基于物聯(lián)網(wǎng)的智能手環(huán)設(shè)計(jì)

黃林峰

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智慧校園建設(shè)也取得了很大進(jìn)步。為了滿足當(dāng)代學(xué)生校園生活上的便利需求，基于節(jié)省資源、便捷管理的考慮，本文提出一種智能手環(huán)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);RFID;智能手環(huán)

一、引言

1999年，麻省理工學(xué)院（MIT）建立了“自動(dòng)識別”技術(shù)，隨即“一切都可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接”，也展現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義。而最初的物聯(lián)網(wǎng)則是依附于射頻識別技術(shù)的物流網(wǎng)絡(luò)。2006年，韓國成立了“u-Korea計(jì)劃”，旨在建設(shè)一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)（IPv6、BCN、USN）和人們生活環(huán)境中的新應(yīng)用，使得人們能夠享受到每時(shí)每刻提供服務(wù)的智慧科技。2009年，溫家寶總理在無錫進(jìn)行訪問期間發(fā)表了“中國感知”演講，隨即將物聯(lián)網(wǎng)的研究和應(yīng)用都推向了高潮，無錫則率先建立起了“中國感知”研究中心。

在高校信息化建設(shè)中，提出了智能校園的概念。隨著這一理念的不斷拓展，智能校園的建設(shè)也逐漸成為高校信息化建設(shè)時(shí)的一個(gè)重要課題。智慧校園的特點(diǎn)是在管理方面，提供全面的智能感知環(huán)境、信息服務(wù)平臺和基于角色的個(gè)性化定制服務(wù);將信息服務(wù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化整合到學(xué)校應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域上，以便于實(shí)現(xiàn)校園的智能化。互聯(lián)互通概念：為學(xué)校和外部世界之間提供智能的感知環(huán)境、綜合信息的服務(wù)平臺通信以及相互感知的接口。

二、RFID技術(shù)

射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識別技術(shù)，是利用射頻信號通過空間耦合實(shí)現(xiàn)非接觸信息傳輸?shù)囊环N技術(shù)，然后再通過傳輸信息的方式來實(shí)現(xiàn)標(biāo)識的目的。目標(biāo)檢測是基于低頻段的變壓器耦合模型（一次和二次波段之間的能量傳輸和信號傳輸）和高頻段的空間耦合模型（雷達(dá)發(fā)射電磁波時(shí)），然后目標(biāo)信息會(huì)傳送回雷達(dá)接收器中。而RFID技術(shù)是基于信息傳輸?shù)幕驹?。到目前為止，射頻識別技術(shù)的理論得到了豐富和完善。多標(biāo)簽識別、單片機(jī)電子標(biāo)簽、無線讀寫等等適合高速移動(dòng)物體的產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)，并逐步向應(yīng)用方向發(fā)展。

RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

一套完整的RFID系統(tǒng)，是由閱讀器與電子標(biāo)簽也就是所謂的應(yīng)答器及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成，其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量，用以驅(qū)動(dòng)電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

以RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成：感應(yīng)耦合及后向散射耦合兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種式，而較高頻大多采用第二種方式。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能手環(huán)集成了RFID、傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。如今，傳感器技術(shù)正變得越來越成熟。可穿戴設(shè)備已從概念進(jìn)入市場環(huán)境，智能手環(huán)的概念提高了校園管理效率。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，不僅要看智能系統(tǒng)的數(shù)量，系統(tǒng)的先進(jìn)程度或集成程度，還取決于系統(tǒng)是否設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)配置，系統(tǒng)是否能夠成功運(yùn)作，還有產(chǎn)品的使用和管理。

智能手環(huán)系統(tǒng)包括四個(gè)主要子模塊：中央數(shù)據(jù)模塊、宿舍管理模塊、GPS定位模塊、支付模塊等本設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)采用MCU單片機(jī)作為中央控制站，以及射頻電路單元，時(shí)鐘電路單元，存儲(chǔ)電路單元，傳感器電路單元作為從站，負(fù)責(zé)信息采集， 統(tǒng)計(jì)和基礎(chǔ)工作。 Dialog DA14580模塊用作連接所有站點(diǎn)的通信工具，完成完整的智能手環(huán)系統(tǒng)。電池壽命最長，DA14580接收電流和接收僅為4.9 mA;此外在DA1458 0低至0.9V的工作電壓時(shí)非常適合用于鋅空氣電池或單節(jié)電池。最小尺寸僅為2.5x 2.5 x 0.5 mm的DA14580封裝在晶片級芯中，只有五個(gè)外圍元件，可以使用鎳錳，堿性或紐扣電池;使用戶擁有最小體積的特性產(chǎn)品。DA14580的高集成度確保了最少的外設(shè)數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本。憑借使用更小電池的能力和集成的電源管理設(shè)備，該產(chǎn)品可降低材料成本（BoM），便能夠開發(fā)高功能系統(tǒng)和低成本的電池。

該系統(tǒng)中使用的RF傳感器模塊和軟件模塊由低頻RF傳感器和書面軟件代碼記錄頁面組成。當(dāng)模塊工作時(shí)，低頻射頻傳感器將通過宿舍門上的傳感器驗(yàn)證環(huán)中登記的信息是否正確，整個(gè)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。當(dāng)驗(yàn)證宿舍學(xué)生的手環(huán)中的信息是真的時(shí)，他們可以打開門或發(fā)出警告。軟件編程后的登錄軟件可以應(yīng)用于宿舍管理員。宿舍管理系統(tǒng)涵蓋了與宿舍管理相關(guān)的一系列業(yè)務(wù)流程，如學(xué)生住宿管理、學(xué)生信息管理、學(xué)生退換房管理等日常運(yùn)營管理。該系統(tǒng)不僅支持單個(gè)數(shù)據(jù)記錄的處理，還支持批量記錄的處理，如：批量房間生成、批量簽出、批量登記等獨(dú)特的訪客管理功能。GPS包括校園人員的實(shí)時(shí)位置信息，根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)情況，可以設(shè)置從操場到教室的不同精確區(qū)域定位能力。還可以監(jiān)測人員的實(shí)時(shí)和間隔物理數(shù)據(jù)，如心率，體溫等。最后進(jìn)行周期性活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)分析，為學(xué)生管理提供參考依據(jù)。

四、結(jié)束語

本文系統(tǒng)主要從智能手環(huán)設(shè)計(jì)入手，基于無線信息采集與傳輸為基礎(chǔ)，應(yīng)用RFID、GPS定位和多模式數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，后續(xù)還將不斷進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]方龍雄，RFID技術(shù)與應(yīng)用，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2010.10。

[2]何曉龍，史文越，盛張群，智能手環(huán)/手機(jī)應(yīng)用程序在不同步行速度或路面中的計(jì)步有效性研究，浙江，中國體育科技，2016