摘要：
科学技术日新月异，为了更好地满足实验教学、管理、服务的新要求，本文引入了RFID技术，设计了基于RFID技术的高校实验室设备管理系统。重点阐述了整个系统的功能、设备选型、数据库开发，对提高高校实验室的管理效率减少损失具有一定的积极促进作用。
关键词：
RFID；实验室；设备管理
实验室是高校开展教学、科研的重要基地。实验室的职责是围绕高校教学、科研来开展的，实验室的整体水平提升，做到与时俱进，那么教学、科研也会相应地得到提高，师生在实验室所做实验的结果也会越来越接近于标准值。进入21世纪，高校实验设备从采购到日常管理，都实现了管理规范化、网络化。但由于实验室设备比较多、使用周期长、设备在地理位置上比较分散、高校的不断扩长使得校区增多、人员调整频繁等诸多原因，有些设备的监管、清查成了问题。在周期性的例行设备清查时，管理员查找设备都要花费很多时间，对照设备名称、类型、编号等信息。这种做法导致的结果是大量的时间、精力消耗在设备清查上，然而设备管理的可靠性与及时性谁又能来保证呢？为了避免上述问题的出现，除了在制度上加强管理外，还需引入RFID技术加强设备管理。
一、相关技术介绍
(一)RFID系统的基本组成
RFID(RadioFrequencyIdentification)系统通常包括阅读器、电子标签和中央信息系统三部分，RFID系统组成见图1。电子标签又称射频卡，用来存放RFID系统中被识别设备信息的电子装置，由标签天线和专用芯片(包括控制模块和存储单元)组成，对于任一个标签设计了独一无二的标识码，它的作用是对设备的规格、型号、购买日期等信息进行保存，其样式随着应用对象的不同而有所区别.阅读器是RFID系统重要的组成部分，主要负责读取或写入电子标签数据和信息的无线电收发设备，又称读写器，通常包括外接天线和自带天线二种，通过非接触的方式向电子标签读取和写入电子数据，达到自动识别物体的目的，有固定式和手持式(便携式)两种。中央信息系统的主要作用是对阅读器获取的电子标签信息进行处理，一般由中间件、数据库和信息处理系统等组成，数据管理系统的作用是对电子标签进行读或写的控制和阅读器读取的数据信息进行存储管理。
(二)RFID系统的工作原理
本系统工作在高频、超高频远距离的RFID系统中，射频识别系统是根据电磁反向散射藕合的原理进行工作的，阅读器先发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时被激活，并将射频波转换为电能存储在电容中，从而为标签提供能量，标签利用所获得的能量将被识别设备的数据和信息发射出去，阅读器在接收到相关的数据和信息后，天线调节器再把无线信号传送给阅读器，阅读器把这些无线信号进行解调和解码，送至中央信息管理系统进行相关的处理，整个信息的收集和处理全部是以无线射频通信方式进行的。
二、基于RFID技术的高校实验室设备管理系统的设计
(一)功能框架设计
基于RFID技术的高校实验室管理系统在设计方面主要是把提高工作效率、用户需求摆在首要位置，从使用者的角度把整个管理系统划分三个模块：校级管理单元、院级管理单元和一般用户单元。这三个管理单元在实际工作中，在各自不同的权限下进行相应的操作。一般用户模块在进入系统后，权限是对个人信息可以查询和修改，设备、实验室信息、个人借用信息只能是查询。院级管理模块的权限是：对所属院系实验室设备的入库、验收、变动、库存、日常维护、作废操作，还有就是对于入库后的设备进行添加、完善、按一定要求查询信息；对于个人的密码进行修改；对于实验室或者阅读器可以添加、完善和删掉信息；对所属院系的设备进行统计分析，主要是提供各类数据统计及报表打印功能，以满足数据统计和上报的要求。校级管理模块的权限是最高的，在拥有院级管理模块权限的基础上，对整个系统框架进行维修和保护，对全校所有实验室进行总体规划和管理。在充分考虑高校的实际情况，我们设计了这个系统，在充分考虑院级实验室业务实际发生情况及对设备性能的需求，让系统具备开放、高效、前瞻性，综合设备、实验和人员，最终我们采用了RFID技术同互联网结合在一起的B/S三层体系结构，将基于RFID技术的高校实验室设备管理系统集成为设备管理、系统管理、系统查询、统计分析、教学管理等功能于一身。系统各功能模块功能结构如图2所示。
(二)设备选型
1.RFID阅读器。中控美芯的U9188A阅读器。该阅读器工作在超高频860-960MHz，射频功率输出为0—30dBm，内置802.11b/g无线通讯功能，通讯速率高达54MB/秒，满足CISCOCCX2，3安全标准，完全支持CISCOAP及安全规范，支持ISO18000-6C(EPCC1G2)，ISO18000-6B协议电子标签。支持ISO18000-6B和ISO18000-6C标准，可读写距离在0—5米.
2.RFID标签。高校实验室的设备一般具有金属表面，因此选择中控美芯的UHF抗金属标签，型号为AlienHiggs—3，无源，读写距离在0—10米，符合标准：ISO18000-6C，工作频率860—960MHz，内存512bits，有效使用寿命≥10年，有效使用次数≥10万次，环境温度范围35℃—120℃，采用铆钉固定或不干胶粘贴于设备表面，性价比较高，能够确保设备的准确登记和资产安全。
3.RFID天线。圆极化RFID天线，型号为C326003。天线增益7±1dBi，特征阻抗50Ω，采用玻璃纤维增强塑料，具有防腐蚀的特点，可用于各种实验室。
4.UHF电子标签通道设备。选择中控美芯的CH—AD—2861，完全自主知识产权设计，低功耗，内置蜂鸣器和指示灯。一款高性能的UHF电子标签通道设备，支持UHFEPCGen2(ISO18000—6C)、ISO18000—6B格式电子标签的快速防冲突解析和读写处理，拥有RS232串行通讯接口，可直接与控制器、主机及其它相关设备相连，对高校实验室而言是理想的选择。
(三)数据库创建
创建数据库的主要目标是最大限度地满足用户的需求和具有良好的数据独立性。本设计选用SQLServer2000作为DBMS，结合高校实验室设备管理系统对数据的实际需求，分析其内部关联性，设计出能准确表示数据关系、规模大小要适当、存取性能好、数据冗余小、并且满足各种查询要求的数据模型。本系统中实体有教师、学生、实验室管理员、实验室、实验仪器，教师的任务是辅导学生实验，负责学生的实验报告、成绩管理；实验室管理员不仅负责管理实验设备、教师、学生、实验室等，而且还要进行院级相关信息展示、对所属院系的相关内容进行日常维护；对于学生而言，主要的操作就是查询所使用院级实验室及其相关设备的信息进行查询、教师及实验选课等有关信息。
三、系统实施效益
RFID是21世纪最具变革力的新兴技术，它的应用给高校实验室设备管理带来了生机和活力。本文以某大学实训中心进行应用试点，安装了《基于RFID实验室设备管理系统》应用平台，给我们的管理带来了如下变化。
(一)不同用户分配不同的权利，可以确保数据的安全
系统中用户分为三种，其中超级管理员拥有最高的权限，其它两种用户拥有不同的权限。每种用户只能处理相应权限范围内的设备信息，既不能越权，又可以使设备的信息相对地安全。所有操作计算机都会记录在案，确保数据变化的可跟踪性，使整个系统的安全性大增。
(二)实现了对设备整个生命周期的管理
利用无线网络和RFID技术，就能完全实现对设备的整个生命周期的实时、动态、智能化跟踪管理，整个设备管理不再需要人为参与。为高校新建项目、改扩建项目的决策、资产合理使用提供了非常有意义的参考数据，资产利用率得到大幅度提高，投资边际效益也有所上升，设备投资减少的同时也避免了设备的闲置浪费。
(三)系统的应用改变了设备清查方式
建立了基于RFID技术的高校实验室设备管理系统后，只要使用阅读器就可以实现远距离读取全部设备信息，不再需要搬动设备、查看和逐一核对等繁琐的工作，设备清查做到彻底和全面。
(四)对设备的纸质文档实现了管理
在购买设备时，随机配送的有用户手册、保修卡、说明书等纸质文档。初始时这些文档被随意搁置。时间久了，当我们遇到问题需要维护时就找不到了。如今，有了RFID标签，可以将RFID标签贴在这些纸质文档上，不仅能随时找到文档，遇到维修等问题时再也不必为找不到保修卡而烦恼了。高校实验室引入了射频识别技术，一方面让实验室的工作效率有了大幅度的提升，另一方面对高校提高综合实力必将做出更大的贡献。
作者：张丽华 单位：华北水利水电大学软件学院
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