專利名稱：基于rfid的電子化宿舍防盜系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數字化電子防盜系統，特別是涉及基于RFID識別技術的電子防盜系統及方法。
背景技術：
目前已經存在的電子防盜技術包括聲磁防盜技術、無線電/射頻技術、電磁波技術等，下面對各種技術進行概要的介紹，并分析它們在高校宿舎防盜這種場景的應用情況。聲磁防盜技術利用了音叉只有在振蕩頻率相同情況下才引起共振的原理，將聲磁系統標簽固定在物品上，當標簽進入檢測區(qū)域時，會產生共振，當接收器接受到連續(xù)四次共振信號吋，系統發(fā)出警報。該技術具有防盜檢測率高、準確率高、抗干擾性好、檢測范圍大等特點，但成本較高，目前廣泛應用于百貨、超市等環(huán)境。 無線射頻防盜技術(Radio Frequency)已經問世30多年,是應用較早的電子防盜系統，它利用無線電射頻作為系統發(fā)射和接收檢測的信號。該技術通過將標簽貼在物品上，當標簽進入感應范圍時，標簽能夠觸發(fā)系統而進行報警。該技術的特點是成本較低，但誤報率也較高、容易被屏蔽，主要的應用場景也是百貨商店、服裝店、超市等。微波防盜技術采用微波(Microwave)作為檢測信號，同樣將標簽貼在物品上，當標簽進入檢測區(qū)域時，系統會發(fā)出警報。該技術的檢測率一般為60%左右，但因其標簽小、價格便宜，通常用戶圖書、音像產品等的保護。以上防盜技術問世多年，并且已經廣泛應用，但并不適用于高校集體宿舎的防盜場景，因為宿舍的防盜場景并不同于普通的超市、百貨商店、書店或者圖書館的防盜場景。宿舍是開放式的管理，超市等是封閉式的管理，宿舍的開放體現在學生的貴重物品是多次流通的，不同于超市中的商品是一次流通的。以筆記本電腦為例，通常學生因為學習、社団工作或科研的需要，經常將電腦帶出宿舎，在使用完畢后又將電腦帶回宿舎。如果在超市任何人將貼有標簽的電腦帶出去都將被識別為盜竊行為，但在宿舍這種情況并不是盜竊的行為。高校宿舎的防盜的場景比普通的超市、商店、書店在邏輯上更加復雜，盜竊的行為識別更加復雜。本發(fā)明正是針對高校學生宿舎這種復雜的應用場景，提出基于RFID技術的防盜方法，該方法能夠區(qū)分出正常的物品的流動和盜竊行為，并在盜竊行為發(fā)生時發(fā)出警報，因此本發(fā)明在宿舎防盜這ー特定應用領域具有較高的實用性。

發(fā)明內容
基于上述現有技術中存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種基于RFID的電子化宿舍防盜系統，通過對宿舎防盜場景的各個環(huán)節(jié)進行抽象建模，提出區(qū)分物品正常的流動和盜竊行為這ー關鍵防盜環(huán)節(jié)的解決方法，最后通過運用計算機程序和RFID技術進行實驗驗證，構建電子化的宿舍防盜系統及方法。本發(fā)明提出一種基于RFID的電子化宿舎防盜系統，該系統所包含的硬件包括 位于客戶端的被管理物品、系統認證物主、RFID標簽與讀寫器、防盜控制單元及位于服務端的數據處理平臺和數據庫，RFID標簽，作為系統為用戶和用戶想要監(jiān)管的物品各分配ー個RFID標簽，貼在物品上的標簽稱為物品標簽，用戶攜帶的標簽成為物王標簽；物王標簽為王標簽，物品標簽為從標簽；在分發(fā)給用戶的同時將在系統中記錄此物主標簽與從標簽的信息，標記主標簽與從標簽的關聯關系，多個物品標簽而同時只有 Iv物王標簽，Iv物品標簽對應隹一的物品;
RFID讀寫器，用于識別通過宿舍出口的物品或人所攜帯的標簽，通過防盜控制單元與讀寫器相連，從讀寫器獲得讀到的數據，并利用這些數據進行匹配，區(qū)分出正常的物品流動或盜竊行為；防盜控制單元，先該單元的監(jiān)控程序通過串ロ連接RFID讀寫器，每隔設置的時間間隔就讀取一次感應區(qū)域可能會出現的RFID標簽信息；當攜帯標簽的物主或物品進入系統感應區(qū)吋，RFID讀寫器能讀取到一組標簽信息，該單元控制流程包括以下操作(I)監(jiān)控程序遍歷當次閱讀器所讀取到的一組標簽信息，遍歷標簽，對每個標簽信息進行檢測，判斷其是物主標簽或物品標簽，如果是物主標簽則將標簽信息存儲進歷史標簽數據中；如果是物品標簽則從歷史標簽數據和當前讀到的剩下的標簽信息中繼續(xù)查找；(2)將標簽信息存儲進歷史標簽數據中；(3)從歷史標簽數據和當前讀到的剩下的標簽信息中繼續(xù)查找，當被標記的物主標簽和被標記的物品標簽同時出現時,或者只有被標記的物主標簽出現時,此時識別為物品正常流動；而當僅有被標記的物品標簽出現，該物品所屬物主并未出現時，此時識別為盜竊行為，系統立即報警；數據處理平臺和數據庫，用于該系統的數據處理界面和歷史標簽數據保存。所述防盜控制單元中還設置一定時器，當RFID標簽長時間處在感應區(qū)里而導致系統一直讀取標簽信息，將記錄當前讀取標簽的時間，如果讀寫器再次讀取到標簽信息，將判斷兩次讀取之間的時間間隔，如果時間間隔在ー時間內，則說明物主一直處在感應區(qū)內未離開，當超過設定時間時，會從歷史標簽數據中的清除掉由此產生的過期數據，然后定時器重新計時。所述防盜控制單元與讀寫器之間采用串ロ RS232連接。所述RFID標簽為無源的UTF915MHZ標簽。所述讀寫器為對應的915MHz的讀寫器。與現有技術相比，本發(fā)明的電子化宿舎防盜系統，能夠滿足無人值守的防盜系統，并且通過特殊的防盜算法保證了防盜精度高，避免防盜誤判給物主和管理者帶來的損失，是ー種智能化的控制系統。


圖I為本發(fā)明所應用的高校宿舎防盜場景模擬圖；圖2為本發(fā)明的基于RFID的電子化防盜系統的系統結構示意圖；圖3為本發(fā)明的RFID標簽信息數據結構圖；圖4為本發(fā)明的基于RFID的電子化防盜系統的防盜控制單元流程圖5為本發(fā)明實施例的實驗場景ー(物主與物品同時出現)場景示意圖；圖6為本發(fā)明實施例的實驗場景ニ(物品出現，物主未出現)場景示意圖；圖7為本發(fā)明的防盜控制單元核心算法編碼截圖。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例詳細描述本發(fā)明的技術方案。如圖I所示的模擬圖。當物品標簽被激活并貼在物品上后，該物品將會被系統監(jiān)管，物品被帶出宿舍進入感應區(qū)系統將會做出相應處理系統感應到物品標簽時，如果在I 3s內感應到了該物品持有者的物主標簽視為一次安全的物品轉移過程，記錄此次感應的時間；系統感應到物品標簽時，如果在I 3s內未感應到該物品持有者的物主標簽將報警，此時宿舎管理人員可以對物品攜帯者進行身份核對；如果該攜帯者聲明有物品持有者 許可，此時要求出示該攜帶者的學生卡，查詢該學生信息，將信息中頭像與該攜帶者對比，如符合記錄此次物品轉移的詳情，同時記錄此攜帶者的身份信息；如果該攜帯者未有物品持有者的許可，則視為違規(guī)的物品流動，系統發(fā)出警報通知安保或物業(yè)人員進行排查。如圖2所示，為本發(fā)明的系統結構圖，該系統所包含的硬件包括被管理物品、系統認證物主、物品/物主RFID標簽與讀寫器，系統數據處理平臺。電子標簽為無源的UTF915MHZ標簽，讀寫器為對應的915MHz的讀寫器。由于本專利針對宿舍防盜，在學生宿舍樓，學生出入都要經過宿舍樓的大門。我們認為宿舎樓內構成一個相對封閉的環(huán)境，在宿舎樓的大門處部署系統。學生進出宿舍樓，攜帯的電子標簽將會觸發(fā)讀寫器的識別，系統根據讀寫的電子標簽的內容做出相應的處理。(I)物品/物主RFID標簽系統給用戶和用戶想要監(jiān)管的物品各分配ー個RFID標簽，其中貼在物品上的標簽稱為物品標簽，用戶攜帶的標簽成為物王標簽。物王標簽為王標簽，物品標簽為從標簽。在分發(fā)給用戶的同時將在系統中記錄此物主標簽與從標簽的信息，標記主標簽與從標簽的關聯關系。用戶可以同時管理多個物品，即有多個物品標簽而同時只有一個物主標簽。物主標簽。當有新用戶想使用系統時，將新用戶的信息錄入系統，同時將分配給用戶的唯一標識符(例如學號)寫入RFID標簽作為物主標簽分發(fā)給用戶，同時生成一個與該用戶關聯的物品標識符寫入RFID標簽作為物品標簽分發(fā)給用戶。每位用戶將持有唯一的物主標簽，根據被監(jiān)管物品的數量可以持有不同數量的物品標簽，但保證ー個物品標簽對應唯一的物品。物品標簽。在分發(fā)物主標簽的同時生成一個與該用戶關聯的物品標識符寫入RFID標簽分發(fā)給用戶，此時的物品標簽為不可用狀態(tài)，即使該標簽進入感應區(qū)也不作出處理。用戶必須登陸本系統并填入被監(jiān)管物品的信息，確認無誤后將激活物品標簽，此時物品標簽算作可用。用戶將物品標簽貼在想要被保護的物品上。一個用戶可申請多個物品標簽，激活方式同前。(2) RFID 讀寫器RFID是ー種非接觸式的自動識別技木，該技術利用射頻信號和空間耦合或雷達反射的傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。讀寫器通過天線與RFID電子標簽進行無線通信，可以實現對標簽識別碼和內存數據的讀出或寫入操作。在本發(fā)明中采用RFID讀寫器來識別通過宿舍出ロ的物品或人所攜帯的標簽，通過PC程序與讀寫器相連，程序從讀寫器獲得讀到的數據，并利用這些數據進行匹配，區(qū)分出正常的物品流動或盜竊行為。(3)物品/物主標簽信息編碼格式系統在RFID標簽中寫入標簽編號，標簽編號所對應的物主或者物品的詳細信息，其中物品信息包括物品編號、物品名稱、物品描述、物品RFID標簽號、所屬用戶編號等，而物主信息包括物主編號、姓名、學號、物主RFID標簽號等。存儲在服務器端的數據庫中。標簽編號具有自標識的作用，在讀取到物主標簽和物品標簽的信息時，可以不用查詢數據庫也能判斷出所讀到的標簽信息是物主標簽還是物主標簽，并且通過對標簽編號進行特殊設計能夠區(qū)分出物主和物品的關系。標簽中的信息錄入格式如下物主標簽標識用戶身份的唯一編碼，即學號，形如13007218140XXX，第I位為標 志位，I表不為物王標簽，O表不為物品標簽，最后二位為保留位。物品標簽包含持有者編號和對應的物品序列編號，如03007218140001，第I位為
標志位，最后三位為持有者的物品編號，順序編碼。本發(fā)明的電子化防盜系統，對宿舎防盜場景進行抽象建模并用形式化的方法進行描述。將宿舍防盜場景所涉及的主要元素進行歸納，包括物品、物主、防盜系統，將主要涉及到的行為歸納為物品正常流動、盜竊行為，防盜的主要地點在宿舎的主要的出口處，本發(fā)明的防盜方法是為了能夠區(qū)分物品正常流動和盜竊行為。通過數學理論分析，條件P :物品出現；條件Q :物主出現；結論R :物品正常流動，結論S :盜竊行為。它們遵循以下邏輯規(guī)律P n Q — R-^P []Q RP^ S 公式 I如公式I所示，這兩項活動可以采用元組的形式進行抽象物品正常流動=(物品，物主)I (無物品，物主)，盜竊行為=(物品，無物主)?；诖死碚摶A，本發(fā)明為物主和物品進行標記，在宿舎的主要出ロ處進行識別。當被標記的物主和被標記的物品同時出現時，或者只有被標記的物主出現時，此時識別為物品正常流動；而當僅有被標記物品出現，該物品所屬物主并未出現時，此時識別為盜竊行為，會引發(fā)報警。完成宿舎防盜方法的理論推理后，本發(fā)明運用RFID技術進行了試驗。本發(fā)明利用RFID能夠在沒有機械或者光學接觸的條件下通過射頻信號識別目標的特性，通過RFID標簽對物主和物品進行標識，使用RFID讀寫器作為出口處監(jiān)控設備，通過編寫計算機程序對進入感應區(qū)的標簽進行識別和匹配，從而區(qū)分物品正常流動和盜竊行為，并進而實現防盜預警的效果。本發(fā)明的基于RFID的電子化宿舍防盜系統包括的軟件實現包括在軟件方面，構建一個記錄標簽信息的數據庫和實現系統邏輯的控制程序。詳細描述如下(I)標簽信息數據存儲數據庫中記錄標簽的種類(物主標簽和物品標簽)，標簽之間的對應關系，標簽的擁有者及其相關信息。如圖3所示，存儲的數據包括物主信息和物品信息，每個物主信息對應O到多個物品信息，他們之間是從屬的關系，同時確定了 “物主RFID標簽編號”和“物品RFID標簽號”的從屬關系。在防盜系統進行識別時基于該從屬關系，即RFID閱讀器讀到標簽信息后通過編號識別出“物主RFID標簽號”或“物品RFID標簽號”，如果識別出的是物品的RFID標簽，通過查詢該數據存儲結構能夠獲得該物品標簽所屬的“物主RFID標簽號”然后在讀出的其他的標簽信息中查找是否有該物主標簽信息出現。(2)防盜控制單元流程首先該單元的監(jiān)控程序通過串ロ連接RFID讀寫器，每隔設置的時間間隔就讀取一次感應區(qū)域可能會出現的RFID標簽信息；當攜帯標簽的物主或物品進入系統感應區(qū)吋，RFID讀寫器能讀取到一組標簽信息。如圖4所示，為本發(fā)明的防盜控制流程圖，包括以下步驟a)監(jiān)控程序遍歷當次閱讀器所讀取到的一組標簽信息，遍歷標簽，對每個標簽信息進行檢測，判斷其是物主標簽或物品標簽，如果是物主標簽則執(zhí)行b)步驟；如果是物品標簽則執(zhí)行c)步驟； b)將標簽信息存儲進歷史標簽數據中(由于閱讀器讀取間隔較小，而物主或物品在感應停留的時間較長，本次識別出物品標簽信息時，物主標簽信息可能在上次已經被識別率，因此將以往讀取到的標簽信息存入歷史標簽數據中)。c)從歷史標簽和當前讀到的剩下的標簽信息中繼續(xù)查找，如果能夠找到該標簽對應的物主標簽信息，說明此物品由其擁有者攜帯出入，則該物品和物主順利通過；如果不存在對應的標簽，說明此物品非法出入，可能有盜竊行為的發(fā)生，系統立即報警；d)為防止標簽長時間處在感應區(qū)里而導致系統一直讀取標簽信息，將記錄當前讀取標簽的時間，如果讀寫器再次讀取到標簽信息，將判斷兩次讀取之間的時間間隔，如果時間間隔在ー時間內，則說明物主一直處在感應區(qū)內未離開，在主進程處理標簽的信息時，需要不斷地將讀到的歷史數據存儲起來，以供后期出現的物品標簽信息查閱，但是如果不對這些信息進行操作的話，會出現無限增長的狀況，因此使用另ー個定時器，當超過規(guī)定的時間時，會清除掉歷史標簽數據中的過期數據，然后重新計時。這樣能夠保證當前存儲的標簽信息是最新的，能搞保證防盜方法識別盜竊行為的精確度。本發(fā)明的防盜控制方法具體實施例描述如下啟動控制流程，設置RFID讀寫器端ロ。如本實施例的參數輸入界面為高校宿舎防盜系統監(jiān)控程序主界面，在程序啟動后點擊“設置”，出現參數設置窗ロ(圖中上層小窗ロ)，設置筆記本電腦連接RFID讀寫器的串行端ロ，圖中設置為使用C0M7端ロ，波特率為9600bps，讀寫器的地址碼設置為Generic ；設置讀取標簽的次數為Continous,姆隔IOms讀取一次感應范圍內的標簽信息。其中主窗ロ包含“學生信息”、“電腦信息”和“ Operations”，其中學生信息用于顯示RFID讀寫器讀取到物主標簽的信息，包括“姓名”、“學號”、“學院”和“房間號”等信息；“電腦信息”用于顯示RFID讀寫器讀取到的物品標簽信息，此處以電腦為例，通過標簽所攜帶的編號，顯示該物品已經注冊在系統的詳細信息，包括“品牌”、“型號”、“顔色”、“尺寸”、“重量”等信息。當RFID讀寫器讀到物品標簽信息時，會顯示該物品標簽信息所對應的詳細信息和該物品所屬的物主的詳細信息。在此顯示物品和所屬物主的詳細信息是為了方便宿舍管理人員的工作，當系統報警時通過該界面就能知道引發(fā)報警的物品標簽所對應的物品詳細信息和所屬物主信息，工作人員可以通過核對物品攜帯者的信息和該用戶在系統注冊的信息來判斷盜竊行為是否發(fā)生。物主與物品同時通過感應區(qū)域場景如圖5所示，實驗場景ー為物主與物品同時通過RFID讀寫器感應區(qū)域時的實驗環(huán)境，圖中背書包同學身上攜帯便攜式RFID標簽，而書包內筆記本電腦上粘貼了永久粘貼式RFID標簽。當該同學背著書包通過RFID讀寫器吋，監(jiān)控程序通過讀寫器獲得物品標簽消息并查找是否出現了物主標簽信息。在這個場景中物主同時出現，匹配通過監(jiān)控程序的“Operations”區(qū)域顯示“檢測到學生標簽”、“檢測到電腦標簽”、“匹配，XXX通過”，使該物主和物品均順利通過。物品通過感應區(qū)域，物主未出現場景如圖6所示，實驗場景ニ為物品通過感應區(qū)域而物主未出現的場景，在該場景的實驗過程中，實驗同學背上了貼有永久粘貼式的RFID標簽的電腦，而該同學并未攜帯其物主RFID便攜式標簽。當通過RFID讀寫器感應區(qū)域時，在“Operation”區(qū)域顯示“檢測到電腦標簽”、“匹配失敗，沒有檢測到物主XXX的學生標簽信息”，此時系統引發(fā)報警裝置，此時由工作人員負責對該電腦攜帶者進行核查，以區(qū)分是否為盜竊行為。上述具體實施例中選擇硬件設備(RFID讀寫器、RFID標簽)的詳細技術參數如表I所示表IRFID讀寫器與標簽技術參數
權利要求
1.一種基于RFID的電子化宿舍防盜系統,該系統所包含的硬件包括位于客戶端的被管理物品、系統認證物主、RFID標簽與讀寫器、防盜控制單元及位于服務端的數據處理平臺和數據庫，其特征在干 RFID標簽，作為系統為用戶和用戶想要監(jiān)管的物品各分配ー個RFID標簽，貼在物品上的標簽稱為物品標簽，用戶攜帶的標簽成為物王標簽；物王標簽為王標簽，物品標簽為從標簽；在分發(fā)給用戶的同時將在系統中記錄此物主標簽與從標簽的信息，標記主標簽與從標簽的關聯關系，多個物品標簽而同時只有一個物主標簽，一個物品標簽對應卩隹一的物品； 讀寫器，用于識別通過宿舍出口的物品或人所攜帯的標簽，通過防盜控制單元與讀寫器相連，從讀寫器獲得讀到的數據，并利用這些數據進行匹配，區(qū)分出正常的物品流動或盜竊行為； 防盜控制單元，該單元的監(jiān)控程序通過串ロ連接RFID讀寫器，每隔設置的時間間隔就讀取一次感應區(qū)域可能會出現的RFID標簽信息；當攜帯標簽的物主或物品進入系統感應區(qū)吋，RFID讀寫器能讀取到一組標簽信息，該單元控制流程包括以下操作 (1)監(jiān)控程序遍歷當次閱讀器所讀取到的一組標簽信息，遍歷標簽，對每個標簽信息進行檢測，判斷其是物主標簽或物品標簽，如果是物主標簽則將標簽信息存儲進歷史標簽數據中；如果是物品標簽則從歷史標簽數據和當前讀到的剩下的標簽信息中繼續(xù)查找； (2)將標簽信息存儲進歷史標簽數據中； (3)從歷史標簽數據和當前讀到的剩下的標簽信息中繼續(xù)查找，當被標記的物主標簽和被標記的物品標簽同時出現時，或者只有被標記的物主標簽出現時，此時識別為物品正常流動；而當僅有被標記的物品標簽出現，該物品所屬物主并未出現時，此時識別為盜竊行為，系統立即報警； 數據處理平臺和數據庫，用于該系統的數據處理界面和歷史標簽數據保存。
2.如權利要求I所述的基于RFID的電子化宿舎防盜系統，其特征在于，所述防盜控制単元中還設置一定時器，當RFID標簽長時間處在感應區(qū)里而導致系統一直讀取標簽信息，將記錄當前讀取標簽的時間，如果讀寫器再次讀取到標簽信息，將判斷兩次讀取之間的時間間隔，如果時間間隔在ー時間內，則說明物主一直處在感應區(qū)內未離開，當超過設定時間時，會從歷史標簽數據中的清除掉由此產生的過期數據，然后定時器重新計時。
3.如權利要求I所述的基于RFID的電子化宿舎防盜系統，其特征在于，所述防盜控制單元與讀寫器之間采用串ロ RS232連接。
4.如權利要求I所述的基于RFID的電子化宿舍防盜系統，其特征在于，所述RFID標簽為無源的UTF915MHZ標簽。
5.如權利要求I所述的基于RFID的電子化宿舎防盜系統，其特征在于，所述讀寫器為對應的915MHz的讀寫器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于RFID的電子化宿舍防盜系統，該系統所包含的硬件包括位于客戶端的被管理物品、系統認證物主、RFID標簽與讀寫器、防盜控制單元及位于服務端的數據處理平臺和數據庫，當被標記的物主標簽和被標記的物品標簽同時出現時，或者只有被標記的物主標簽出現時，此時識別為物品正常流動；而當僅有被標記的物品標簽出現，該物品所屬物主并未出現時，此時識別為盜竊行為，系統立即報警與現有技術相比，本發(fā)明的電子化宿舍防盜系統，能夠滿足無人值守的防盜系統，并且通過特殊的防盜算法保證了防盜精度高，避免防盜誤判給物主和管理者帶來的損失，是一種智能化的控制系統。
文檔編號G06K17/00GK102693440SQ201210131210
公開日2012年9月26日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者任珊, 張仁宇, 梁其烜, 邵陽 申請人:天津大學