RFID家校通.docx
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RFID家校通
1前言
据有关部门调查：
90％以上的家长迫切需要及时了解孩子在学校的安全和日常表现，以及准确获悉学校的相关信息。
同样地，对于学校来讲，如何有效开展与家长的沟通与交流，也是学校管理者一直在努力探索的重要课题。
及时发现学生的异常表现并通告给家长，无疑会对教育和培养结果起到举足轻重的作用。
“和家长一起努力”，这是很多学校管理者们的共同心声。
目前，教师与学生家长之间的沟通主要有两种形式：
1、以家长会、家长到校、成绩单、书面通知等形式面向全体家长的沟通；
2、以互访、书面或电话联系等方式针对某些孩子出现的具体问题所进行的个别沟通。
虽然通过上述两种形式在一定程度上实现了教师与家长之间的沟通与联系，但仍然存在着一些漏洞。
首先，由于人员的精力、时间和空间的限制，传递的信息有限且不及时。
无论是教师还是家长都只是掌握了有关学生情况的一部分信息，难以有针对性地对学生进行教育。
其次，信息传输多是从学校向家长的单向传输，家长参与得不够，学生更是没有表述自己意见的机会，因而出现了一些失真的信息，给学生的发展带来了不良影响。
再次，通过上述两种形式真正实现家校沟通的家长只有少量的一部分，相当一部分家长只能了解到关于同年龄阶段孩子发展的共性信息，而了解自己孩子特点的信息渠道不畅。
顺畅的家校沟通，已经成为了信息时代互动教育的新要求。
而有效的沟通方式则是众多学校管理者们一直在探索的重要课题。
针对目前互联网、手机（或小灵通）和短信在大众群体中的普遍应用的特点，“家校通”开创性地将新兴的移动通信技术、互联网技术、WAP技术和RFID无线识别技术引入校园,在家庭和学校间架起一座空中桥梁，为家长提供方便快捷的沟通平台，有着快捷、方便的特点，交流起来无拘无束，畅所欲言，深受家长和教师的欢迎。
“家校通”使学校教育和家庭教育紧密连接在一起，保证学生到离校的安全，同时也为校务公开提供便捷的途径。
“家校通”的应用必将增进家长和老师之间的感情，密切学校与家庭的联系，完善学校的管理，接受家长的监督，提高教学质量。
通过此平台教师可以和家长建立起紧密地联系，家长可以通过此平台对教师的教学提出意见或建议，推动学校家校合作工作成效的全面提升。
2家校通应用现状
2.1基本概念
射频识别技术（RFID）是自动识别技术在无线电技术方面的具体应用与发展。
该项技术的基本思想是，通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备（人员、物品）在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。
经过十几年的发展，RFID技术已在各行各业得到了广泛的不同程度的应用。
RFID标签依据发送射频信号的方式不同，分为主动式（有源）和被动式（无源）两种。
主动式电子标签主动向读写器发送射频信号，通常由内置电池供电，又称为有源电子标签；被动式标签不带电池，又称为无源电子标签，其发射电波及内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。
根据工作频率的不同，RFID系统可分为低频和高频系统。
低频系统一般指其工作频率小于30MHz的系统。
其基本特点是：
标签成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短（典型阅读距离为10cm）、射频卡外形多样（卡状、环状、钮扣状、笔状）、阅读天线方向性不强等。
低频系统多用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪。
高频系统一般指工作频率大于400MHz的系统。
高频系统的基本特点是标签及读写器成本均较高、卡内保存的数据量较大、阅读距离较远（可达几十米）、适应物体高速运动性能好、阅读天线及射频卡天线均有较强的方向性。
高频系统多应用于需要较长的读写距离和高的读写速度的场合，像停车场管理，人员定位等系统。
济南翔鹏科技有限公司的RFID产品主要为工作频率为2.45GHz的高频主动式（有源）RFID产品。
翔鹏家校通管理系统除了使用2.45G有源RFID技术以外，还使用低频触发技术。
该技术确保100%的读取标签ID！
100%的进行正确的进出判断！
并结合运营商的短信平台融合在一起，这在国内尚属首创。
翔鹏电子已经与国内多个省市的运营商建立了商务合作关系，奠定在国内家校通行业应用技术平台方面的领先地位。
2.2阅读及识别方式
目前在校园人员管理系统中，阅读器读取和识别射频卡主要有三种方式：
近距离人工刷卡、远距离被动识别和远距离主动识别。
在系统集成中，这是一个非常重要的问题，因为识别方式的选择将直接影响到系统的读取率和便利性。
近距离人工刷卡方式主要是针对较早以前高频和低频阅读设备（比如公交卡，门禁卡等）的应用，由于其阅读范围大致为离开阅读器20cm之内，佩戴射频卡的人员必须上前靠近阅读器才能被读取。
这种方式尽管可以保证100％的读取率并且成本低廉，但由于其需要逐个扫描，在上学和放学的高峰期会形成校门口拥挤现象，容易引发安全事故。
目前这种工作方式已被淘汰。
远距离被动识别方式主要超高频（433M，868M，915M等）阅读设备和无源射频卡的应用，其阅读范围可以达到10米左右，可以解决近距离人工刷卡方式的需要逐个扫描的问题。
一些设计的比较好的设备能够支持多达50个射频卡的同时读取，可以大大增加人员通行速度，无需排队进出校门。
但这种方式仍然存在很多应用上的问题。
第一，无源射频卡不能被人体和金属物遮挡，这个就需要学生在进出校时不能背对阅读器天线位置，并且射频卡不能紧贴人体和放置在书包内；第二，人员大流量出入时，漏读现象严重，无法有效读取学生信息；第三，识别判断能力差，误别情况严重，无法对学生到离校进行有效的判别。
此类产品这些缺陷导致此类技术无法应用于家校通领域。
远距离主动识别方式（主要是2.4-2.48G频段），是目前应用最成功，最受各地学校师生、家长欢迎的一种识别方式。
这种识别方式不仅距离极远，可以在50米的范围内轻松读取（空气中能够稳定80米读取），还能支持多达200个射频卡的同时读取，最重要的是能够克服人体、金属等遮挡，甚至上百个学生一起进出依然保证100％的读取。
其他详细技术指标比较列表如下：
比较项目
翔鹏
蓝牙
802.11b（Wi-Fi）
传统数传电台
单点覆盖距离
80米
10米
50米
可达16公里
网络扩展性
自动扩展
无
无
无
电池寿命
5年
数天
数小时
数小时-数天
复杂性
简单
复杂
非常复杂
复杂
传输速率
250Kbps-1Mbps
1Mbps
1to11Mbps
一般为19.2Kbps
频段
2.4GHz
2.4GHz
2.4GHz
400Mhz-2.4GHz
网络节点数
65000
8
50
无
时延
仅30毫秒
高达10秒
3秒
终端设备费用
低
低
高
高
网络使用费
无
无
无
安全性
128bitAES或由用户定义
64bit,128bit
AuthenticationServiceSetID（SSID）
无
集成度和可靠性
高
高
一般
低
使用成本
低
低
高
高
安装使用
非常简单
一般
难
难
3方案设计
3.1设计原则：
针对学生早上入校及下午离校都比较集中，人数多，就需要RFID系统具有较高的防冲突性，不能漏卡，确保标签ID的100%准确采集，100%的正确的进出判断，从而发挥家校通的系统平台价值。
（1）实用性和易用性系统建设始终贯彻面向应用，注重实效的方针，坚持以客户需求为核心，注重数据流的自动处理和分析；同时，采取图形化用户界面（GUI），贴近用户使用习惯，设计清晰简洁，使用方便、直观，降低了人员的培训、磨合成本；
（2）先进性和成熟性
系统设计采用先进的概念、技术和方法，同时注意结构、设备、工具的相对成熟，使系统具有较大的发展潜力；
（3）开放性和标准性
为满足系统所选用的技术和设备的协同运行能力，系统尽量使用标准化的通讯方式，并将软件接口及协议公开，允许其他应用软件的接入、调用，从而使系统具有开放性；
（4）可扩展性和易维护性
为适应校园的不断变化，系统可方便地扩展设备数量；设备的安装使用也尽量简便，便于维护。
（5）可靠性和稳定性
在考虑技术先进性和开放性的同时，从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、技术支持及维修能力等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间。
3.2设计方案
翔鹏RFID自动识别技术在校园人员管理系统中的基本运用原理大致为：
首先，在校门的内外两侧会分别安装地面触发器，这样在校门内外两侧就形成了两块信号覆盖区。
其次，每个学生携带一枚标签（可用做电子学生证），当学生佩戴的电子标签走近校门口的地面触发器覆盖区，这时标签内的接收模块开始工作，被唤醒并发送数据，布置在校门的阅读器可以收到标签数据，并显示标签到达了大门外侧区域。
同理学生进入大门内侧触发区，则会被布置在内侧的地面触发器唤醒并进行数据发送，阅读器收到标签数据，该数据能显示到达内侧区域。
上述数据通过阅读器读取，传送至硬件中间件完成进出的判断，最后硬件中间件将带有确定进出判定的结果和ID数据传送到服务器，系统根据这些判定启动短信平台，进行平安短信的发送。
另外，利用系统的短信和网络平台，班主任可将每个学生的在校学习和生活情况等定时或不定时的集中或单独发送至家长的手机和电子邮箱，免去老师逐一通知或家长缺席家长会等情况而产生的各种交流屏障，方便快捷。
原理框架图
3.3到离校系统原理
翔鹏针对校园人员管理系统的建设要求，设计的系统是由数据中心、阅读器、学生卡、校门内外侧触发器、后台管理系统组成。
1.在校园门口内侧、外侧需要触发标签的区域安装一定数量的触发器，触发唤醒器的数量由所需覆盖的范围和定位精度决定；
2.将每一个阅读器通过以太网连接到后台定位服务器，构成无线定位网络；
3.将人员电子标签分配给学生，“标签”与“人”之间建立一一对应关系；
4.在服务器中安装并运行定位软件，定位数据可直接写到数据库中，或集成到其它系统中。
系统方案示意图如下：
为判断进出，内外触发器之间要求间隔距离在6米以上。
为保证数据的准确接收，建议内外侧各安装一台阅读器进行数据接收。
学生进出校门时必须带卡，进入校门外触发区时，标签开始工作发出射频，首先被阅读器识别到，标签离开校门外触发区同时停止工作。
当学生通过校门，到达校门内触发区，标签再次工作，又被阅读器识别到。
硬件中间件在接收到数据后，进行数据判断，判断标签是进校、离校或者是无法判断。
然后通过TCP/IP方式发送给相应的后台管理系统，由后台管理系统控制的短信平台给该学生家长发送短信。
离校的情况和进校过程类似。
。
3.4设备选型
针对不同学校的不同特点，可以配备不同数量和型号的设备。
固定式标准阅读器用于安装在学校大门口内外侧，属于必配设备。
地面触发器安装与校门内外的地面下，安装数量根据校门宽度来确定，每个触发器可以覆盖5米直径的区域。
硬件中间件（前置机）具有采集数据、判断数据和传输数据的功能。
前置机可以使用服务器或者工控机替代，但前置机的优势是可以免维护。
学生识别卡除了标准的卡片式外形外，还可以根据实际需要定制成其他外形。
3.5系统优势
3.5.1完美的100%读取功能
由于高峰期学生进出校门人数较多并且存在一定的遮挡，导致电子标签集中发射，阅读器存在一定的读取冲突。
但加入了触发机制后，当标签不在触发区内，标签不进行2.4G的发射，大大降低了并发标签的数量，加强了防冲突性，同时提高了阅读器标签数据分发信息的能力。
3.5.2完美的100%进出识别判断功能
单纯的2.45G技术，实现精确的标签进出判断，通道管理有一定的困难，结合触发技术，通过校门内外两个独立的触发区，就可以很明确的判断出标签的进出方向。
地面触发器触发标签时会把自己的ID发给标签，再通过2.4G把信息传递给阅读器。
3.5.3卓越的识别性能
●100%完美的识别判断；
●灵敏的识别能力（可读取时速200公里的标签，识别距离可达80米）
●超强的防冲突性（每个检测点可最多同时识别100个人员）；
●高度稳定的识别能力（误码率小于千万分之一）；
●迅捷的识别速度（最快识别速度可达100张/秒）
●快速的数据传输（空中传输速率可达2M）
3.5.4现场优势
●环境适应性：
高抗干扰性，对外界干扰源、周界环境无特殊要求；
●安装方便性：
传感器一体化结构设计，无需外接天线或地感；
●运行可靠性：
内部电路高度集成化，器件故障率最小化。
●便捷型调试：
分布触发器后，无需大费周折的调节阅读器的方向、衰减。
3.5.5电气特性
●超低功耗，无线标签在不更换电池的情况下可连续正常工作5年以上；
●方便性、安全性，标签无须充电、无须更换电池；
●无辐射，对人体和环境无任何影响，更安全更健康。
4系统工程设计
4.1阅读器安装说明
下图所示为阅读器侧装方式，适于出入口没有门型装置或者不便架设门型装置等情形。
图4.1阅读器安装方式（侧装）
如下所示为阅读器顶装方式，适合于有门型装置的出入口。
图4.2阅读器顶装方式
无论采取何种安装方式，都应尽量使阅读器安装位置远离强射频干扰源，并在需要时在阅读器上方安装防水防雷保护装置。
4.2地面触发器安装说明
在校门外侧、内侧挖孔安装地面触发器，并且开槽拉线供电。
4.3施工安装前的准备
施工、安装设计图纸及必要的技术文件必须齐全，施工方案和安装程序必须符合最新煤矿安全规程的要求。
人员组织，现场了解，图纸资料熟悉，设计人员进行彻底交底，现场人员应具备电气专业施工、安装技能等专业知识的培训，经相关机关审查合格，持证上岗。
能在各自的工作岗位上保证工程质量，完成各自的任务。
管线埋设与管道布线应符合最新的安全规程以及国家现行的《电气装置安装工程施工及验收规范》及综合布线规范的规定。
如对设计图纸、器材型号等有所变更，必须经双方共同批准后方可实施。
设备的安装应符合设计图纸和产品使用安装说明上的要求。
4.4系统配置及实施步骤
4.4.1数据中心设备配置要求
●根据预计数据量，设备的处理能力来选型，具体型号由客户自行确定。
4.4.2实施步骤
1）根据客户需求，进行需求研究，实地考察，并确定无线数据传感器安装数量、相应安装位置等基本要求。
2）确定主干网络结构及相应的阅读器数量、安装位置。
3）敷设物理链路及网络通信线路。
4）设备安装
5）学生标识卡发放
6）系统调试
4.5工程进度计划
4.6系统试运行及验收
4.6.1系统试运行
系统安装调试完毕后即进入试运行阶段，试运行是为了检测系统工作稳定性，同时验证系统实现的功能，试运行完毕后即进入系统验收阶段。
4.6.2最终验收
系统经测试考核合格后,提供安装报告和验收报告后,我公司和代理商代表应在验收证书签字认可；进入质保期。
4.6.3质保期要求
质保期期间，我公司负责合同范围内设备的维护和软件升级保驾工作。
5系统主要硬件介绍
5.1阅读器SP-RFS-300系列
5.1.1主要技术性能
识别速度100个标签/秒（仅限ID号）
防碰撞处理200个标签同时读取
识别距离最远80米（与SP－TGS系列标签，空气中）
工作频段2.4－2.48G
输出功率≤3dBm（可软件调整）
接收灵敏度-90dBm
微波通讯检错CRC16循环冗余校验
天线极化定向/全向
标准/认证CE；FCC；ISO9001
电源6～12VDC（MAX30mA）
通讯接口RS232/485/威根波特率：
4800～115200
工作温度-40℃～+80℃
保存温度-60℃～+80℃
抗电磁干扰10V/m0.1～1000MHzAM调幅电磁波
可靠性MTBF≥70000小时
5.1.2主要特性与益处
特性益处
100标签/秒的识别速度可识别快速移动的人或物
200个标签同时读取能力能识别大批目标人物的同时进出
实时操作系统满足工业可靠性和鲁棒性
输出功率可调可根据不同应用要求灵活调整识别距离（2～80米）
最远80米的识别距离方便远距离识别
2.45G微波工作频段数据传输速度高，距离远，功耗低
5.2有源射频卡SP-TGS-500
5.2.1主要技术性能
标准尺寸60mm×35mm×3.5mm
识别距离最远80米（与SP-RFS-300，空气中）
工作频段2.4－2.48G
接收灵敏度-80dbm～-90dbm
期望电池寿命>5年，电池电量过低时自动报警
掉电保存期10年以上
ID号码64bit
工作温度-40℃～+80℃
保存温度-60℃～+85℃
抗电磁干扰10V/m0.1～1000MHzAM调幅电磁波
防护等级IP54
震动10～2000Hz15g三个轴
防爆标准符合GB3836.1-2000、GB3836.4-2000的规定
5.2.2主要特性与益处
特性益处
最远80米的识别距离自动识别、追踪、定位、收集，无需人工干预
8K字节容量（32K可选）可储存数千条记录，无需经常清除数据或者更换标签
2.45G微波工作频段数据传输速度高，距离远，功耗低
100个/秒的识别速度可用于识别高速运动物品，200Km/h以下
200个标签同时读取大量目标物品可以被几乎同时读取和处理
6-8年的使用寿命可以长期使用，超过设备投资回收期，无需更换电池
低成本对于大量物品或人员的应用方案成为可行
5.3前端机SP-HMS-100
5.3.1主要技术参数
（1）2路485接口。
（2）100M/1000M自适应网口。
通讯方式可以软件设置，可以设置为TCP\UDP\虚拟串口三种方式。
（3）有存足够储空间，在网络中断时，能自动保存不少于2万条卡片进出数据，待网络修复后重新传输。
考虑到存储器的寿命和处理时间以及存储容量，建议用512K~1MBytes容量的铁电存储器。
（4）具备实时时钟，确保设备掉电后时钟正常工作。
具备外部硬件看门狗，确保设备运行异常情况后能重启。
（5）设备具有LED显示功能，用以显示设备的电源和通信以及工作状态。
分别为1个电源LED，1个以太网通信接口LED和2个串口通信接口LED。
（6）自带电源，可直接使用220V交流电源；如果发热量大，自带风扇。
（7）外型尺寸不大于320mm×200mm×100mm。
机箱需预留交流电源线、天线馈线、ADSL电话线、以太网双绞线、光纤尾线孔及WIFISMA天线口。
机箱内布线合理、强弱电分离、防雷、具备足够散射空间及通风能力。
机箱可上锁、壁挂式，并符合相关国家弱电标准。
。
（8）控制箱和读卡器连接使用规范接口，便于安装。
（9）MTBF:
大于70000小时.
6系统运行和售后服务保障
6.1本系统提供了多种保障运行措施：
∙供电电源电压变化范围在6～12V；频率变化范围在2.4～2.48GHz（全范围）之内系统均可正常工作。
∙该系统具有防水、防爆、耐盐雾、抗风沙、防尘等性能，适应室外恶劣条件下不间断工作，系统能够适应环境温度为-20℃～＋80℃,在国内北方南方大部分高温和低温地区都能可靠运行。
∙系统中使用的电子设备内部漏电及短路保护装置、避雷装置、熔断装置均符合国家有关电气安全标准要求。
∙系统具有自诊断、自恢复功能；对于设备断电后重新来电，系统能自动启动运行并自动加载已设定的工作参数。
射频卡电量不足时能够自动报警。
6.2售后服务的形式
6.2.1电话咨询及追踪服务
我公司提供每周5天，每天8小时不间断的电话支持服务。
6.2.2现场响应
自收到客户服务请求起二十四小时内，若以上服务形式不能解决问题，公司将派技术人员到现场进行故障处理。
6.2.3选案期内的承诺
在选案期内，我公司郑重承诺，对用户提出的任何与本方案书的项目有关的问题，将及时作出答复，并按照方案书的要求，免费为用户提供文件，资料及强有力的技术和服务支持。
6.3售后服务的内容
6.3.1技术培训
技术培训工作的好坏，直接关系到客户是否能够熟练掌握和使用整个系统，因此我公司非常重视培训工作。
合同签定后，我公司将组织有关人员确定培训实施方案及内容，对客户进行技术培训。
培训内容包括：
系统操作使用；设备维护保养。
为了提高培训质量，公司将选派有2年以上系统使用、维护和安装调试经验的善于表达的技术人员作为培训教师。
6.3.2技术资料移交及存盘
在系统正常投入运行后，我们公司将由专业人员编写和整理出相应的技术文件资料，供客户作为原始技术档案保留。
6.3.3测试与验收
1、我公司将严格按照有关技术标准和规范，以合同为依据，积极配合和接受代理商的严格的测试和工程验收。
我公司协助服务商对最终客户中的三个点进行现场系统试运行和验收；
2、当我公司为服务商进行的现场系统试运行和验收超过三个点时，原则上仅进行远程电话支持和EMAIL服务；
3、系统试运行周期为15天，验收周期为3天；
6.3.4免费升级服务
我公司将长期为代理商提供免费得软件升级和优化服务。
6.4保修服务的承诺
我公司将以合同为依据，以原厂商规定的服务承诺为基础，对所售的产品和承担的工程承诺相应的免费保修。
保修期间，负责维修和备件的免费更换；保修期外，继续承诺整个工程的维修保养，功能升级等一系列收费服务（保修期为设备投入运行一年内）。
我公司专业工程师负责系统的维护工作。
若系统出现故障，24小时内响应，48小时内完成专业维护。
售后一年内免费保修，以后每半年进行一次免费系统维护。
保修期满后我公司仍负责系统的终身维修工作，只收取工本费。
服务商系统操作人员在使用过程中无论保时出现任何异常情况，均可即时与我公司技术工程师联系，我公司负责24小时电话技术支持。
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