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基于 RFID 的远程 UHF RFID 物品跟踪系统

发布时间:2021-12-02
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基于 RFID 的远程 UHF RFID 物品跟踪系统

发布时间:2021-12-02
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创客空间通常有数百种有价值的工具可供其成员使用。这些工具可以在房间之间以及项目之间导航。没有真正的好方法可以了解特定工具在特定时间的位置。在完成一个令人兴奋的项目的肾上腺素激增中,纸质签出系统经常被遗忘,并且您不能总是指望人们正确地收拾东西(尽管他们确实应该这样做!)。物品很容易放错地方和丢失,有时会持续数周!

本文中包含的硬件和软件项目旨在提供一种经济实惠的方法来跟踪这些工具和其他有价值的项目。该解决方案使用远程超高频 RFID 技术来标记和监控物品。这个解决方案也可以在家里实施:如果需要的话,工作区、书房和车库(当然是在那个难以捉摸的菲利普的头螺丝刀上!!)。

为了保持解决方案的价格合理,在部署实际监视器和天线时,大部分成本都是预先支付的。可以使用廉价的 EPC Gen 2 无源 RFID 贴纸、卡片或钥匙扣标记任意数量的单个物品。这意味着该解决方案可以经济有效地扩展。

简而言之,多个 RFID 阅读器被部署到整个建筑的不同房间,并且根据房间大小,您甚至可以将多个阅读器部署到同一个房间。这些阅读器(在本文中也称为监视器)将收集带有监视器 IP 地址的特定标签的时间戳读数,并将这些数据提供给托管在 Azure 上的云 Web Api 服务。还提供了一个 ASP.NET  MVC Web 应用程序 UI,允许消费者注册他们的 RFID 阅读器(监视器)和标签。Web 应用程序还有一个清单屏幕,他们可以在其中查看项目的最后一个已知位置(基于提供最新读数的监视器的位置)以及该项目最新读数的时间戳。

所需硬件
- 带有 Windows IoT Core 的 Raspberry Pi 2(每台显示器 1 个)

- CP2102 USB转UART TTL转换模块(每台显示器1个)

- Cottonwood UART 远程 UHF RFID 阅读器板(每台显示器 1 个)

- 中远程 UHF RFID 天线(商业级圆形天线是最好的,在我的情况下,我不得不保持个人预算,所以这个概念验证使用 8dbi 定向天线)(每台显示器 1 个)

- 天线适配器电缆(每台显示器 1 个)

- 5VDC 2A 电源,带中心正极 5.5x2.1mm 桶形连接器(每台显示器 1 个 - Cottonwood 板需要自己的电源)

- 一系列 UHF RFID 标签(贴纸、卡片、钥匙扣)

硬件设置
硬件设置非常简单。首先拿起您的 CP2102 USB 到 UART TTL 转换模块并连接 3 根线:接地 (GND)、TX 和 RX。

连接以下电线:

- CP2102 GND 到白杨木 GND

- CP2102 TX 到白杨木 RX

- CP2102 RX 到白杨木 TX

接下来将您的天线和 5VDC/2A 电源桶连接器连接到您的 Cottonwood 板上。

将 Cottonwood 安装到您的 Raspberry Pi 中就像将转换模块插入可用的 USB 端口一样简单。

软件概述
该解决方案由两部分组成。一个在线 Web 应用程序,允许用户注册他们的监视器和标签,以及一个 Windows IoT 核心后台应用程序,负责读取标签并将数据发送到云(在线 Web 应用程序提供的 Web Api 服务)。

用户需要做的第一件事是访问 Web 应用程序以注册他们的监视器和标签。注册显示器时,用户提供 IP 地址(我更喜欢 MAC 地址,但找不到在 Windows IoT Core 中检索该地址的好方法)及其物理位置(最有可能是房间,如 Den或车库)。然后,用户将注册他们的标签并描述与其关联的项目。Web 界面还提供了一个 Inventory 视图,用户可以访问该视图以查看其物品的最后一个已知位置(基于提供读取的监视器)以及最后一次读取的时间戳。

在这个项目中,Raspberry Pi 将在无头模式下运行,这意味着没有用户界面(尽管如果你将它部署到有头设备上不会有任何伤害)。将在 Pi 上运行以收集 UHF RFID 标签库存的应用程序的项目类型是 Windows IoT Core,后台应用程序类型。

提供的源代码中包含一个 RfidScanner 解决方案(请参阅代码部分中的存储库,该解决方案中的代码内嵌了大量文档)。此解决方案包含两个单独的项目。首先,有一个通用应用程序类库 (CottonwoodRfidReader.csproj),其中包含用于简化 Cottonwood 板的通信和配置的 Cottonwood 类。此类包含打开或关闭天线、设置读取频率和执行标签库存扫描的方法。解决方案中的第二个项目是 RfidScanner Universal Windows 后台应用程序项目。正是这个应用程序将使用上述 Cottonwood 类来扫描 RFID 标签并将信息发送到托管在 Azure 上的云 Web Api 服务。此服务的源代码可以在 Tracker 中找到。Web 解决方案,它与我们之前审查过的监视器和项目管理网站一起部署(请参阅代码部分中的存储库)。RfidScanner 项目使用串行通信,因此,如果您只使用部分代码,请确保在 Package.appxmanifest 文件中添加设备功能:

<DeviceCapability Name="serialcommunication">

     <Device Id="any">

         <Function Type="name:serialPort" />

     </Device>

</DeviceCapability>

将这一切汇集在一起​​!
在我的概念验证中,我的书房中有一台显示器,在我的基于 Windows IoT Core 的显示器的读取范围内有 2 个 RFID 贴纸。

我在厨房安装了一个辅助监视器,以及一个 RFID 标签。

我发现有点太晚了,我只有一个 5VDC 2A 桶形电源适配器,所以我一次只能运行一个显示器。我已经通过 Azure 上托管的 Web 界面注册了我的显示器和 3 个贴纸标签。

如果您对此项目有任何想法、意见或问题,请在下方留言。

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