幼兒園應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 呵護祖國花朵

　　近年來，城鄉(xiāng)幼兒教育得到前所未有的重視，幼兒園數(shù)量急劇增加，適齡幼兒入托入園率大幅提升，但同時，幼兒園幼兒的管理和安全也日益成為廣大群眾、各級政府、公眾媒體關(guān)系的熱點問題。部分幼兒園由于安全監(jiān)管設(shè)施不完善，教職員工安全責(zé)任意識淡薄、組織管理不到位，幼兒走失、被拐騙、被遺棄園車及園車超載引發(fā)交通事故等惡性事件時有發(fā)生。

　　為此，各幼兒園應(yīng)健全安全管理制度，強化教職員工安全責(zé)任意識，完善安全監(jiān)管設(shè)施，加強對幼兒的安全教育;同時可以引入射頻識別、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、信息化管理系統(tǒng)，實施智能化管理，更好地提高幼兒園安全管理的效率，構(gòu)建更安全的幼兒學(xué)習(xí)生活環(huán)境。

　　射頻識別(RFID)技術(shù)和ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是組建物聯(lián)網(wǎng)的兩項基礎(chǔ)和核心技術(shù)。RFID系統(tǒng)利用無線射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過這種傳遞的信息進行自動識別的特點，可以對RFID標(biāo)簽所附著的物體進行卓總定位，主要由讀寫器、電子標(biāo)簽和數(shù)據(jù)處理軟件組成。ZigBee是一種低成本、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)，采用直接序列擴頻方式，以無線電波為媒介，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，所使用的無線電波不會對人體健康造成傷害?；赯igBee無線網(wǎng)絡(luò)是一種拓展性強、易布建的低成本、多跳的自組織無線網(wǎng)絡(luò)。將RFID和ZigBee結(jié)合，可以建立基于ZigBee的RFID系統(tǒng)，形成一種基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和RFID感知信息的物聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)對物品、人員的遠距離、大范圍識別、跟蹤、定位等;應(yīng)用于幼兒園，可以實現(xiàn)對幼兒學(xué)習(xí)、生活的實時監(jiān)控和管理。

　　一、基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的RFID系統(tǒng)

　　基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的RFID系統(tǒng)由上機位、ZigBee協(xié)調(diào)器(網(wǎng)關(guān))、帶ZigBee終端節(jié)點的讀寫器和大量電子標(biāo)簽組成。讀寫器讀寫有源電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息，在RFID讀寫器中嵌入ZigBee模塊，充分利用RFID使用的便利性以及ZigBee組網(wǎng)的靈活性，使多臺RFID讀寫器無線聯(lián)結(jié)組網(wǎng)，相互之間通信，建立系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，交換有源電子標(biāo)簽中的內(nèi)容，擴大RFID讀寫器的讀寫范圍，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多點無線采集和傳輸，形成一個基于ZigBee技術(shù)的多點自動識別、智能無線組網(wǎng)的RFID識別系統(tǒng)。上位機用于接收ZigBee網(wǎng)絡(luò)中上來的數(shù)據(jù)信息，處理并保存到數(shù)據(jù)庫。

　　為保證感應(yīng)的靈敏性和預(yù)警的時效性，電子標(biāo)簽為有源RFID卡，卡內(nèi)存儲這持卡者身份信息，主要用于身份識別、權(quán)限分配、基礎(chǔ)信息讀取等，設(shè)置3類RFID卡。

　　1、幼兒RFID卡：采用胸牌式或腕帶式電子標(biāo)簽;外部材質(zhì)采用環(huán)保無毒材料，外觀符合幼兒玩具國家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)久耐用、不易丟失、方便佩戴;卡內(nèi)存儲幼兒基本信息，包括姓名、性別、年齡、班級、家長姓名、住址、聯(lián)系電話、照片等。

　　2、家長RFID卡：家長接送、探訪幼兒時使用。家長卡中存儲有與幼兒卡一致的信息及幼兒卡ID號和家長照片，以確保幼兒安全、準(zhǔn)確無誤地送到家長手中。

　　3、教職員工RFID卡：根據(jù)身份或者使用權(quán)限，將卡細分為幼兒園負責(zé)人卡、園車駕駛員卡、園車護送人員卡、教師卡、保安卡等，主要作為身份識別的員工管理，用于門禁、考勤、安全管理系統(tǒng)授權(quán)等。

　　讀寫器負責(zé)向電子標(biāo)簽讀取或者寫入信息，可以單獨實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫、顯示和處理，也可以與上位計算機聯(lián)合，完成對RFID卡的操作。讀寫器中嵌入ZigBee無線通信模塊，通過ZigBee協(xié)議建立系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，讀寫器之間可以協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)對各個電子標(biāo)簽信息的無線采集，并通過多跳方式把數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器，擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積。

　　二、基于ZigBee的MESH網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽技術(shù)

　　1、概述

　　基于ZigBee協(xié)議的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種拓展性強、易布建的低成本、多跳的自組織無線網(wǎng)絡(luò)。

　　Mesh網(wǎng)絡(luò)即“無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”，它是“多跳(multi-hop)”網(wǎng)絡(luò)，是由ad-hoc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來。在下一代網(wǎng)絡(luò)演進的過程中，無線網(wǎng)絡(luò)是一個不可或缺的技術(shù)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)基于呈網(wǎng)狀分布的眾多無線接入點間的相互合作和協(xié)同，具有寬帶高速和高頻譜效率的優(yōu)勢，具有動態(tài)自組織、自配置、自維護等突出特點，任意的兩個設(shè)備均可以保持無線互聯(lián)。

　　ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。低成本。單一系統(tǒng)支持大量節(jié)點的組網(wǎng)，系統(tǒng)構(gòu)建成本低;低功耗、高效率。傳感器工作只需要很少的能量，系統(tǒng)在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信，以接力的方式將數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳到另一個節(jié)點，通信效率非常高;簡單靈活。系統(tǒng)支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲、低復(fù)雜度。不需要昂貴和體積龐大的讀寫器和讀寫天線系統(tǒng)，也不需要對射頻標(biāo)簽的安裝位置、被識別目標(biāo)移動速度等設(shè)置各種限制;抗干擾。系統(tǒng)采用直序擴頻信噪比增益，快速、安全(ZigBee提供三級安全模式)。無環(huán)境干擾，以及可能的多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)問題的困擾;工作可靠性和穩(wěn)定性優(yōu)越。

　　2、應(yīng)用安全性

　　基于ZigBee協(xié)議的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)基站一般采用免授權(quán)頻段，其最大射頻功率有嚴格的限制。一般家用的無線設(shè)備，其輻射功率一般需要低于200毫瓦。這樣的設(shè)備在這一頻段上一般直接滿足電磁干擾性的要求。

　　幼兒安全定位系統(tǒng)中隨身攜帶的射頻標(biāo)識卡射頻輻射非常小。跟人們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C相比，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的射頻輻射要遠遠小于人們?nèi)粘＝佑|的手機網(wǎng)絡(luò)。

　　工作頻率：2.4GHz―2.5GHzISM微波段;識別距離：有效識別距離可達0-200m，可調(diào)節(jié);通訊速率：1024Kbps;安全性：加密算法與安全認證，防止鏈路偵測;工作電壓：3.6V~3.2V;輸出功率：最大20dBm;電流：小于2μA;工作電流：小于20mA。

　　三、結(jié)語

　　ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效地、低成本地解決了困擾現(xiàn)有RFID目標(biāo)識別和管理中的諸多問題，擴展了智能卡的應(yīng)用范圍。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能多樣，保密性好，成本低，部署快捷，使用靈活方便，技術(shù)成熟，并具有優(yōu)異的自身使用安全型，為幼兒園提供的一種良好的安全管理解決方案。