一種基於半有源RFID技術的泳池定位救生係統
學術研究
作者：來佳立 楊登輝 季瑞鬆
摘 要：在大型遊泳館向人們開放的過程中，曾發生過多起安全事故，存在諸多管理問題。為解決這一問題，文章提出了一種基於半有源RFID技術的泳池定位救生係統。該係統采用低頻激勵器、RFID閱讀器、雙頻RFID標簽、攝像頭和上位機搭建實驗係統，經過測試證明，該係統定位信息和圖像抓取實時、準確，係統穩定可靠。
關鍵詞：半有源RFID；低頻激勵器；雙頻RFID標簽；泳池定位救生係統
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）08-00-02
0 引 言
物聯網的概念從開始提出，到現在被大眾所理解和接受，可謂是時間短、發展迅速。事實上，物聯網技術涉及到人們日常生活的方方麵麵，如車輛智能鑰匙，當持有智能鑰匙的車主人靠近車輛時，車門即可自動打開，使人們在感歎高科技的同時，會發現這也正好驗證了物聯網的“物”與“物”相連的理念。RFID作為物聯網技術的一種，可通過無線電訊號的方式識別特定目標並獲取該目標的相關信息，而無需直接接觸[1]。識別方式可根據產品形態分為無源RFID、有源RFID和半有源RFID。無源RFID產品發展最早，也發展最成熟，它是利用閱讀器發射能量激活標簽，並接收標簽反射回來的能量，達到獲取標簽信息的目的；有源RFID產品是最近幾年慢慢發展起來的，標簽可以主動發射能量，與閱讀器進行信息交換，通信距離遠；半有源RFID技術[2]是近兩年剛剛起步的技術，它結合了有源RFID及無源RFID的優勢，利用低頻近距離精確定位，微波遠距離通信，方式靈活，應用麵廣。
本文提出的一種新的泳池定位救生係統正是基於半有源RFID技術，采用閱讀器、低頻激勵器、雙頻標簽、攝像頭和上位機組成的泳池定位救生係統，已經實施並取得了很好的實際使用效果，對解決大型遊泳池人員定位救生[2]，具有很好的應用前景。
1 泳池定位救生係統設計
基於半有源RFID技術的泳池定位救生係統，包括有源RFID閱讀器、125 kHz低頻激勵器、雙頻半有源RFID標簽、攝像頭及上位機；其中，雙頻半有源RFID標簽佩戴在遊泳者的手腕上，並配置SOS求救報警按鍵，其雙頻為125 kHz和2.45 GHz；有源RFID閱讀器包括處理器、數據存儲器，2.45 GHz通信模塊；125 kHz低頻激勵器包括處理器、電源模塊、2.45 GHz通信模塊、125 kHz發射天線；攝像頭負責采集遊泳者圖像信息；上位機負責對閱讀器上報的數據信息進行分析處理，並通過顯示器顯示出來，接收到SOS求救報警信號可及時進行報警提示。
當持有雙頻標簽的人員進入125 kHz低頻激勵器的覆蓋區後，雙頻標簽被喚醒，2.45 GHz開始工作。當標簽成功接收到激勵信息後，標簽由被動125 kHz接收狀態切換到主動2.45 GHz發射並接收狀態，同時將自身ID和喚醒自己的激勵器ID信息發送給有源RFID閱讀器，有源RFID閱讀器在接收到信息後和標簽握手，並將信息打包上報到上位機，最終由上位機根據激勵器ID和標簽ID，通過邏輯映射判斷遊泳者實時位置和狀態[3]，切換相應的攝像頭，顯示該遊泳者的實時畫麵。在低頻125 kHz低頻激勵器激勵雙頻標簽的時候，激勵器將通信信道、激勵器ID等信息以OOK調製方式調製在由MCU產生的125 kHz載波上形成激勵信號，並按照一定周期不斷地向外發送，雙頻標簽[4]進入激勵區即被喚醒。
2 125 kHz低頻激勵的硬件設計
125 kHz低頻激勵技術作為本文泳池定位救生係統的核心技術，激勵區域的邊沿控製是決定定位是否準確的前提，激勵半徑大小直接決定著定位能否實現。125 kHz低頻優點是波長長，不容易被遮擋和吸收，但缺點就是不容易發射，也就是說激勵距離很難做遠。要提高通信距離，就隻能提高激勵器發射信號的功率。