卜晓晓 汪盼 曹吟梦 陈坚 宋雪桦

摘要：鉴于现有防走失黄手环使用期限短和存储人员信息量不足等问题，设计并实现了一种基于云服务的NFC防走失黄手环系统。使用NFC近距离无线通讯技术通过2G、3G、4G、WiFi等互联网络连接云服务器，通过云服务进行走失人员定位并提供走失人员的个人信息来与家人和协助中心取得联系，从而达到防走失目的。测试表明，该系统能够有效提供人员信息并帮助找回丢失人员。

关键词：NFC；云服务；NFC标签；NDEF编码

DOIDOI：10.11907/rjdk.161010

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）005-0099-02

0 引言

当前主流的防走失手环主要以纸条等方式将信息存储在手环中，这种方式在一定程度上起到了存储和提供信息的作用，但是存在很大弊端，如纸条丢失或遇雨水导致信息受损等，并且不利于集中管理和相应数据更新，存储的信息量也非常有限。鉴于此，本文设计并实现了一款基于云服务的NFC防走失黄手环系统，将NFC技术应用于防走失黄手环为全国首创。

1 系统体系架构

NFC黄手环运用了NFC技术，在智能手机上开启NFC功能，在手环上感应，“嘀”声后即可得到走失人员信息，比如走失人员的家庭住址、身体状况、联系电话等，特别是可以针对患有特殊疾病的老人予以提示，并提供在特殊状态下的急救方式等。同时还可以通过接触的手机，获知走失人员的方位，在控制中心获取地图信息，协查人员可以选择是否需要护送老人回原地，手机也可以给出进一步指示信息。同时，家人或者民政人员可以在走失人员的手环得到感应时就得到反馈信息。

NFC黄手环系统由NFC黄手环标签、云服务器和NFC终端（通常是手机）组成，如图1所示。

（1）NFC黄手环标签。NFC黄手环标签以橡胶手环为主体，腕带上印有唯一编号。内部放置ntag203芯片，用NDEF编码，存放个性化的网址，即芯片的编号信息。

（2）云服务器。云服务器包含数据库实例和Tomcat服务程序等两部分组成。数据库实例负责存储云服务实例的ID、黄手环标签的芯片编码信息和云服务的运行日志。Tomcat服务程序负责建立与手机的连接，手机读取芯片的地址后访问服务器，读取数据库的内容后反馈给手机，从而实现手环持有者相关信息的获取。

（3）NFC终端（手机）。NFC终端指带有NFC功能的电子产品，最常见的为手机。当手机打开NFC功能后，靠近手环芯片位置，即可读取到芯片内的地址实现互联网访问。由手机浏览器访问服务器，获取访问结果并将其返回给手机浏览器并予以显示。

2 软硬件设计及主要技术

2.1 NFC简介

NFC（Near Field Communication）是一种基于RFID射频识别和互联网技术相结合的近距离无线通讯技术，它无需另外设定安装程序，任意两台NFC移动设备在10cm距离以内便可自动启动网络通信功能，进行非触摸式信息传递，实现电子钱包和身份验证功能。其运行频率在13.56MHz以内，传输速率为106～848kbit/s，支持蓝牙和802.11等无线协议。NFC技术符合国际标准，它将成为近距离无线互连领域一种极富竞争力的技术。

2.2 NFC设备操作模式

NFC有3种工作模式，即NFC终端（通常是手机）作为识读设备（阅读器）、NFC终端作为被读设备（卡模式）以及NFC终端之前的点对点（Peer-to-Peer）模式。

（1）NFC终端作为识读设备（阅读器）。阅读器模式，在该模式下NFC终端作为识读设备使用，开启NFC功能的手机可以读写任何支持的标签，读取其中的NFC标准格式的数据。即在NFC手机中的NFC芯片将作为读卡器使用，与兼容NFC的其它设备进行通信。当然，读取的数据可以存储在手机中，也可以存储在 SIM卡中。阅读器模式和标签模式的通信原理类似。本文将手机中的NFC芯片作为阅读器与手环中的NFC芯片标签进行通信。

（2）NFC终端作为被读设备（卡模式）。卡模式也称为标签模式，即将设备作为一个标签，该标签中储存了相关的信息资料。当有专门的识别终端靠近时，终端则自动作为应答器，响应设备的识别。将NFC终端作为移动支付即是在实现卡模式的功能。标签模式是一种无源的模式，此时仅仅是基于电磁感应原理，只要识读设备能产生高频的电磁场，NFC芯片在被穿过时就能实现设备感应。

（3）NFC终端之前的点对点（Peer-to-Peer）模式。点对点通信模式，即通过非接触射频技术实现无线数据交换，指将两个具备NFC功能的设备连接，实现数据点对点传输。它基于主动通信模式，在进行通信之前，NFC手机要产生自己的射频域后，才能发送数据。点对点模式符合ISO/IEC 18092标准。

2.3 黄手环硬件设计

NFC防走失黄手环采用被动RFID技术对信息进行编码，无须电池供电，可以永久使用。芯片密封在防过敏软性硅胶内部，防雨防汗，信息不会丢失和磨损。与信息没有密封措施的普通手环相比，NFC智能防走失手环的耐用性非常好，不受环境影响，没有损耗，可以长期使用。

黄手环主体采用金黄色橡胶制成手环，内部放置有芯片。采用ntag203芯片，其性能稳定、读写速度快、信号反应灵敏，可同时多个读取，并具备防冲突功能。用NDEF（NFC Data Exchange Format即NFC数据交换格式，是NFC组织约定的NFC tag中的数据格式）进行编码，存放个性化网址。NDEF是轻量级的紧凑的二进制格式，可带有URL、vCard和NFC定义的各种数据类型。NDEF由各种数据记录组成，而各记录由报头（Header）和有效载荷（Payload）组成，其中NDEF记录的数据类型和大小由记录载荷的报头注明，这里的报头包含3部分，分别为Length、Type和Identifier。总体而言，NFC防走失黄手环就是一个移动互联应用。

2.4 云服务器数据库设计

云服务器的数据库有3张表，分别为城市信息表、云实例信息表、云服务日志表。城市信息表用于存储各城市信息，云实例信息表用于存储云服务实例的基本配置信息、人员基本信息、腕带编号信息，云服务日志表用于存储云服务实例的运行日志信息。

3 实验验证

3.1 实验条件准备

本实验主要测试NFC黄手环标签功能以及数据库实例的对应信息是否匹配无误。测试设备为华为荣耀7。随机抽取50个NFC黄手环，打开手机的网络及NFC功能，靠近NFC黄手环的芯片位置进行信息读取。每种测试条件下各测试50次，统计成功次数。

3.2 实验结果

手机靠近黄手环发出“嘀”声后，会自动调用浏览器访问互联网，在云端读取黄手环所对应的信息，包括人员照片、姓名、病史、亲人联络方式等，其界面如图2所示。点击更多信息后获得走失人员详细信息，如图3所示。测试的50个手环基本无差错，结果如表1所示。从实验测试结果来看，本文实现的产品基本符合设计初衷。

4 结语

本文分析了现有防走失黄手环系统所存在的问题，提出了一种基于云服务的NFC黄手环系统设计方案，对基于云服务的黄手环系统体系架构进行了详细描述，并给出了云服务实现的数据库设计和程序设计实现结构图。实验表明，这种防走失黄手环具有便于操作、安全性强、信息稳定等优点。在使用上，采用NFC手机对芯片进行感应的方式，无需下载、安装APP，只需开启NFC功能，轻轻接触手环，即可读到该手环所记载的所有图片和信息，增加了交互性且方便快捷，可加以推广应用。

参考文献：

[1]李满玲.基于云服务的NFC门禁监控系统的设计[J].吉林师范大学学报：自然科学版，2014，5（2）：101-104.

[2]潘雪峰，毛敏.NFC近场通信技术的底层原理研究[J].科技和产业，2013，13（5）：120-122.

[3]QING HU，LIAN SHI LIN，YU PING QUI.Based on RFID internet of things for gas tank stock management system[J].Scientific.Net，2012（12）：2857-2860.

[4]DONG YAN WU，JIAN DONG CAO，QI WU.The design of IPTV STB based on android[J].Scientific.Net，2013（8）：2321-2324.

[5]郑丹青.云计算环境下企业管理信息系统规划与设计[J].吉林师范大学学报：自然科学版，2013，34（2）：45-47.

[6]郎为民.射频识别（RFID） 技术原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

[7]RAWAL，AMIT.RFID：the next generation auto-ID technology[J].Microwave Journal，2009，3（1）：32-40.

[8]秦长江，赵时旻，陈珂，等.非接触IC卡无线数据采集系统设计[J].微计算机信息，2008（5）：152-154.

[9]张妍.2.45GHz 手持式RFID读卡器的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2007.

[10]YOON DEUK SEO，JIN HO AHN.Efficient NFC tagging pattern-based contents recommendation for museum viewers[J].Scientific.Net，2012（12）：2876-2880.

（责任编辑：孙 娟）