聂壹琦 金力

摘  要：基于RFID射频识别技术开发一款物品寻找APP，从而实现一个室内定位的系统。主要采用C语言和Java语言，涉及手机APP的开发、微信小程序的创立和程序设计;室内定位系统的实现;电子信号的发出、传遞、接收和解码。国内各大省市还未有相关软件的开发，该系统可以满足当前人们快速寻找丢失物品的需要。

关键词：射频识别;蓝牙;无线通信;基站定位

中图分类号：TP273+.5       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）01-0076-03

Abstract：Based on RFID technology，we develop an APP for finding objects，which can realize an indoor positioning system. It mainly uses C language and Java language，involving the development of mobile APP，the creation and programming of WeChat applet，the realization of indoor positioning system，the sending，transmission，receiving and decoding of electronic signals. There is no relevant software development in major provinces and cities in China. The system can meet the needs of people to quickly find lost goods.

Keywords：radio frequency identification;Bluetooth;wireless communication;base station positioning

0  引  言

RFID是一种利用射频信号传递信息，利用空间集电极和变压器采集的信息来识别磁场或电磁场的自动识别技术。现在RFID系统已经广泛运用于各大行业，并且种类繁多：单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速度移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并逐渐应用。2011～2017年，中国RFID行业的市场规模呈不断上涨趋势，且增速保持较快。

无线通信主要是不用导线、电缆、光线等有线介质，而是用空间来传递电磁信号的通信方式。现代科技与经济的快速发展，带动了全球通信业的突飞猛进。自从1967年第一套无线通讯设备在美国贝尔实验室诞生以来，无线通信便逐步成为全球通讯行业的一个重要组成部分，它的应用范围和市场占有率呈逐年上涨趋势。

近两年，可穿戴设备市场的快速增长离不开蓝牙技术的发展。随着蓝牙4.x的普及和移动互联网的崛起，蓝牙技术应用也从手机、平板等便携式设备向物联网、医疗等领域发展，许多基于移动平台的蓝牙应用为整个无线市场带来新的机遇。

基站定位一般应用于手机用户。定位的基本原理是：手机测量不同基站下链路的导频信号，得到不同基站下链路的导频或TDOA。根据测量结果和基站的坐标，可以利用三角形的公式类别计算出手机的位置。本文基于2017年入学申报的国家级创新创业项目的内容，团队主要成员研究和学习方向为计算机科学与技术。该项创新创业项目历时两年，在安徽中医药大学医药信息工程学院老师的帮助和支持下，现已成功结题，拥有实物成果一项，论文一篇。研究内容涉及药房的药物管理以及无人药房理念的实现，充分结合了学校特色和专业特色。

1  研究方法

1.1  硬件方面

无线电技术的原理是改变导体无线电波中电流的强度。利用这一现象，信息可以通过调制被充电到无线电波中。如果电波穿过房间传到接收端，电波产生的电磁场就在导体中产生电流。通过对当前变化的信息进行解调，达到信息传输的目的。我们可以通过室内架设的Wi-Fi网络的方式通过Wi-Fi传递信息[1]，也可以在室内安装蓝牙标签，在手机上打开蓝牙通信接入网络，手机通过接收蓝牙标签信号的强度，判断所在位置。我们还可以通过RFID射频技术，在室内安装天线，在物品上贴电子标签，实现信号的发送传递和接收，最后再把信息发送给手机[2]。

1.2  软件方面

我们可以在手机上制作APP，绘制场地的地图，把接收到的信息进行解码，在绘制的地图上实现定位。

1.3  技术方面

我们的室内定位技术以物联网技术和RFID技术即射频识别技术为基础[3]。特殊物体可以通过无线电信号来识别，相关数据可以在识别系统和特定目标之间没有任何机械或光学接触的情况下读写。我们可以在药房上药的过程中将每一种药贴上相应电子标签，电子标签与电脑系统或是手机APP相连，快速定位那一种类药物的位置[4]，与此同时，还可通过电脑系统和手机软件看到药物的使用量和剩余量，让药房的工作更加智能化。这样可以帮助药师快速找药，减少他们在无意义劳动上所花费的力气，提高工作效率，同时也能提高病患的满意度，甚至可以挽救病患生命，因为一些疾病（如：心脏病）的发生需要药物及时供给才有生的希望。RFID在室内定位技术虽然出现时间不长，但是应用很广泛，它是非接触的，标签可以长时间存放，不会发生变化，对于药物的室内定位具有很大的实际意义。

目前国内对于寻找物品开发的软件尚无前例，所以笔者团队对于这个软件开发的前景是十分可观的;国外对于这个软件已有一定基础的研究，将为本团队的研究提供非常好的借鉴。与笔者团队研究方向相同的有已经成熟的室内定位系统——IndoorStar室内星定位导航系统（IDS），适用于GPS信号未覆盖或GPS系统不适用的精确实时定位、导航等一系列定位服务。智能终端在覆盖区域的导航定位部署，通过在房间或区域内创建“内部卫星”，建立区域三维通信网络。另外，从中我们可以了解到电子瓷片的应用，该设备不仅适合丢失东西的用户，也适合那些意识到自己缺乏存储和安排能力的用户，他们对这种匮乏感到担忧和痛苦。现在有一些连接的设备。但没有一个是完美的。Tile是目前可以买到的最好的设备，这是一个1.5英寸的带锁塑料盒，内置电池、Bluth4.0芯片，可以将它连接到移动应用程序，并将其连接到钥匙链、背包、钱包或任何不想丢失的东西上[5]。

本产品属于软硬件结合领域，即实体硬件与线上APP（小程序）相结合的产品，目前在市面上所销售的同类型产品应用的大多是蓝牙技术且支持的是大范围、长距离物体定位跟踪，其特点有应用成本高、体积大、耗电快等特点，而本文设计的产品运用的是RFID无线射频技术，主要應用在小范围、短距离的物品寻找，即室内寻物方面，其成本低廉、体积小巧且基本不需要能源供给，所以在短距离寻物方面，本文设计的产品有绝对的优势，没有太大的竞争压力。

2  系统设计

2.1  软件框架结构

定位系统主要由手机后台，未知位置点和已知位置点构成，手机后台与参考位置点之间以声音定位算法为依据进行小距离位置识别定位[6]。

在此种模式下，未知位置点接收已知位置点（小范围内确定的四个位置点）的发射信号，采用串口通信，把信号强度传递给手机后台，后台执行定位算法，及时定位未知位置点，实时监测未知位置点的位置。

2.1.1  位置标记

未知位置点：在实验室的贵重仪器和标本上，学生的水卡、饭卡或银行卡上，药房的药物上，快递物品上，老年人的公交卡和老年证上贴上含有物品信息的RFID芯片。

已知位置点：在房间的四个角放置读卡器。读卡器选取YXU1861-8 dbi。YXU1861-8 dbi是一款高性能的远距离读卡器，识别距离远，具有多种数据接口，工作性能可靠。以广谱跳频（FHSS）或定频发射方式工作[7]。

每个已知位置点不断地向外界发送ID和位置信息，当未知位置点进入射频范围，就可以接收该位置点的信息。当接受的次数达到某个设定值就对其取平均值，将位置点的信息通过串口通信发送给手机后台，手机后台进行定位算法。

EPC C1G2电子标签存储器在逻辑上分为四个存储区域，每个存储区域由一个或更多的存储字组成。四个储存区分别为：

EPC区域：EPC存储的区域。根据这个远程读卡器的规定，最大容量是15个EPC码，是可读和可写的。

TID区：储存电子标签制造商所设定的身份ID。目前有两种身份ID：4字和8字，可读不可写。

用户区（User）：不同厂商该区不一样。Inpinj公司的G2电子标签没有用户区。Philips公司有28字，可读可写。

保留区（Password）：前两个字是Kill Password，后两个字是Access Password，可读可写。

四个存储区均可写保护。写保护意味着该区永不可写或在非安全状态下不可写;读只有密码区可设置为读保护，即不可读[8]。

2.1.2  串口通信

串行接口是将接收到的并行数据字符从CPU转换成连续的串行数据流并将其发送出去，同时将接收到的串行数据流转换成并行数据字符提供给CPU的一种设备。串口逐位发送和接收字节。虽然它比字节并行通信慢，但串口可以在使用一条线发送数据的同时，另一条线接收数据。它非常简单，可以实现远距离通信。如IEEE-488定义并行交通状态时，设备线路总长度不超过20米，任意两个设备之间的长度不超过2米，串口长度可达1200米。通常，串行接口用于ASCII字符的传输。通信用3根线，即地线、传输线和接收线。由于串行通信是异步的，所以端口可以在一行上发送数据，在另一行上接收数据。其他线路用于握手，但不需要串行通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验，对于要通信的两个端口，这些参数必须匹配。

2.2  定位算法

定位算法是该手机APP实现的核心内容，为实现平台的基本功能提供了重要的支持。以下是定位算法的理论分析和计算。

根据平台要求，A，B，C，D为声音接收的四个已知位置点，该算法对元坐标系进行坐标变换，以A点为坐标原点，建立笛卡尔坐标系，未知位置点N（X，Y）至点A，B，C，D的距离之差为一常数，建立数学模型：

3  结  论

在这次平台设计中，曾经无数次的困难和技术难关，但在老师和同学的帮助下，所面临的技术问题都一步一步地解决了。基于RFID射频识别技术的寻找物品平台的构建是一个创新的想法，国内尚无先例。学术研究开发不是一件简单的事情，需要设计者具有全面的专业知识、严密的思维、严谨的态度以及细致的分析解决问题的能力，而我们在很多方面还有欠缺。最后，基于RFID射频识别技术的寻找物品平台的构建前端搭建已经完成，尚要解决的问题是后端部分连接实现的问题。我们整个团队认为RFID将成为物联网发展和小范围定位技术的“新星”，笔者对于该项技术在“无人药房”的实现将进行深入研究。

参考文献：

[1] 梅松青，邓小茹.位替换运算的超轻量级移动RFID认证协议 [JB/OL].计算机工程与应用：1-8.[2019-10-11].http：//kns. cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20190924.1036.002.html.

[2] 邹浩，胡志勇，余道敏，等.基于双RFID物联网技术的非机动车防盗系统研究与应用 [J].计算技术与自动化，2019，38（3）：128-131.

[3] WANG Y Y，LIU J，WANG X，et al. Efficient Tag Identification in Blocker-Assisted RFID Systems [C]//2017 14th Annual IEEE International Conference on Sensing，Communication，and Networking （SECON）.IEEE，2017.

[4] CHEN Y L，LIU D，WANG S，et al. Self-powered smart active RFID tag integrated with wearable hybrid nanogenerator [J].Nano Energy，2019：64.

[5] GIUSTI I，CEPOLINA E，CANGIALOSI E，et al. Mitigation of human error consequences in general cargo handler logistics：Impact of RFID implementation [J].Computers & Industrial Engineering，2019：137.

[6] 韩共乐，张接信，张富强.一种基于RFID场景布局的AGV改进花朵授粉定位算法 [J].制造业自动化，2019，41（9）：68-72.

[7] CAMPIONI F，CHOUDHURY S，AI-TURJMAN F. Scheduling RFID networks in the IoT and smart health era [J].Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing，2019，10（10）：4043-4057.

[8] 闫一佳，闫洪涛，王志标，等.RFID在高危场所安全警示管理系统上的应用 [J].科技创新与应用，2019（27）：167-168.

作者简介：聂壹琦（1998-），女，汉族，安徽合肥人，本科在读，研究方向：计算机科学技术;通讯作者：金力（1979-），男，汉族，安徽合肥人，讲师，硕士研究生，主要研究方向：信息与网络技术。