谷、上海华虹、维深集团 .在未来几年，我们会看到， 实施将摆脱仅仅由单个企业实施的窘境，而展现为企业所在整个供应链的协同实施， 益处将会得到最大程度的发挥。 第二章 硬件设备及连接 件设备基本介绍 一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。 读写器 也称阅读器、询问器（ 是对 签进行读 /写操作的设备，主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。读写器是 统中最重要的基础设施，一方面， 签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对 签的识别或读 /写操作；另一方面，上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时，读写器会对 签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤，将其加工为读写器事件后再上传 ，以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量，因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一部分中间件的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化趋势，还将具备更加强大的前端控制功能，例如直接与工业现场的其它设备进行交互甚至是作为控制器进行在线调度。在物联网中，读写器将成为同时具有通讯、控制和计算（ 能的 心设备。 天线 （ 签和读写器之间实现射频信号空间传 播和建立无线通讯连接的设备。 统中包括两类天线，一类是 签上的天线，由于它已经和 签集成为一体，因此不再单独讨论，另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。天线在 统中的重要性往往被人们所忽视，在实际应用中，天线设计参数是影响 统识别范围的主要因素。高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性等进行专门设计。 中间件 （ 一种面向消息的、可以接受应用软件端发出的请求、对指定的一个或者多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。中间基于 智能管理定位系统设计与开发 件在 用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性问题，还可以为上层应用软件提供多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。中间件的内存数据库还可以根据一个或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算，抽象出对应用软件有意义的业务逻辑信息构成业务事件，以满足来自多个客户端的检索、发布 /订阅和控制请求。 应用软件 （ 直接面向 用最终用户的人机交互界面，协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设置，逐级将 子事件转化为使用者可以理解的业务事件，并使用可视化界面进行展示。由于应用软件需要根据不同应用领域的不同企业进行专门制定，因此很难具有通用性。从应用评价标准来说，使用者在应用软件端的用户体验是判断一个 用案例成功与否的决定性因素之一。 33 介绍 阿丹电子（ 33一个 控设备，用于接收所有 输频率的 据。它能够简单的安装，配置以及使用。 供以太网的借口以便与后台主机方便连接。后台能够轻易地搜索到所有可识别的 且能轻松地设置相关的参数。此外，设备能够提供足够的单位时间的接收量（最高可达 1