.466 智能系统学报 第8卷 儿园先后加强了管理，完善了设施，少数幼儿园还使 规幼儿信息给监控中心、班主任老师、门卫值班人 用了指纹考勤、视频监控等技防手段：但整体上还是 员，避免幼儿走失或被坏人带走。 停留在人防、物防的层次，技防手段的开发应用不 2)园外管理时，系统应用于园车接送时幼儿的 够，缺乏网络化、信息化、智能化的安全管理系统 身份识别和幼儿外出活动时的实时点名查到.跟车 通过对多所幼儿园的实地考察，结合幼儿安全 教师通过车载读写器自动识别上、下车幼儿身份和 管理的实际需求，本文将射频识别(radio frequency 接领家长身份，防止幼儿上错车、进错园接送途中 identification system,RFTD)技术和ZigBee网铬融合 跟车教师和司机可通过系统随时查看学生上、下车 应用于幼儿园幼儿安全管理，设计了一套基于Zg 情况，避免园车停驶关闭车门时，还遗弃孩子在车上 Bee无线网络通信技术、主动式RFID技术的，以幼 的情况发生，园车实际承载人数通过醒目的方式显 儿为中心的主动式管理系统.测试结果表明此系统 示在车内适当位置，以提醒驾驶员不要超载.幼儿外 应用于幼儿园，可以实现对幼儿学习、生活的实时监 出活动时，带队教师携带手持式RFD读写器，每隔 控和管理， 一定的时间间隔对周围幼儿进行查询.幼儿超出 RFD通过无线电信号识别管理特定目标并读 ZigBee网络覆盖范围内时，幼儿RFID卡将接收不 写相关数据，具有非接触、安全性高、传输速度快、支 到读写器的查询信号，读写器将显示查询失败，提醒 持多目标识别等特点，可以对RID标签所附着的 教师对未查询到的幼儿进行寻找.同时，幼儿超出范 物体进行追踪定位[-al.ZigBee是一个由无线数据模 围活动时，所持幼儿RFD卡在一定时间范围内未 块组成的多跳的、自组织的无线数据传输网络平台， 能接收到读写器发出的询查信号，RID卡也会自动 具有组网能力强、网络容量大、时延短、低功耗、低成 发出声光报警，提醒幼儿归队，并向读写器发出求助 本和低复杂度的特点，工作于无需注册的2.4GHz国 报警信号 际免费频段I1SM,传输速率为10~250Kbps,传输距 离为10~100m,所使用的无线电波不会对人体健康 基于ZigBee网络的有源RFID系统 造成伤害).与蓝牙、Wi-Fi、红外相比，ZigBee协议 栈简单、需要的系统资源较少、实现容易，特别是成 园内管理（联网状态） 园外管理（非联网状态） 本和功耗相当低，适合于数据采集和监控网点多、数 P 据传输量不大、地形复杂的应用场合.将RFID和 幼 幼 校车接送 外出活动 儿 间 ZigBee结合，建立基于ZigBee网络的RFID系统，形 入 园 接 成一种基于ZigBee无线网络和RFID感知信息的物 出 车 校 实 联网，可以实现对物品和人员的远距离、大范围的识 每 身份识别 动点名查到 动离校报警 危险区域报警 超载 点名查 提醒归 助报警 别、跟踪、定位等 禁 醒 1系统总体设计 儿上下车身份识别 家长接领身份识别 自动点名查 1.1系统功能设计 系统主要实现对幼儿和幼儿家长基本信息的管 图1基于ZigBee网络的有源RFD系统 理，幼儿和幼儿家长身份识别，园车接送途中、幼儿 Fig.1 Main function of an active RFID system based 园学习活动期间、外出学习活动期间的实时点名，超 on ZigBee 范围活动、遇紧急情况自动报警等功能，解决目前幼 1.2 系统基本组成 儿园幼儿管理中存在的走失、上错车、遭拐骗、园车 系统由上位机、网关(ZigBee协调器节点)、读 超载、遗弃车上等问题.系统功能如图1所示[) 写器(ZigBee路由器节点)和有源电子标签(ZigBee l)园内管理时，系统工作在联网状态，ZigBee 终端节点)组成.ZigBee网络采用网状网络拓扑结 网络覆盖整个园区.园区出人口设置固定式RFID读 构，采用CC2430作为网络节点的核心器件，如图2 写器，自动识别幼儿、家长、教职员工身份，记录出入 所示 园区详细情况，方便教师随时掌握幼儿入园、离园情 读写器中嵌入ZigBee射频收发模块，作为Zig 况，防止家长误接、冒领.系统每隔60s(可设定)对 Bee网络的路由器节点，实现对电子标签的识别，读 园区幼儿进行点名查到，对幼儿在园区的活动实时 写标签中的身份识别信息.同时，读写器以无线方式 监控.当幼儿脱离园区区域时，系统报警，并显示违 组成多跳的自组织无线数据传输网络，相互通信，协儿园先后加强了管理ꎬ完善了设施ꎬ少数幼儿园还使 用了指纹考勤、视频监控等技防手段ꎻ但整体上还是 停留在人防、物防的层次ꎬ技防手段的开发应用不 够ꎬ缺乏网络化、信息化、智能化的安全管理系统. 通过对多所幼儿园的实地考察ꎬ结合幼儿安全 管理的实际需求ꎬ本文将射频识别( ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍꎬ ＲＦＩＤ)技术和 ＺｉｇＢｅｅ 网络融合 应用于幼儿园幼儿安全管理ꎬ设计了一套基于 Ｚｉｇ￣ Ｂｅｅ 无线网络通信技术、主动式 ＲＦＩＤ 技术的ꎬ以幼 儿为中心的主动式管理系统.测试结果表明此系统 应用于幼儿园ꎬ可以实现对幼儿学习、生活的实时监 控和管理. ＲＦＩＤ 通过无线电信号识别管理特定目标并读 写相关数据ꎬ具有非接触、安全性高、传输速度快、支 持多目标识别等特点ꎬ可以对 ＲＦＩＤ 标签所附着的 物体进行追踪定位[１￣２] .ＺｉｇＢｅｅ 是一个由无线数据模 块组成的多跳的、自组织的无线数据传输网络平台ꎬ 具有组网能力强、网络容量大、时延短、低功耗、低成 本和低复杂度的特点ꎬ工作于无需注册的２.４ ＧＨｚ国 际免费频段 ＩＳＭꎬ传输速率为１０~ ２５０ Ｋｂｐｓꎬ传输距 离为１０~１００ ｍꎬ所使用的无线电波不会对人体健康 造成伤害[３] .与蓝牙、Ｗｉ－Ｆｉ、红外相比ꎬＺｉｇＢｅｅ 协议 栈简单、需要的系统资源较少、实现容易ꎬ特别是成 本和功耗相当低ꎬ适合于数据采集和监控网点多、数 据传输量不大、地形复杂的应用场合. 将 ＲＦＩＤ 和 ＺｉｇＢｅｅ 结合ꎬ建立基于 ＺｉｇＢｅｅ 网络的 ＲＦＩＤ 系统ꎬ形 成一种基于 ＺｉｇＢｅｅ 无线网络和 ＲＦＩＤ 感知信息的物 联网ꎬ可以实现对物品和人员的远距离、大范围的识 别、跟踪、定位等. １ 系统总体设计 １.１ 系统功能设计 系统主要实现对幼儿和幼儿家长基本信息的管 理ꎬ幼儿和幼儿家长身份识别ꎬ园车接送途中、幼儿 园学习活动期间、外出学习活动期间的实时点名ꎬ超 范围活动、遇紧急情况自动报警等功能ꎬ解决目前幼 儿园幼儿管理中存在的走失、上错车、遭拐骗、园车 超载、遗弃车上等问题.系统功能如图 １ 所示[４] . １)园内管理时ꎬ系统工作在联网状态ꎬＺｉｇＢｅｅ 网络覆盖整个园区.园区出入口设置固定式 ＲＦＩＤ 读 写器ꎬ自动识别幼儿、家长、教职员工身份ꎬ记录出入 园区详细情况ꎬ方便教师随时掌握幼儿入园、离园情 况ꎬ防止家长误接、冒领.系统每隔 ６０ ｓ(可设定)对 园区幼儿进行点名查到ꎬ对幼儿在园区的活动实时 监控.当幼儿脱离园区区域时ꎬ系统报警ꎬ并显示违 规幼儿信息给监控中心、班主任老师、门卫值班人 员ꎬ避免幼儿走失或被坏人带走. ２)园外管理时ꎬ系统应用于园车接送时幼儿的 身份识别和幼儿外出活动时的实时点名查到.跟车 教师通过车载读写器自动识别上、下车幼儿身份和 接领家长身份ꎬ防止幼儿上错车、进错园.接送途中 跟车教师和司机可通过系统随时查看学生上、下车 情况ꎬ避免园车停驶关闭车门时ꎬ还遗弃孩子在车上 的情况发生ꎬ园车实际承载人数通过醒目的方式显 示在车内适当位置ꎬ以提醒驾驶员不要超载.幼儿外 出活动时ꎬ带队教师携带手持式 ＲＦＩＤ 读写器ꎬ每隔 一定的时间间隔对周围幼儿进行查询. 幼儿超出 ＺｉｇＢｅｅ 网络覆盖范围内时ꎬ幼儿 ＲＦＩＤ 卡将接收不 到读写器的查询信号ꎬ读写器将显示查询失败ꎬ提醒 教师对未查询到的幼儿进行寻找.同时ꎬ幼儿超出范 围活动时ꎬ所持幼儿 ＲＦＩＤ 卡在一定时间范围内未 能接收到读写器发出的询查信号ꎬＲＦＩＤ 卡也会自动 发出声光报警ꎬ提醒幼儿归队ꎬ并向读写器发出求助 报警信号. 图 １ 基于 ＺｉｇＢｅｅ 网络的有源 ＲＦＩＤ 系统 Ｆｉｇ.１ Ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ａｃｔｉｖｅ ＲＦＩＤ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＺｉｇＢｅｅ １.２ 系统基本组成 系统由上位机、网关( ＺｉｇＢｅｅ 协调器节点)、读 写器(ＺｉｇＢｅｅ 路由器节点)和有源电子标签(ＺｉｇＢｅｅ 终端节点) 组成. ＺｉｇＢｅｅ 网络采用网状网络拓扑结 构ꎬ采用 ＣＣ２４３０ 作为网络节点的核心器件ꎬ如图 ２ 所示. 读写器中嵌入 ＺｉｇＢｅｅ 射频收发模块ꎬ作为 Ｚｉｇ￣ Ｂｅｅ 网络的路由器节点ꎬ实现对电子标签的识别ꎬ读 写标签中的身份识别信息.同时ꎬ读写器以无线方式 组成多跳的自组织无线数据传输网络ꎬ相互通信ꎬ协 􀅰４６６􀅰 智 能 系 统 学 报 第 ８ 卷