专利名称：基于rfid的电子化宿舍防盗系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字化电子防盗系统，特别是涉及基于RFID识别技术的电子防盗系统及方法。
背景技术：
目前已经存在的电子防盗技术包括声磁防盗技术、无线电/射频技术、电磁波技术等，下面对各种技术进行概要的介绍，并分析它们在高校宿舎防盗这种场景的应用情況。声磁防盗技术利用了音叉只有在振荡频率相同情况下才引起共振的原理，将声磁系统标签固定在物品上，当标签进入检测区域时，会产生共振，当接收器接受到连续四次共振信号吋，系统发出警报。该技术具有防盗检测率高、准确率高、抗干扰性好、检测范围大等特点，但成本较高，目前广泛应用于百货、超市等环境。 无线射频防盗技术(Radio Frequency)已经问世30多年,是应用较早的电子防盗系统，它利用无线电射频作为系统发射和接收检测的信号。该技术通过将标签贴在物品上，当标签进入感应范围时，标签能够触发系统而进行报警。该技术的特点是成本较低，但误报率也较高、容易被屏蔽，主要的应用场景也是百货商店、服装店、超市等。微波防盗技术采用微波(Microwave)作为检测信号，同样将标签贴在物品上，当标签进入检测区域时，系统会发出警报。该技术的检测率一般为60%左右，但因其标签小、价格便宜，通常用户图书、音像产品等的保护。以上防盗技术问世多年，并且已经广泛应用，但并不适用于高校集体宿舎的防盗场景，因为宿舍的防盗场景并不同于普通的超市、百货商店、书店或者图书馆的防盗场景。宿舍是开放式的管理，超市等是封闭式的管理，宿舍的开放体现在学生的贵重物品是多次流通的，不同于超市中的商品是一次流通的。以笔记本电脑为例，通常学生因为学习、社団工作或科研的需要，经常将电脑带出宿舎，在使用完毕后又将电脑带回宿舎。如果在超市任何人将贴有标签的电脑带出去都将被识别为盗窃行为，但在宿舍这种情况并不是盗窃的行为。高校宿舎的防盗的场景比普通的超市、商店、书店在逻辑上更加复杂，盗窃的行为识别更加复杂。本发明正是针对高校学生宿舎这种复杂的应用场景，提出基于RFID技术的防盗方法，该方法能够区分出正常的物品的流动和盗窃行为，并在盗窃行为发生时发出警报，因此本发明在宿舎防盗这ー特定应用领域具有较高的实用性。
发明内容
基于上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于RFID的电子化宿舍防盗系统，通过对宿舎防盗场景的各个环节进行抽象建模，提出区分物品正常的流动和盗窃行为这ー关键防盗环节的解决方法，最后通过运用计算机程序和RFID技术进行实验验证，构建电子化的宿舍防盗系统及方法。本发明提出一种基于RFID的电子化宿舎防盗系统，该系统所包含的硬件包括 位于客户端的被管理物品、系统认证物主、RFID标签与读写器、防盗控制单元及位于服务端的数据处理平台和数据库，RFID标签，作为系统为用户和用户想要监管的物品各分配ー个RFID标签，贴在物品上的标签称为物品标签，用户携带的标签成为物王标签；物王标签为王标签，物品标签为从标签；在分发给用户的同时将在系统中记录此物主标签与从标签的信息，标记主标签与从标签的关联关系，多个物品标签而同时只有 Iv物王标签，Iv物品标签对应隹一的物品;
RFID读写器，用于识别通过宿舍出口的物品或人所携帯的标签，通过防盗控制单元与读写器相连，从读写器获得读到的数据，并利用这些数据进行匹配，区分出正常的物品流动或盗窃行为；防盗控制单元，先该单元的监控程序通过串ロ连接RFID读写器，每隔设置的时间间隔就读取一次感应区域可能会出现的RFID标签信息；当携帯标签的物主或物品进入系统感应区吋，RFID读写器能读取到一组标签信息，该单元控制流程包括以下操作(I)监控程序遍历当次阅读器所读取到的一组标签信息，遍历标签，对每个标签信息进行检测，判断其是物主标签或物品标签，如果是物主标签则将标签信息存储进历史标签数据中；如果是物品标签则从历史标签数据和当前读到的剩下的标签信息中继续查找；(2)将标签信息存储进历史标签数据中；(3)从历史标签数据和当前读到的剩下的标签信息中继续查找，当被标记的物主标签和被标记的物品标签同时出现时,或者只有被标记的物主标签出现时,此时识别为物品正常流动；而当仅有被标记的物品标签出现，该物品所属物主并未出现时，此时识别为盗窃行为，系统立即报警；数据处理平台和数据库，用于该系统的数据处理界面和历史标签数据保存。所述防盗控制单元中还设置一定时器，当RFID标签长时间处在感应区里而导致系统一直读取标签信息，将记录当前读取标签的时间，如果读写器再次读取到标签信息，将判断两次读取之间的时间间隔，如果时间间隔在ー时间内，则说明物主一直处在感应区内未离开，当超过设定时间时，会从历史标签数据中的清除掉由此产生的过期数据，然后定时器重新计时。所述防盗控制单元与读写器之间采用串ロ RS232连接。所述RFID标签为无源的UTF915MHZ标签。所述读写器为对应的915MHz的读写器。与现有技术相比，本发明的电子化宿舎防盗系统，能够满足无人值守的防盗系统，并且通过特殊的防盗算法保证了防盗精度高，避免防盗误判给物主和管理者带来的损失，是ー种智能化的控制系统。
图I为本发明所应用的高校宿舎防盗场景模拟图；图2为本发明的基于RFID的电子化防盗系统的系统结构示意图；图3为本发明的RFID标签信息数据结构图；图4为本发明的基于RFID的电子化防盗系统的防盗控制单元流程图5为本发明实施例的实验场景ー(物主与物品同时出现)场景示意图；图6为本发明实施例的实验场景ニ(物品出现，物主未出现)场景示意图；图7为本发明的防盗控制单元核心算法编码截图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案。如图I所示的模拟图。当物品标签被激活并贴在物品上后，该物品将会被系统监管，物品被带出宿舍进入感应区系统将会做出相应处理系统感应到物品标签时，如果在I 3s内感应到了该物品持有者的物主标签视为一次安全的物品转移过程，记录此次感应的时间；系统感应到物品标签时，如果在I 3s内未感应到该物品持有者的物主标签将报警，此时宿舎管理人员可以对物品携帯者进行身份核对；如果该携帯者声明有物品持有者 许可，此时要求出示该携带者的学生卡，查询该学生信息，将信息中头像与该携带者对比，如符合记录此次物品转移的详情，同时记录此携带者的身份信息；如果该携帯者未有物品持有者的许可，则视为违规的物品流动，系统发出警报通知安保或物业人员进行排查。如图2所示，为本发明的系统结构图，该系统所包含的硬件包括被管理物品、系统认证物主、物品/物主RFID标签与读写器，系统数据处理平台。电子标签为无源的UTF915MHZ标签，读写器为对应的915MHz的读写器。由于本专利针对宿舍防盗，在学生宿舍楼，学生出入都要经过宿舍楼的大门。我们认为宿舎楼内构成一个相对封闭的环境，在宿舎楼的大门处部署系统。学生进出宿舍楼，携帯的电子标签将会触发读写器的识别，系统根据读写的电子标签的内容做出相应的处理。(I)物品/物主RFID标签系统给用户和用户想要监管的物品各分配ー个RFID标签，其中贴在物品上的标签称为物品标签，用户携带的标签成为物王标签。物王标签为王标签，物品标签为从标签。在分发给用户的同时将在系统中记录此物主标签与从标签的信息，标记主标签与从标签的关联关系。用户可以同时管理多个物品，即有多个物品标签而同时只有一个物主标签。物主标签。当有新用户想使用系统时，将新用户的信息录入系统，同时将分配给用户的唯一标识符(例如学号)写入RFID标签作为物主标签分发给用户，同时生成一个与该用户关联的物品标识符写入RFID标签作为物品标签分发给用户。每位用户将持有唯一的物主标签，根据被监管物品的数量可以持有不同数量的物品标签，但保证ー个物品标签对应唯一的物品。物品标签。在分发物主标签的同时生成一个与该用户关联的物品标识符写入RFID标签分发给用户，此时的物品标签为不可用状态，即使该标签进入感应区也不作出处理。用户必须登陆本系统并填入被监管物品的信息，确认无误后将激活物品标签，此时物品标签算作可用。用户将物品标签贴在想要被保护的物品上。一个用户可申请多个物品标签，激活方式同前。(2) RFID 读写器RFID是ー种非接触式的自动识别技木，该技术利用射频信号和空间耦合或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。读写器通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。在本发明中采用RFID读写器来识别通过宿舍出ロ的物品或人所携帯的标签，通过PC程序与读写器相连，程序从读写器获得读到的数据，并利用这些数据进行匹配，区分出正常的物品流动或盗窃行为。(3)物品/物主标签信息编码格式系统在RFID标签中写入标签编号，标签编号所对应的物主或者物品的详细信息，其中物品信息包括物品编号、物品名称、物品描述、物品RFID标签号、所属用户编号等，而物主信息包括物主编号、姓名、学号、物主RFID标签号等。存储在服务器端的数据库中。标签编号具有自标识的作用，在读取到物主标签和物品标签的信息时，可以不用查询数据库也能判断出所读到的标签信息是物主标签还是物主标签，并且通过对标签编号进行特殊设计能够区分出物主和物品的关系。标签中的信息录入格式如下物主标签标识用户身份的唯一编码，即学号，形如13007218140XXX，第I位为标 志位，I表不为物王标签，O表不为物品标签，最后二位为保留位。物品标签包含持有者编号和对应的物品序列编号，如03007218140001，第I位为
标志位，最后三位为持有者的物品编号，顺序编码。本发明的电子化防盗系统，对宿舎防盗场景进行抽象建模并用形式化的方法进行描述。将宿舍防盗场景所涉及的主要元素进行归纳，包括物品、物主、防盗系统，将主要涉及到的行为归纳为物品正常流动、盗窃行为，防盗的主要地点在宿舎的主要的出口处，本发明的防盗方法是为了能够区分物品正常流动和盗窃行为。通过数学理论分析，条件P :物品出现；条件Q :物主出现；结论R :物品正常流动，结论S :盗窃行为。它们遵循以下逻辑规律P n Q — R-^P []Q RP^ S 公式 I如公式I所示，这两项活动可以采用元组的形式进行抽象物品正常流动=(物品，物主)I (无物品，物主)，盗窃行为=(物品，无物主)。基于此理论基础，本发明为物主和物品进行标记，在宿舎的主要出ロ处进行识别。当被标记的物主和被标记的物品同时出现时，或者只有被标记的物主出现时，此时识别为物品正常流动；而当仅有被标记物品出现，该物品所属物主并未出现时，此时识别为盗窃行为，会引发报警。完成宿舎防盗方法的理论推理后，本发明运用RFID技术进行了试验。本发明利用RFID能够在没有机械或者光学接触的条件下通过射频信号识别目标的特性，通过RFID标签对物主和物品进行标识，使用RFID读写器作为出口处监控设备，通过编写计算机程序对进入感应区的标签进行识别和匹配，从而区分物品正常流动和盗窃行为，并进而实现防盗预警的效果。本发明的基于RFID的电子化宿舍防盗系统包括的软件实现包括在软件方面，构建一个记录标签信息的数据库和实现系统逻辑的控制程序。详细描述如下(I)标签信息数据存储数据库中记录标签的种类(物主标签和物品标签)，标签之间的对应关系，标签的拥有者及其相关信息。如图3所示，存储的数据包括物主信息和物品信息，每个物主信息对应O到多个物品信息，他们之间是从属的关系，同时确定了 “物主RFID标签编号”和“物品RFID标签号”的从属关系。在防盗系统进行识别时基于该从属关系，即RFID阅读器读到标签信息后通过编号识别出“物主RFID标签号”或“物品RFID标签号”，如果识别出的是物品的RFID标签，通过查询该数据存储结构能够获得该物品标签所属的“物主RFID标签号”然后在读出的其他的标签信息中查找是否有该物主标签信息出现。(2)防盗控制单元流程首先该单元的监控程序通过串ロ连接RFID读写器，每隔设置的时间间隔就读取一次感应区域可能会出现的RFID标签信息；当携帯标签的物主或物品进入系统感应区吋，RFID读写器能读取到一组标签信息。如图4所示，为本发明的防盗控制流程图，包括以下步骤a)监控程序遍历当次阅读器所读取到的一组标签信息，遍历标签，对每个标签信息进行检测，判断其是物主标签或物品标签，如果是物主标签则执行b)步骤；如果是物品标签则执行c)步骤； b)将标签信息存储进历史标签数据中(由于阅读器读取间隔较小，而物主或物品在感应停留的时间较长，本次识别出物品标签信息时，物主标签信息可能在上次已经被识别率，因此将以往读取到的标签信息存入历史标签数据中)。c)从历史标签和当前读到的剩下的标签信息中继续查找，如果能够找到该标签对应的物主标签信息，说明此物品由其拥有者携帯出入，则该物品和物主顺利通过；如果不存在对应的标签，说明此物品非法出入，可能有盗窃行为的发生，系统立即报警；d)为防止标签长时间处在感应区里而导致系统一直读取标签信息，将记录当前读取标签的时间，如果读写器再次读取到标签信息，将判断两次读取之间的时间间隔，如果时间间隔在ー时间内，则说明物主一直处在感应区内未离开，在主进程处理标签的信息时，需要不断地将读到的历史数据存储起来，以供后期出现的物品标签信息查阅，但是如果不对这些信息进行操作的话，会出现无限增长的状況，因此使用另ー个定时器，当超过规定的时间时，会清除掉历史标签数据中的过期数据，然后重新计时。这样能够保证当前存储的标签信息是最新的，能搞保证防盗方法识别盗窃行为的精确度。本发明的防盗控制方法具体实施例描述如下启动控制流程，设置RFID读写器端ロ。如本实施例的參数输入界面为高校宿舎防盗系统监控程序主界面，在程序启动后点击“设置”，出现參数设置窗ロ(图中上层小窗ロ)，设置笔记本电脑连接RFID读写器的串行端ロ，图中设置为使用C0M7端ロ，波特率为9600bps，读写器的地址码设置为Generic ；设置读取标签的次数为Continous,姆隔IOms读取一次感应范围内的标签信息。其中主窗ロ包含“学生信息”、“电脑信息”和“ Operations”，其中学生信息用于显示RFID读写器读取到物主标签的信息，包括“姓名”、“学号”、“学院”和“房间号”等信息；“电脑信息”用于显示RFID读写器读取到的物品标签信息，此处以电脑为例，通过标签所携带的编号，显示该物品已经注册在系统的详细信息，包括“品牌”、“型号”、“顔色”、“尺寸”、“重量”等信息。当RFID读写器读到物品标签信息时，会显示该物品标签信息所对应的详细信息和该物品所属的物主的详细信息。在此显示物品和所属物主的详细信息是为了方便宿舍管理人员的工作，当系统报警时通过该界面就能知道引发报警的物品标签所对应的物品详细信息和所属物主信息，工作人员可以通过核对物品携帯者的信息和该用户在系统注册的信息来判断盗窃行为是否发生。物主与物品同时通过感应区域场景如图5所示，实验场景ー为物主与物品同时通过RFID读写器感应区域时的实验环境，图中背书包同学身上携帯便携式RFID标签，而书包内笔记本电脑上粘贴了永久粘贴式RFID标签。当该同学背着书包通过RFID读写器吋，监控程序通过读写器获得物品标签消息并查找是否出现了物主标签信息。在这个场景中物主同时出现，匹配通过监控程序的“Operations”区域显示“检测到学生标签”、“检测到电脑标签”、“匹配，XXX通过”，使该物主和物品均顺利通过。物品通过感应区域，物主未出现场景如图6所示，实验场景ニ为物品通过感应区域而物主未出现的场景，在该场景的实验过程中，实验同学背上了贴有永久粘贴式的RFID标签的电脑，而该同学并未携帯其物主RFID便携式标签。当通过RFID读写器感应区域时，在“Operation”区域显示“检测到电脑标签”、“匹配失败，没有检测到物主XXX的学生标签信息”，此时系统引发报警装置，此时由工作人员负责对该电脑携带者进行核查，以区分是否为盗窃行为。上述具体实施例中选择硬件设备(RFID读写器、RFID标签)的详细技术參数如表I所示表IRFID读写器与标签技术參数
权利要求
1.一种基于RFID的电子化宿舍防盗系统,该系统所包含的硬件包括位于客户端的被管理物品、系统认证物主、RFID标签与读写器、防盗控制单元及位于服务端的数据处理平台和数据库，其特征在干 RFID标签，作为系统为用户和用户想要监管的物品各分配ー个RFID标签，贴在物品上的标签称为物品标签，用户携带的标签成为物王标签；物王标签为王标签，物品标签为从标签；在分发给用户的同时将在系统中记录此物主标签与从标签的信息，标记主标签与从标签的关联关系，多个物品标签而同时只有一个物主标签，一个物品标签对应卩隹一的物品； 读写器，用于识别通过宿舍出口的物品或人所携帯的标签，通过防盗控制单元与读写器相连，从读写器获得读到的数据，并利用这些数据进行匹配，区分出正常的物品流动或盗窃行为； 防盗控制单元，该单元的监控程序通过串ロ连接RFID读写器，每隔设置的时间间隔就读取一次感应区域可能会出现的RFID标签信息；当携帯标签的物主或物品进入系统感应区吋，RFID读写器能读取到一组标签信息，该单元控制流程包括以下操作 (1)监控程序遍历当次阅读器所读取到的一组标签信息，遍历标签，对每个标签信息进行检测，判断其是物主标签或物品标签，如果是物主标签则将标签信息存储进历史标签数据中；如果是物品标签则从历史标签数据和当前读到的剩下的标签信息中继续查找； (2)将标签信息存储进历史标签数据中； (3)从历史标签数据和当前读到的剩下的标签信息中继续查找，当被标记的物主标签和被标记的物品标签同时出现时，或者只有被标记的物主标签出现时，此时识别为物品正常流动；而当仅有被标记的物品标签出现，该物品所属物主并未出现时，此时识别为盗窃行为，系统立即报警； 数据处理平台和数据库，用于该系统的数据处理界面和历史标签数据保存。
2.如权利要求I所述的基于RFID的电子化宿舎防盗系统，其特征在于，所述防盗控制単元中还设置一定时器，当RFID标签长时间处在感应区里而导致系统一直读取标签信息，将记录当前读取标签的时间，如果读写器再次读取到标签信息，将判断两次读取之间的时间间隔，如果时间间隔在ー时间内，则说明物主一直处在感应区内未离开，当超过设定时间时，会从历史标签数据中的清除掉由此产生的过期数据，然后定时器重新计时。
3.如权利要求I所述的基于RFID的电子化宿舎防盗系统，其特征在于，所述防盗控制单元与读写器之间采用串ロ RS232连接。
4.如权利要求I所述的基于RFID的电子化宿舍防盗系统，其特征在于，所述RFID标签为无源的UTF915MHZ标签。
5.如权利要求I所述的基于RFID的电子化宿舎防盗系统，其特征在于，所述读写器为对应的915MHz的读写器。
全文摘要
本发明公开了一种基于RFID的电子化宿舍防盗系统，该系统所包含的硬件包括位于客户端的被管理物品、系统认证物主、RFID标签与读写器、防盗控制单元及位于服务端的数据处理平台和数据库，当被标记的物主标签和被标记的物品标签同时出现时，或者只有被标记的物主标签出现时，此时识别为物品正常流动；而当仅有被标记的物品标签出现，该物品所属物主并未出现时，此时识别为盗窃行为，系统立即报警与现有技术相比，本发明的电子化宿舍防盗系统，能够满足无人值守的防盗系统，并且通过特殊的防盗算法保证了防盗精度高，避免防盗误判给物主和管理者带来的损失，是一种智能化的控制系统。
文档编号G06K17/00GK102693440SQ201210131210
公开日2012年9月26日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者任珊, 张仁宇, 梁其烜, 邵阳 申请人:天津大学