关键词：NFC；智能口罩；身份识别

中图分类号：TP399 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

实现身份识别有很多种方式，随着人工智能等科技手段在疫情防控中的不断应用，身份特征学习、身份識别逐渐成为研究热点[1-2]。目前，用于公共场合身份识别的主要是基于智能手机的移动应用[3]，也有一些学者提出利用人体的生理特征或行为特征（如指纹特征、人脸特征[4-5]、步态特征和签名笔迹等）实现身份认证。但是，以上技术在使用时存在如下问题：进入公共场合需要进行身份确认时，需要使用手机出示身份认证码，无法实现无接触式疫情防控。现有认证方案的局限性，如生理特征识别技术涉及的个人隐私问题、智能手机识别技术的制造成本问题等，已经无法满足互联网环境下对身份认证可靠性及隐私性的高要求[6]。

NFC（近场通信）技术应用的普及，给解决上述问题提供了新的思路。NFC技术是由RFID技术发展演化升级而来的一项技术，具备很多优点[7-8]，如不需要物理接触、存储容量大、不需要电源等。本文提出一种基于NFC的智能口罩方案，用于解决个人身份识别问题，降低了防疫期间的接触感染风险。

2 一种具有身份识别功能的智能口罩的设计（Designof an intelligent mask with identity recognitionfunction）

具有身份识别功能的智能口罩主体为包含NFC芯片的智能口罩，为了实现身份识别功能，还需要配套信息采集硬件和使用云平台。其中，NFC芯片是底层的硬件基础，放置于佩戴在使用者身上的口罩，用于记录使用者的身份信息，并通过具有NFC采集功能的硬件把口罩内的个人信息采集后上传给云平台，云平台对上传的数据进行处理、分析和存储，并对比识别认证用户信息，从而实现个人身份的识别，实现本方案的系统结构图如图1所示。

2.1 智能口罩设计

此种智能口罩的结构包含外层、内层、滤芯层、调节带及设置在调节带上的活动调节扣、设置在罩体内层中间位置的鼻夹处条状海绵条、设置在罩体对应鼻孔处右侧的呼吸阀、设置在罩体内层轮廓的若干段硅橡胶线、设置在罩体左侧的透明的塑料小口袋，可以将预先储存个人信息的NFC贴纸芯片放入透明塑料口袋中。智能口罩结构如图2所示；NFC贴纸标签如图3所示。遗弃口罩本体时，可将存放个人信息的NFC贴纸芯片取出，再放入新的口罩使用，提高了口罩的实用性和环保性。

本文使用的NFC技术是一种短距高频的无线电技术，它的工作模式一般分为被动模式和主动模式。被动模式中NFC发起设备（也称为主设备）需要供电设备输出的能量提供射频场，并将数据发送到NFC目标设备中（也称从设备），传输速率需在106 kbps、212 kbps或424 kbps中选择。从设备不产生射频场，所以不需要供电设备，而是利用主设备产生的射频场转换成电能为从设备的电路供电；从设备接收到主设备发送的数据，并且利用负载调制技术，以相同的速度将从设备数据传回主设备。

智能口罩中利用NFC被动模式从设备的无源特性，可由人员密集场所统一将人员信息写入NFC芯片，再将芯片放入口罩的口袋中。这样，在需要人员身份验证的场合就不需要任何附加设备就可以完成无接触的人员身份验证。

智能口罩中的NFC标签可采用Type1、Type2类型。其中，Type1类型的NFC标签基于ISO14443A协议，具有可读写功能，用户可将其配置为只读，其存储能力为96字节，可用来存云服务器网址URL或少量用户数据，通信速度为106 kb/s，典型芯片为Topaz 512（BCM20203）。Type2类型的NFC标签也是基于ISO14443A协议，其内存大小为48字节，但可以被扩充到2 k字节，通信速度也是106 kb/s，典型的芯片类型为NTag203/210/213/215/216等。

2.2 具有NFC采集功能的智能硬件设备

作为个人信息采集的平台，智能口罩配套的硬件采集设备采用读卡器模式工作，通过主动发出射频场识别和读取口罩本体中的NFC标签。硬件感知系统包括射频电路、通信电路以及其他外围设备，用于完成智能口罩中的个人信息采集，并将获得的数据传输至云平台中，采集系统结构如图4所示。

采集部分的硬件是以STM32开发板为中心，匹配与其兼容的NFC获取硬件单元（如手机），其中各部分连接及需实现的功能如下。①NFC获取硬件单元：一般指NFC读卡器（如手机），用于识别读取NFC智能口罩中的个人信息；②电源：用于为STM32开发板供电；③显示器：采用LCD显示器与开发板连接，完成数据显示。

2.3 云平台

当智能硬件完成个人信息的采集后，可利用Wi-Fi技术实现与云平台的通信，以此将获取的用户数据与云平台中记录的数据进行对比，完成用户身份识别，具体功能如图5所示。

3 系统实现（Implementation of the system）

本研究采用MySQL数据库、PHP语言、Java语言结合的技术方案进行智能口罩身份识别功能的验证。其中，MySQL数据库用于有效存储数据设计，PHP语言用于云平台搭建，Java语言用于个人信息采集的开发。

3.1 有效存储数据的设计

用户的个人信息数据会统一存储在数据库系统中，为了保证数据的安全，同时便于有效维护，以应对大规模终端数据采集设备带来的高并发性，数据库中需要创建索引来提高查询速度。文中数据库表包括个人信息存储表（表1）、导出信息数据表、紧急通知导出信息表等。

3.2 系统实现方案设计

本研究所提系统的实现方案主要运用物联网技术，由硬件端、服务器端和移动应用端构成。利用置于智能口罩中的NFC芯片存储个人信息，在需要进行人员身份识别的公共场所（如学校、人员密集型单位）使用具有NFC信息采集的设备（如手机等）即可在无须大规模硬件升级的条件下，实现基于口罩的人员身份识别功能。

图6和图7为智能口罩的核心功能（个人信息识别功能）实现的效果图，从中可以看到将信息采集设备贴近扫描口罩时，可以读取口罩芯片内的个人信息，该信息上传云平台进行信息验证后，可返回相应的验证结果。

4 结论（Conclusion）

目前，市面上的医用口罩采取了多种方式提高杀菌效率、佩戴舒适度和气密性，但功能单一，一般只具备抵抗液体、过滤颗粒物和细菌等效用。也有些方案结合电子技术，提出了智能化口罩的概念，但无法通过口罩进行个人身份信息的识别，在用户进入需要进行身份确认的公共场合时，仍需要利用手机出示身份认证码，无法实现无接触式身份识别。本研究提出一种基于无源NFC的智能口罩设计方案，可以解决个人身份信息的识别问题，实现了无接触式疫情防控，能够大大提高人员信息检查的效率，降低工作人员的排查压力。

作者简介：

陈秀寓（1977-），女，硕士，副教授.研究领域：教学模式及其应用，信息研究.