一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，包括多个无源RFID标签、多个定位读写器、门禁/借还读写器和应用服务器；每个无源RFID标签具有唯一的ID号，各无源RFID标签贴在各实验室设备上，各个定位读写器安装在实验室内且各个定位读写器的射频信号覆盖整个实验室，门禁/借还读写器安装在实验室靠门处；应用服务器设置写标签模块、设置模块、查询模块、借还设备模块、定位模块和数据库。本发明专利技术解决了实验室设备积压、盲目查找的现存问题，能够实时监控设备流向、管理设备信息、方便查找，节省了人力物力，易于实验室中迅速确定所查找设备的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统
本专利技术涉及无线射频
，具体是一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统。
技术介绍
仪器设备是高等学府赖以完成教学任务和科研项目必不可少的工具，因此，在高等学校的教学、经费等管理中占有特别重要的地位。仪器设备管理规范有序是保证教学任务与科研项目顺利进行的基础条件。全国重点高校，每年都会投入大量的资金引进设备器材，但传统的管理方式太依赖人工，缺少一种合理的管理方式，加上自身实验室设备大量购入，缺少统一管理，导致设备的积压；实验室设备交叉，想用某一样设备无法适时准确地找到它，给实验人员带来了不便，浪费了时间、人力、物力。这几种情况是广泛存在的，所以迫切需求一种可以管理实验室设备的系统。射频识别技术因其简单的工作原理和唯一性的身份信息，在物品追踪与定位方面得到了越来越大的发展。RFID射频识别系统主要包括读写器、标签和应用软件系统。RFID技术的基本工作原理并不复杂，读写器发出一定频率和功率的射频信号，所在读取范围内的标签接收读写器发出的射频信号，凭借标签天线感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者由标签主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)，读写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。以标签是否电池供电为划分标准RFID分无源和有源。有源标签价格比无源要贵很多，现在市场无源标签占大多数。基于测距的定位方法有依据信号到达时间TOA，信号传播往返时间RTOF，信号达到的时间差TDOA，信号到达的角度AOA，接受信号强度RSSI。成熟的定位系统有：RADAR、SpotON、LANDMARC，RADAR是通过实验建立参考节点的信号特征数据库，现场测量时进行信号匹配完成定位；SpotON利用聚合算法减少信号强度误差，利用传播模型求解读写器与待定标签的距离，最后利用定位算法对目标三维空间定位；LANDMARC是目前比较成熟的定位技术，其原理是在二维平面设置参考标签，借助参考标签与目标标签的信号强度对比，强度值差别越小说明目标标签越靠近参考标签，从而实现定位，这种方法可以有效的避免空间环境的各种因素的影响，但是在立体空间的定位有局限性。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统。本专利技术的技术方案是：一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，包括多个RFID标签、多个定位读写器、门禁/借还读写器和应用服务器；每个无源RFID标签具有唯一的ID号，各无源RFID标签贴在各实验室设备上，各个定位读写器安装在实验室内且各个定位读写器的射频信号覆盖整个实验室，门禁/借还读写器安装在实验室靠门处；所述无源RFID标签的ID号作为该实验室设备的ID号，与设备名称、购买时间、所属实验室、设备管理员、设备国别、设备供应商、设备单价一同作为实验室设备信息存入应用服务器的数据库，无源RFID标签的ID号用作查询该设备的关键字，无源RFID标签用于接收定位读写器发出的读/写标签命令；所述定位读写器用于根据应用服务器指令向无源RFID标签发送读标签命令、对无源RFID标签进行读操作、接收无源RFID标签反馈的射频信号，并根据该射频信号获取该无源RFID标签的ID号和射频信号强度，将获取的信息发送至应用服务器；所述门禁/借还读写器包括门禁模式和借还模式，当实验室设备未经借还操作即门禁模式时，门禁/借还读写器处于定时触发读标签状态，门禁/借还读写器检测到无源RFID标签出入实验室时识别无源RFID标签的ID号，并将该ID号对应的实验室设备的名称和出入实验室的时间记录到数据库提供报警信息查询；当实验室设备需要借还时，门禁/借还读写器切换至借还模式，读取需要借还的实验室设备的ID号，将该ID号对应的实验室设备的名称、借还时间、借还人员记录到数据库提供借还信息查询；所述应用服务器用于对无源RFID标签进行写操作、对定位读写器和门禁/借还读写器进行参数设置、查询和录入无源RFID标签及其对应的实验室设备信息和设备管理员信息，根据门禁/借还读写器在借还模式下读取的需要借还的实验室设备的ID号生成实验室设备借还信息，根据门禁/借还读写器在门禁模式下检测到的无源RFID标签出入实验室时的无源RFID标签的ID号，生成实验室设备报警信息，并根据空间坐标系和收发多功率信号强度矩阵得到无源RFID标签的坐标，完成实验室设备定位。所述应用服务器设置若干功能模块，包括写标签模块、设置模块、查询模块、借还设备模块、定位模块和数据库；所述写标签模块用于写入新进实验室设备对应的无源RFID标签的ID号，将该标签的ID号作为该实验室设备的ID号，与设备名称、购买时间、所属实验室、设备管理员、设备国别、设备供应商和设备单价一同作为实验室设备信息存入数据库；所述设置模块提供用户的操作权限，包括写标签、数据库信息更改、查询设备和读写器参数设置；所述查询模块用于进行实验室设备信息查询、报警信息查询和借还信息查询；所述借还设备模块用于在需要借还实验室设备时将门禁/借还读写器的工作模式从门禁模式更改成借还模式，并根据需要借还的实验室设备的ID号和借还时间生成实验室设备借还信息；所述定位模块用于根据定位读写器读取的无源RFID标签的ID号和获得的无源RFID标签反射回来的射频信号强度进行实验室设备定位；所述数据库用于存储实验室设备信息和设备管理员信息。所述定位模块按如下步骤进行实验室设备定位：步骤1：将实验室进行空间直角坐标化，x，y，z分别代表实验室的长、宽、高，m个定位读写器在实验室内的坐标分别为(x1，y1，z1)…(xm，ym，zm)；步骤2：确定要定位的实验室设备的名称，根据该名称确定要定位的实验室设备的ID号；步骤3：利用多功率扫描和RSSI相结合的方法进行实验室设备定位；步骤3.1：对m个定位读写器分别设置功率，功率范围：1～36dBm；其中，PRt为各定位读写器的功率取值的矩阵，Pmn为第m个定位读写器的第n个功率取值；步骤3.2：各定位读写器在不同功率下读取要定位的实验室设备对应的无源RFID标签反射回来的射频信号强度；其中，P′Rr为要定位的实验室设备对应的无源RFID标签反射回来的射频信号强度值矩阵，P′mn为第m个定位读写器接收到无源RFID标签反射回来的第n个射频信号强度值；步骤3.3：各定位读写器在不同功率下读取要定位的实验室设备对应的无源RFID标签反射回来的射频信号强度时，若无法识别到无源RFID标签，则将该功率下对应的RSSI空值视为无效，排除RSSI空值点；步骤3.4：根据RSSI模型计算无源RFID标签与各定位读写器的距离D＝(d1，d2…dn)；RSSI模型如下：P′Rr＝10log(PRt)-20(n′+1)log(dn)+C其中，dn为无源RFID标签在第n个射频信号强度值下的定位距离，GRt、GTag、GRr分别表示定位读写器的天线发射增益、无源RFID标签的天线增益和定位读写器的天线接受的增益，λ为波长；d0为任意的参考距离，Ploss(d0)是距离d0的自由空间路径损耗，Xσ是均值为0、方差是σ2的高斯分布随机数，单位是dB，Xσ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，其特征在于：包括多个无源RFID标签、多个定位读写器、门禁/借还读写器和应用服务器；每个无源RFID标签具有唯一的ID号，各无源RFID标签贴在各实验室设备上，各个定位读写器安装在实验室内且各个定位读写器的射频信号覆盖整个实验室，门禁/借还读写器安装在实验室靠门处；所述无源RFID标签的ID号作为该实验室设备的ID号，与设备名称、购买时间、所属实验室、设备管理员、设备国别、设备供应商、设备单价一同作为实验室设备信息存入应用服务器的数据库，无源RFID标签的ID号用作查询该设备的关键字，无源RFID标签用于接收定位读写器发出的读/写标签命令；所述定位读写器用于根据应用服务器指令向无源RFID标签发送读标签命令、对无源RFID标签进行读操作、接收无源RFID标签反馈的射频信号，并根据该射频信号获取该无源RFID标签的ID号和射频信号强度，将获取的信息发送至应用服务器；所述门禁/借还读写器包括门禁模式和借还模式，当实验室设备未经借还操作即门禁模式时，门禁/借还读写器处于定时触发读标签状态，门禁/借还读写器检测到无源RFID标签出入实验室时识别无源RFID标签的ID号，并将该ID号对应的实验室设备的名称和出入实验室的时间记录到数据库提供报警信息查询；当实验室设备需要借还时，门禁/借还读写器切换至借还模式，读取需要借还的实验室设备的ID号，将该ID号对应的实验室设备的名称、借还时间、借还人员记录到数据库提供借还信息查询；所述应用服务器用于对无源RFID标签进行写操作、对定位读写器和门禁/借还读写器进行参数设置、查询和录入无源RFID标签及其对应的实验室设备信息和设备管理员信息，根据门禁/借还读写器在借还模式下读取的需要借还的实验室设备的ID号生成实验室设备借还信息，根据门禁/借还读写器在门禁模式下检测到的无源RFID标签出入实验室时的无源RFID标签的ID号，生成实验室设备报警信息，并根据定位读写器获得的射频信号强度进行实验室设备定位。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，其特征在于：包括多个无源RFID标签、多个定位读写器、门禁/借还读写器和应用服务器；每个无源RFID标签具有唯一的ID号，各无源RFID标签贴在各实验室设备上，各个定位读写器安装在实验室内且各个定位读写器的射频信号覆盖整个实验室，门禁/借还读写器安装在实验室靠门处；所述无源RFID标签的ID号作为该实验室设备的ID号，与设备名称、购买时间、所属实验室、设备管理员、设备国别、设备供应商、设备单价一同作为实验室设备信息存入应用服务器的数据库，无源RFID标签的ID号用作查询该设备的关键字，无源RFID标签用于接收定位读写器发出的读/写标签命令；所述定位读写器用于根据应用服务器指令向无源RFID标签发送读标签命令、对无源RFID标签进行读操作、接收无源RFID标签反馈的射频信号，并根据该射频信号获取该无源RFID标签的ID号和射频信号强度，将获取的信息发送至应用服务器；所述门禁/借还读写器包括门禁模式和借还模式，当实验室设备未经借还操作即门禁模式时，门禁/借还读写器处于定时触发读标签状态，门禁/借还读写器检测到无源RFID标签出入实验室时识别无源RFID标签的ID号，并将该ID号对应的实验室设备的名称和出入实验室的时间记录到数据库提供报警信息查询；当实验室设备需要借还时，门禁/借还读写器切换至借还模式，读取需要借还的实验室设备的ID号，将该ID号对应的实验室设备的名称、借还时间、借还人员记录到数据库提供借还信息查询；所述应用服务器用于对无源RFID标签进行写操作、对定位读写器和门禁/借还读写器进行参数设置、查询和录入无源RFID标签及其对应的实验室设备信息和设备管理员信息，根据门禁/借还读写器在借还模式下读取的需要借还的实验室设备的ID号生成实验室设备借还信息，根据门禁/借还读写器在门禁模式下检测到的无源RFID标签出入实验室时的无源RFID标签的ID号，生成实验室设备报警信息，并根据空间坐标系和收发多功率信号强度矩阵得到无源RFID标签的坐标，完成实验室设备定位。2.根据权利要求1所述的基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，其特征在于：所述应用服务器设置若干功能模块，包括写标签模块、设置模块、查询模块、借还设备模块、定位模块和数据库；所述写标签模块用于写入新进实验室设备对应的无源RFID标签的ID号，将该标签的ID号作为该实验室设备的ID号，与设备名称、购买时间、所属实验室、设备管理员、设备国别、设备供应商和设备单价一同作为实验室设备信息存入数据库；所述设置模块提供用户的操作权限，包括写标签、数据库信息更改、查询设备和读写器参数设置；所述查询模块用于进行实验室设备信息查询、报警信息查询和借还信息查询；所述借还设备模块用于在需要借还实验室设备时将门禁/借还读写器的工作模式从门禁模式更改成借还模式，并根据需要借还的实验室设备的ID号和借还时间生成实验室设备借还信息；所述定位模块用于根据定位读写器读取的无源RFID标签的ID号和获得的无源RFID标签反射回来的射频信号强度进行实验室设备定位；所述数据库用于存储实验室设备信息和设备管理员信息。3.根据权利要求2所述的基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，其特征在于：所述定位模块按如下步骤进行实验室设备定位：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金海，范成鑫，刘振伟，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21