基于RFID技術的博物館人員及文物管理系統的設計

   一 、引言 

    RFID 是射頻識別技術英文(Radio Frequency Identification)的縮寫，射射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。RFID的最基本的系統由四部分組成： 

    （1）標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象； 
    （2）讀寫器(Reader)：讀取和寫入標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式； 
    （3）天線(Antenna)：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號； 
    （4）應用軟件；  

    RFID 技術的工作原理是讀寫器發射一特定頻率的無線電波能量給標簽，用以驅動標簽電路將內部的數據送出，此時讀寫器便依序接收解讀數據，送給應用程序做相應的處理。RFID可無線讀寫，具有識別距離遠，數據可加密、存儲信息可更改、 識別快速、準確，可同時識別多個標簽等優點。 近幾年RFID的應用越來越受到人們的重視，RFID在博物館人員和館藏文物綜合管理系統中以RFID 電子標簽為媒介，實現對博物館人員和館藏文物的電子化、數字化管理。系統要求能夠及時、準確的將各個區域文物的動態情況反映到計算機系統，使管理人員能夠隨時掌握每個文物的分布狀況，及時采取相應的監控管理措施。 

    二、 系統技術實現的分析 

    RFID在博物館管理系統中的應用目標是在博物館管理體系中建立一條基于RFID技術的快速通道，實現館藏文物的高效管理，經過對目前RFID技術相關主流產品的技術特點（本系統所選設備為kenetics產品），及博物館工作人員和館藏文物管理系統的應用情況進行分析，本系統設計連接圖如下： 

圖1 系統設計連接圖 

    1. 人員門禁自動登錄系統 

    系統由EzScan-LRM讀寫器、EzMultix-Gates天線和一個通訊模塊組成，構成了一個無障礙通道式門禁，當人員通過感應通道時，系統會自動識別出來人員攜帶的通行證件（電子標簽），如果沒有證件或證件不合法的人通過，系統也可以通過紅外探測等方式檢測出來，并傳出報警信息。系統通過通訊模塊，把人員通過記錄傳送到后臺數據庫中。此通道同時也是文物標簽的安全檢測門禁，未正常出庫的文物通過，即有報警聲光提示。如下圖： 

圖2 傳輸過程圖 

    2. 移動識別系統 

    移動識別系統是由一臺筆記本電腦和手持設備終端組成，HH-MR2專用館藏點驗手持機的強大識讀電子標簽的能力，可以快速準確的完成識別任務。對于普通文物，通過移動識別系統，能快速的清點、統計文物，提高工作效率。 

    3. 實時監控系統 

    通過EzScan-LR讀寫器加上多個EzAnt-EvalBB天線，在文物儲藏柜中，實現對文物電子標簽的實時掃描。如果文物被拿出掃描感應區，系統就會自動報警。對部分貴重文物的藏柜，進行24小時不間斷的掃描。發現異常，自動報警。這里對于密集架天線的防屏蔽與防相互干擾設計是系統難點與創新點。應用了科耐特斯獨家產品EZSCAN-LR和一分八功率分配器MUX-HF. 

圖4 

    4. 出入庫清點系統  

    系統是由一臺計算機和EzScanMR讀寫器組成的。負責辦理館藏文物的出入庫手續，當文物需要辦理出入庫手續時，把文物放置在讀寫器上，系統自動讀出文物編號，把出入庫記錄寫入數據庫，同時把出入庫信息寫入文物的電子標簽內。如下圖： 

圖5 

    所有加裝電子標簽的文物在做完登記后，自動在數據庫里建立起了電子標簽和文物的唯一對應關系， 當文物沒有辦理出庫手續，被攜帶出庫房時，門禁系統會自動檢測出未辦理出庫手續的文物，并發出報警信號。從而加強了文物的安全管理。通過對文物出入庫登記，可以有效的跟蹤所有文物的去向。 

 5. 后臺管理 

    負責所有入庫文物檔案登記、工作人員證件制作登記，以及數據庫的備份恢復等工作。后臺管理實現三個功能：數據庫管理、人員檔案管理和文物檔案管理。后臺還可根據需要，查詢文物的檔案資料以及出入庫等各項數據，并統計報表，完成總賬。  

    三、系統硬件組成： 

    硬件系統由RFID標簽、固定式/移動式讀寫器、桌面天線、以及通訊網絡系統等組成。 

    1. RFID電子標簽：根據博物館的應用需要,及保護歷史珍貴文物特性，選擇采用世界通用的13.56Mhz高頻的電子標簽產品。分為文物標簽，人員胸卡標簽等。工作頻率: 13.56 MHz、符合標準: ISO15693；快速數據傳送: 達到 53 Kbit/s ；數據高度完整性: 16 bit CRC校驗；超過10年的數據保持能力、擦寫周期大于10萬次；每個芯片具有不可改變的64 位唯一的序列標識符( UID )根據 ISO / IEC   15693- 3協議， 在生產過程期間已經被規劃，而且以后不能被修改，保證了每個標簽的唯一性；具有防沖突功能。 

    2. 讀寫器：用于識讀及寫入標簽數據，分為固定式讀寫器和手動移動式讀寫器兩類。固定式讀寫器有： 

    （1）多通道讀寫器（EzScan-LRM），內置同步發生器，采用多通道同步工作的防沖突專利技術，使用頻率13.56MHz，內置4個RF天線輸出，多個可編程控制I/O口，便于與已有系統的集成連接，完全可以由上位軟件設置其工作參數，得到最佳工作狀態。 
    （2）遠距離讀寫器（EzScan-LR），內置1個RF天線輸出，使用頻率13.56MHz。 
    （3）中距離讀寫器（EzScan-MR），特殊的天線設計提高了讀寫器的整體性能，用電源適配器供電，也可以直接用PC機的PS/2端口的5V供電。 

    3. 此為了大大減少了硬件成本的投入。選擇采用多路復用器：在最小的RF損失的情況下，擴展讀寫器輸出天線的數量。標準的1輸入，8輸出口或16輸出口，陣列式選擇輸出天線，軟件設置輸出地址并進行開關選擇，多路切換共用RF同軸電纜進行控制，無需附加電纜，使用于一個讀寫器驅動多個天線的應用。 

    4. 固定式天線：天線是標簽與讀寫器之間傳輸數據的發射、接收裝置。有通道門式天線、桌面天線。 

    四、 系統軟件組成 

    服務器操作系統軟件：采用Windows Server 2003 Standard Edition中文版（數據服務器）作為網絡操作系統； 工作站操作系統：所有工作站采用Windows XP操作系統；數據庫軟件：數據庫軟件采用的是MS SQL Server2000。系統流程圖如下：  

    五、結束語  

     RFID技術在博物館人員和館藏文物管理系統中的應用，可以明顯提高工作效率，充分體現數字化、電子化的管理。RFID自身的技術特點不可避免地存在對于金屬和液體穿透力差的問題，所以在具體應用中需對天線進行調試。在使用中盡量避免周圍金屬或液體干擾。 

    上述設計思想和實現方案，同樣適用于許多其他應用領域，包括圖書館管理、資產管理。不同RFID技術應用系統的差別主要體現在軟件和設備的不同上。通過對不同系統的需求分析，結合RFID產品的技術特點，將RFID信息采集到后臺管理系統，建立起完善的系統架構，便可實現各種不同需求。