马良花，刘晓亮，韩 云

（潍坊科技学院 机械工程学院， 山东 寿光 262700）

随着RFID技术、移动物联网技术的迅速发展，它在智能交通、智能监控等领域的应用也越来越广泛，大到自动收费系统、管理系统、仓储系统，小到电子钱包、动物跟踪定位、校园平安卡等。基于移动物联网的校园平安卡的天线就是采用先进无线射频技术和移动物联网技术，准确、快速地检测到进出学校门口学生身上的校园平安卡信号，根据RFID天线接收同一个平安卡信号的先后顺序，判断是进校还是离校，并将此信息通过GPRS或CDMA发送到服务器，再由服务器软件处理，一方面给平安卡使用者的监护人手机发送“到达”或“离开”短信，另一方面将离出校信息输入学校考勤系统，为学校做出准确的考勤纪录。

一、RFID系统的构成[2]

RFID系统是由电子标签（又称应答器、射频标签、数据载体）、阅读器和软件处理系统三部分组成，如图1所示。

图1 RFID系统构成

（一）RFID天线的工作原理[3]

RFID系统的阅读器通过发射天线发射一特定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线工作区域时会在标签内部产生感应电流，转换成电能来驱动电子标签将自身编码等信息通过卡内置的发送天线发送出去，系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，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。

（二）RFID天线及信号结构[4]

RFID天线采用对称结构设计，使天线辐射主瓣指向标签正反两个方向，如图2所示。天线尺寸：总尺寸为118 mm×96 mm×3 mm，其中a=35 mm，b=10 mm，c=40 mm，d=10 mm，金属带线宽度为6 mm。RFID天线信号为8字型的，如图3所示，发射距离可通过软件调整，烧制为 7.5 m、15 m、30 m、60 m。

二、RFID系统的天线安装

按照学校需求，进校勘察要安装RFID天线的建筑，做出布线材料预算表、工程进度安排表等。协调施工队与学校进行职责商谈，提出布线许可，主要是钻孔、走线、电源插座定位、做线缆标识。

图2 RFID天线结构图

图3 RFID天线信号图

（一）RFID天线安装选位

RFID天线安装力求美观，不影响天线功能，避免破坏原有环境，如图4所示。一套完整的RFID天线系统由两对天线组成，每对两个，共四个RFID天线。天线1-1、天线1-2为一对，装在校门的一侧，天线2-1、天线2-2为一对装在校门的另一侧，其中1-1、2-1天线朝校门外安装，1-2、2-2天线朝校园内安装。

图4 RFID天线安装示意图

（二）RFID天线安装方法

1.安装高度：一般2.5 m至3 m，可按现场情况自行调整。

2.安装方向：天线1-1和2-2为第一对；天线2-1和2-2为第二对。其中1-1、2-1天线朝校门口外安装，1-2、2-2天线朝校园内安装。

3.角度调节：RFID天线安装角度推荐朝下倾斜15度至20度，天线1-1和2-1的信号可以叠加，同理天线1-1和2-1的信号可以叠加；反之，1-1、2-1尽量不要与1-2、2-2出现信号重叠。同时都需注意信号死角、信号反射。

（三）RFID天线安装与固定

根据施工现场的情况，RFID天线安装与固定可以采用两种方案。

1.支架安装方案：若RFID系统天线安装在门卫室外的墙体，则可以采用支架安装。支架参数：不锈钢材质，口径5 cm，高度3 m，底座尺寸200 mm×200 mm×3 mm，螺旋孔径 8 mm，边距 20 mm×20 mm。如图5为RFID天线的支架安装示意图。

图5 RFID天线的支架安装示意图

2.立杆安装方案：有些学校可能会出现墙体位置较远或无墙体可用，这时需要在校门两侧立杆再安装RFID天线。地面若为水泥结构时，可以直接钻孔打螺栓固定立杆；地面若为土壤结构时，须挖坑把底座埋于地下0.5 m处，土壤回填时要踩实加固，必要时要用混凝土浇筑。

（四）RFID天线的取电

RFID天线电源可就近从门卫室取电。

1.墙体上的取电走线：RFID天线的电源线用四分线管套好，线管连接和线路转弯的地方套好弯直头做好防水处理，并用线卡固定在墙上，注意走线美观。

2.地面上的取电走线：墙体之间若没有建筑物的支撑，RFID天线的电源线，需要从地面上走线，这时应该在地面开槽，把线管预埋在地上（开槽深度为5 cm），直到线路走到门卫室电源位置，再回填修复路面。

三、信号测试[5]

使用校园卡背对RFID天线，校门周围每一米为标点，听校园卡发出的声音，当校园卡在校外天线1-1和2-1的信号范围内，……”的响声；在校内天线1-2和2-2的信号区域发出“嘟嘟嘟……”的响声，且声音每隔2秒钟发出一次；在校内跟校外混合区域的时候，校园卡会同时发出“嘀嘀嘀……”和“嘟嘟嘟……”的声音，混合区域应越小越好。通过软件调节RFID天线发射功率及调整RFID天线反射角度，可解决RFID信号因建筑物阻挡产生的反射。

［1］李卉.RFID技术及其射频天线的小型化设计[J].物流科技，2007（1）：59-60，153.

［2］李文勋.基于物联网应用的RFID天线设计技术[D].北京：北京邮电大学硕士论文，2008.

［3］陈华君,林凡.RFID技术原理及其射频天线设计[J].厦门大学学报（自然科学版），2005（44）：312-314.

［4］胡汝刚.UHF频段射频识别系统天线研究[D].北京：北京交通大学硕士论文，2008.

［5］于利亚.RFID系统天线辐射场的分析与研究[D].西安：西北大学硕士论文，2006.