物聯網技術在幼兒園幼兒管理中的應用研究*

李鴻 王林珠 譚懷忠

湘潭職業技術學院 湖南湘潭 411102

近年來，城鄉幼兒教育得到前所未有的重視，幼兒園數量急劇增加，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、公眾媒體關心的熱點問題。部分幼兒園由于安全監管設施不完善，教職員工安全責任意識淡薄、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交通事故等惡性事件時有發生。為此，各幼兒園應健全安全管理制度，強化教職員工安全責任意識，完善安全監管設施，加強對幼兒的安全教育；同時可以引入射頻識別、無線傳感網絡等物聯網技術手段，構建網絡化、信息化管理系統，實施智能化管理，更好地提高幼兒園安全管理的效率，構建更安全的幼兒學習生活環境。

射頻識別（RFID）技術和ZigBee無線網絡技術是組建物聯網的兩項基礎和核心技術[1]。RFID系統利用無線射頻信號通過空間耦合實現無接觸信息傳遞，并通過這種傳遞的信息進行自動識別，具有非接觸、安全性高、傳輸速度快、支持多目標識別的特點，可以對RFID標簽所附著的物體進行追蹤定位，主要由讀寫器、電子標簽和數據處理軟件組成[2]。ZigBee是一種低成本、低功耗的近距離無線組網通訊技術，采用直接序列擴頻方式，以無線電波為媒介，實現數據的發送和接收，所使用的無線電波不會對人體健康造成傷害[1]?；赯igBee無線網絡是一種拓展性強、易布建的低成本、多跳的自組織無線網絡。將RFID和ZigBee結合，可以建立基于ZigBee的RFID系統，形成一種基于ZigBee無線網絡和RFID感知信息的物聯網，可以實現對物品、人員的遠距離、大范圍識別、跟蹤、定位等；應用于幼兒園，可以實現對幼兒學習、生活的實時監控和管理。

1 基于ZigBee的有源RFID系統介紹

1.1 系統組成

基于ZigBee網絡的RFID系統由上位機、ZigBee協調器（網關）、帶ZigBee終端節點的讀寫器和大量電子標簽組成，如圖1所示。讀寫器讀寫有源電子標簽中的數據信息，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組網的靈活性，使多臺RFID讀寫器無線聯接組網，相互之間通信，建立系統的通信網絡，交換有源電子標簽中的內容，擴大RFID讀寫器的讀寫范圍，實現數據的多點無線采集和傳輸，形成一個基于ZigBee技術的多點自動識別、智能無線組網的RFID識別系統[2]。上位機用于接收Zigbee網絡中上來的數據信息，處理并保存到數據庫。

為保證感應的靈敏性和預警的時效性，電子標簽為有源RFID卡，卡內存儲著持卡者身份信息，主要用于身份識別、權限分配、基礎信息讀取等，設置3類RFID卡。

1）幼兒RFID卡：采用胸牌式或腕帶式電子標簽；外部材質采用環保無毒塑料，外觀符合幼兒玩具國家標準，經久耐用、不易丟失、方便佩戴；卡內存儲幼兒基本信息，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、準確無誤地送交到家長手中。

3）教職員工RFID卡：根據身份或者使用權限，將卡細分為幼兒園負責人卡、園車駕駛員卡、園車護送人員卡、教師卡、保安卡等，主要作為身份識別和員工管理，用于門禁、考勤、安全管理系統授權等。

讀寫器負責向電子標簽讀取或寫入信息，可以單獨實現數據讀寫、顯示和處理，也可以與上位計算機聯合，完成對RFID卡的操作。讀寫器中嵌入ZigBee無線通信模塊，通過ZigBee協議建立系統的通信網絡，讀寫器之間可以協調工作，實現對各個電子標簽信息的無線采集，并通過多跳方式把數據傳到服務器，擴大網絡覆蓋面積[3]。

服務器可以通過調用數據庫中存儲的進入網絡的電子標簽信息，對幼兒進行定位、跟蹤或觸發相應事件，實現人與人或人與物的交互。

1.2 系統工作原理

RFID系統工作時，先由讀寫器通過天線發送一定頻率的射頻信號，當RFID卡進入讀寫器的工作場時，由自身內嵌的電池為后級芯片供電，驅動后級芯片與閱讀器進行通信，以完成與閱讀器間的相應通信過程。閱讀器讀取標簽的自身編碼等信息并解碼后通過ZigBee網絡送至數據交換、管理系統（計算機系統）處理[4]。

2 基于ZigBee網絡的有源RFID系統在幼兒園幼兒管理中的應用分析

系統主要實現對幼兒、幼兒家長基本信息的管理，幼兒、家長身份識別，校車接送途中、幼兒園學習活動期間、外出活動期間的實時點名，超范圍活動、遇緊急情況自動報警等功能，解決目前幼兒園幼兒管理中存在走失、上錯車、遭拐騙、園車超載、遺棄車上等問題。系統功能如圖2所示。

2.1 園內管理

在園區區域內科學設置、安裝固定式或移動式RFID讀寫器，系統工作在ZigBee網絡聯網狀態，網絡覆蓋整個園區，覆蓋范圍可根據需要調整，可實時監控幼兒進出園、在園內的活動狀態。

1）身份識別、考勤及門禁管理。通過應用軟件，設置不同的RFID卡，對持卡人進行身份管理、權限設置，通過RFID讀寫器感應不同的RFID卡，進行身份識別，達到允許或禁止的功能，科學布置RFID卡讀取點，做到“何時何地何人”都能靈敏感應。在校門口設置固定式RFID讀寫器，自動記錄幼兒、家長、臨時訪客、教職員工出入園的詳細情況。幼兒進出幼兒園時使用幼兒RFID卡進行身份識別，家長接送、探訪幼兒時使用家長RFID卡進行身份識別，讀卡通過時，允許家長接領幼兒，讀寫器（或顯示屏）上顯示幼兒代碼、姓名、性別、班級等信息；讀卡未通過，讀寫器（或顯示屏）上給出語音、動畫提示或報警，拒絕家長接領、探訪，防止誤接、錯接。同時，系統可以把數據信息同步上傳到幼兒園網站，方便幼兒園教師掌握班級幼兒情況，方便家長查詢。

臨時訪客需要進入幼兒園時，可在門衛處登記確認領取臨時RFID卡，并通過系統應用軟件設定該訪客進入的區域（如辦公樓、教師宿舍等）和停留時間[5]。當訪客進入非訪問區域，尤其是幼兒學習、活動區域時，系統自動向監控中心、門衛（保安）發送提醒信息；當訪客結束訪問時，訪客在門衛處歸還RFID卡，系統解除訪問權限。

其次，還可以在幼兒教室、食堂、寢室等安全關鍵場所設置門禁，授權教職工和本園幼兒的RFID卡才能打開門，以防不法分子闖入幼兒園對師生造成傷害，增加幼兒園師生的安全系數。另外，在幼兒中午、晚上休息就寢時間段，可以通過對RFID卡權限的設置，不允許幼兒卡打開門禁，以防幼兒走出寢室，造成安全事故。

2）自動離校及涉危區域報警。系統每隔60秒（可設定）對園區幼兒進行點名查到，對幼兒在園區的活動實時監控。當幼兒脫離園區區域時，系統立即報警，并顯示報警位置及違規幼兒信息給監控中心、門衛值班人員，免于幼兒走失或被壞人帶走。

在幼兒園危險區域如水池、變壓器、樓頂、煤氣管道、走道盡頭等設置RFID讀寫器，一旦有幼兒接近時，讀寫器立刻發出聲光警示，同時自動將讀取的幼兒RFID信息傳送給監控中心，計算機系統應用軟件得到信息后，也同時發出聲音、動畫等報警信號，并準確給出RFID感應點所在的具體位置，提醒管理員立刻采取安全措施[6]。

2.2 園外管理

1）園車接送管理。

①幼兒上下車身份識別與幼兒園識別。家長在站點接送孩子時，跟車教師采用手持式讀寫器或車載讀寫器自動識別上、下車幼兒身份和接領家長身份，幼兒或家長身份驗證通過，讀寫器或車載顯示屏顯示幼兒信息、家長信息，并語音提示“**幼兒園歡迎你”，讓跟車教師、駕駛員和幼兒進一步確認幼兒、家長身份和幼兒園名稱，并進行比對，驗證沒通過，讀寫器報警提示，跟車教師適當處置，防止幼兒上錯車，進錯幼兒園。校車接送途中跟車教師和司機可通過該系統隨時查看學生上下車情況，是否已經全部安全上車、下車，學生上下車相關記錄數據可以通過軟件進行數據采集，可實現后臺統一管理。保證學生接送安全，降低管理人員的工作量及人為失誤可能。

②園車超載提醒功能。車載RFID讀寫器通過讀取幼兒RFID卡自動獲得準確的上、下車學生數。園車實際載人數可以用醒目的方式顯示在車內適當位置來提醒駕駛員，避免出現園車停駛關閉車門時，還遺留幼兒在車上的情況發生。

2）外出活動管理。

①實時點名查到。當幼兒外出活動時，負責組織的教師分為幾組，分別攜帶手持式RFID讀寫器每隔一定的時間間隔對周圍幼兒RFID卡進行讀取，教師只要按手持式讀寫器上的查詢鍵便可進行幼兒查詢。只要幼兒在ZigBee網絡覆蓋的范圍內，幼兒RFID卡均可接收該查詢信息并與自己的地址核對：如果是自己的信息，做相應的處理后便返回信號，讀寫器將顯示該幼兒的ID、姓名等信息；倘若幼兒在查詢范圍之外，RFID卡將接收不到讀寫器的查詢信號，從而讀寫器將顯示查詢失敗。查詢結束后教師對未查詢到的該幼兒進行尋找，加強幼兒管理的安全性。

②自動提醒歸隊、求助報警功能。幼兒外出活動超越活動范圍，所持幼兒RFID卡在一定時間范圍內未能接收到讀寫器發出的詢查信號，RFID卡會自動發出聲光報警，提醒幼兒歸隊，并向讀寫器發出求助報警信號，盡可能避免幼兒外出活動時走失。

3 結語

將RFID技術、ZigBee網絡技術應用于幼兒園的幼兒管理，建立一套信息化、智能化的幼兒園幼兒安全管理系統，實現對幼兒的“實名制”管理，能較大地提高管理效率，較好地解決幼兒多、幼兒好動、教師不容易面面俱到的難題，減輕教師的管理強度。RFID技術、ZigBee網絡技術加上行之有效的安全管理制度，能更好地消除幼兒園的安全隱患，做到早預警、早發現，防患于未然，減少事故的發生，使幼兒在幼兒園里快樂、安全地成長。

[1]任小洪,方剛,賀映光,等.ZigBee遠距離射頻識別系統設計與實現[J].自動化儀表,2011,32(3)：8-11.

[2]劉宇,彭剛,王濤,等.RFID與ZigBee技術融合的研究[C]//廣西計算機學會2010年學術年會論文集,2010.

[3]樂英高,徐衛東,周天鵬.ZigBee和RFID技術相結合的物聯網系統研究[J].數字通信,2011(1)：41-43.

[4]李新春,于永鑫.遠距離有源RFID系統[J].計算機系統應用,2011,20(11)：178-180.

[5]曾慶勇.RFID技術在幼兒園安全管理中的應用分析[J].軟件,2012,33(1)：125-127.

[6]雷靜,林強.基于RFID的中小學校園安全智能管理系統的開發與研究[J].中國教育技術裝備,2008(16)：129-130,133.