幼儿园应用物联网系统 呵护祖国花朵

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      近年来，城乡幼儿教育得到前所未有的重视，幼儿园数量急剧增加，适龄幼儿入托入园率大幅提升，但同时，幼儿园幼儿的管理和安全也日益成为广大群众、各级政府、公众媒体关系的热点问题。部分幼儿园由于安全监管设施不完善，教职员工安全责任意识淡薄、组织管理不到位，幼儿走失、被拐骗、被遗弃园车及园车超载引发交通事故等恶性事件时有发生。
　　为此，各幼儿园应健全安全管理制度，强化教职员工安全责任意识，完善安全监管设施，加强对幼儿的安全教育;同时可以引入射频识别、无线传感网络等物联网技术手段，构建网络化、信息化管理系统，实施智能化管理，更好地提高幼儿园安全管理的效率，构建更安全的幼儿学习生活环境。
　　射频识别(RFID)技术和ZigBee无线网络技术是组建物联网的两项基础和核心技术。RFID系统利用无线射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递，并通过这种传递的信息进行自动识别的特点，可以对RFID标签所附着的物体进行卓总定位，主要由读写器、电子标签和数据处理软件组成。ZigBee是一种低成本、低功耗的近距离无线组网通讯技术，采用直接序列扩频方式，以无线电波为媒介，实现数据的发送和接收，所使用的无线电波不会对人体健康造成伤害。基于ZigBee无线网络是一种拓展性强、易布建的低成本、多跳的自组织无线网络。将RFID和ZigBee结合，可以建立基于ZigBee的RFID系统，形成一种基于ZigBee无线网络和RFID感知信息的物联网，可以实现对物品、人员的远距离、大范围识别、跟踪、定位等;应用于幼儿园，可以实现对幼儿学习、生活的实时监控和管理。
一、基于ZigBee网络的RFID系统
　　基于ZigBee网络的RFID系统由上机位、ZigBee协调器(网关)、带ZigBee终端节点的读写器和大量电子标签组成。读写器读写有源电子标签中的数据信息，在RFID读写器中嵌入ZigBee模块，充分利用RFID使用的便利性以及ZigBee组网的灵活性，使多台RFID读写器无线联结组网，相互之间通信，建立系统的通信网络，交换有源电子标签中的内容，扩大RFID读写器的读写范围，实现数据的多点无线采集和传输，形成一个基于ZigBee技术的多点自动识别、智能无线组网的RFID识别系统。上位机用于接收ZigBee网络中上来的数据信息，处理并保存到数据库。
　　为保证感应的灵敏性和预警的时效性，电子标签为有源RFID卡，卡内存储这持卡者身份信息，主要用于身份识别、权限分配、基础信息读取等，设置3类RFID卡。
　　1、幼儿RFID卡：采用胸牌式或腕带式电子标签;外部材质采用环保无毒材料，外观符合幼儿玩具国家标准，经久耐用、不易丢失、方便佩戴;卡内存储幼儿基本信息，包括姓名、性别、年龄、班级、家长姓名、住址、联系电话、照片等。
　　2、家长RFID卡：家长接送、探访幼儿时使用。家长卡中存储有与幼儿卡一致的信息及幼儿卡ID号和家长照片，以确保幼儿安全、准确无误地送到家长手中。
　　3、教职员工RFID卡：根据身份或者使用权限，将卡细分为幼儿园负责人卡、园车驾驶员卡、园车护送人员卡、教师卡、保安卡等，主要作为身份识别的员工管理，用于门禁、考勤、安全管理系统授权等。
　　读写器负责向电子标签读取或者写入信息，可以单独实现数据读写、显示和处理，也可以与上位计算机联合，完成对RFID卡的操作。读写器中嵌入ZigBee无线通信模块，通过ZigBee协议建立系统的通信网络，读写器之间可以协调工作，实现对各个电子标签信息的无线采集，并通过多跳方式把数据传到服务器，扩大网络覆盖面积。
二、基于ZigBee的MESH网络标签技术
　　1、概述
　　基于ZigBee协议的无线Mesh网络是一种拓展性强、易布建的低成本、多跳的自组织无线网络。
　　Mesh网络即“无线网格网络”，它是“多跳(multi-hop)”网络，是由ad-hoc网络发展而来。在下一代网络演进的过程中，无线网络是一个不可或缺的技术。无线Mesh网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点，任意的两个设备均可以保持无线互联。
　　ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。低成本。单一系统支持大量节点的组网，系统构建成本低;低功耗、高效率。传感器工作只需要很少的能量，系统在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，以接力的方式将数据从一个网络节点传到另一个节点，通信效率非常高;简单灵活。系统支持多种网络拓扑、低复杂度。不需要昂贵和体积庞大的读写器和读写天线系统，也不需要对射频标签的安装位置、被识别目标移动速度等设置各种限制;抗干扰。系统采用直序扩频信噪比增益，快速、安全(ZigBee提供三级安全模式)。无环境干扰，以及可能的多径效应和多普勒效应问题的困扰;工作可靠性和稳定性优越。
　　2、应用安全性
　　基于ZigBee协议的无线Mesh网络基站一般采用免授权频段，其最大射频功率有严格的限制。一般家用的无线设备，其辐射功率一般需要低于200毫瓦。这样的设备在这一频段上一般直接满足电磁干扰性的要求。
　　幼儿安全定位系统中随身携带的射频标识卡射频辐射非常小。跟人们日常使用的手机相比，无线Mesh网络的射频辐射要远远小于人们日常接触的手机网络。
　　工作频率：2.4GHz―2.5GHzISM微波段;识别距离：有效识别距离可达0-200m，可调节;通讯速率：1024Kbps;安全性：加密算法与安全认证，防止链路侦测;工作电压：3.6V~3.2V;输出功率：最大20dBm;电流：小于2μA;工作电流：小于20mA。
三、结语
　　ZigBee无线网络技术有效地、低成本地解决了困扰现有RFID目标识别和管理中的诸多问题，扩展了智能卡的应用范围。系统结构简单，功能多样，保密性好，成本低，部署快捷，使用灵活方便，技术成熟，并具有优异的自身使用安全型，为幼儿园提供的一种良好的安全管理解决方案。