物聯(lián)網(wǎng)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(yè)技術學院 湖南湘潭 411102

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、公眾媒體關心的熱點問題。部分幼兒園由于安全監(jiān)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(fā)交通事故等惡性事件時有發(fā)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(jiān)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(wǎng)絡等物聯(lián)網(wǎng)技術手段，構建網(wǎng)絡化、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，構建更安全的幼兒學習生活環(huán)境。

射頻識別（RFID）技術和ZigBee無線網(wǎng)絡技術是組建物聯(lián)網(wǎng)的兩項基礎和核心技術[1]。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，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(shù)據(jù)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(wǎng)通訊技術，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[1]?；赯igBee無線網(wǎng)絡是一種拓展性強、易布建的低成本、多跳的自組織無線網(wǎng)絡。將RFID和ZigBee結合，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；應用于幼兒園，可以實現(xiàn)對幼兒學習、生活的實時監(jiān)控和管理。

1 基于ZigBee的有源RFID系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)組成

基于ZigBee網(wǎng)絡的RFID系統(tǒng)由上位機、ZigBee協(xié)調器（網(wǎng)關）、帶ZigBee終端節(jié)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(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)接組網(wǎng)，相互之間通信，建立系統(tǒng)的通信網(wǎng)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(xiàn)數(shù)據(jù)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(wǎng)的RFID識別系統(tǒng)[2]。上位機用于接收Zigbee網(wǎng)絡中上來的數(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(huán)保無毒塑料，外觀符合幼兒玩具國家標準，經(jīng)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(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、準確無誤地送交到家長手中。

3）教職員工RFID卡：根據(jù)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(tǒng)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(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，讀寫器之間可以協(xié)調工作，實現(xiàn)對各個電子標簽信息的無線采集，并通過多跳方式把數(shù)據(jù)傳到服務器，擴大網(wǎng)絡覆蓋面積[3]。

服務器可以通過調用數(shù)據(jù)庫中存儲的進入網(wǎng)絡的電子標簽信息，對幼兒進行定位、跟蹤或觸發(fā)相應事件，實現(xiàn)人與人或人與物的交互。

1.2 系統(tǒng)工作原理

RFID系統(tǒng)工作時，先由讀寫器通過天線發(fā)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(wǎng)絡送至數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)（計算機系統(tǒng)）處理[4]。

2 基于ZigBee網(wǎng)絡的有源RFID系統(tǒng)在幼兒園幼兒管理中的應用分析

系統(tǒng)主要實現(xiàn)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(tǒng)功能如圖2所示。

2.1 園內管理

在園區(qū)區(qū)域內科學設置、安裝固定式或移動式RFID讀寫器，系統(tǒng)工作在ZigBee網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，網(wǎng)絡覆蓋整個園區(qū)，覆蓋范圍可根據(jù)需要調整，可實時監(jiān)控幼兒進出園、在園內的活動狀態(tài)。

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(tǒng)可以把數(shù)據(jù)信息同步上傳到幼兒園網(wǎng)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(wèi)處登記確認領取臨時RFID卡，并通過系統(tǒng)應用軟件設定該訪客進入的區(qū)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(qū)域，尤其是幼兒學習、活動區(qū)域時，系統(tǒng)自動向監(jiān)控中心、門衛(wèi)（保安）發(fā)送提醒信息；當訪客結束訪問時，訪客在門衛(wèi)處歸還RFID卡，系統(tǒng)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(shù)。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(qū)域報警。系統(tǒng)每隔60秒（可設定）對園區(qū)幼兒進行點名查到，對幼兒在園區(qū)的活動實時監(jiān)控。當幼兒脫離園區(qū)區(qū)域時，系統(tǒng)立即報警，并顯示報警位置及違規(guī)幼兒信息給監(jiān)控中心、門衛(wèi)值班人員，免于幼兒走失或被壞人帶走。

在幼兒園危險區(qū)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(fā)出聲光警示，同時自動將讀取的幼兒RFID信息傳送給監(jiān)控中心，計算機系統(tǒng)應用軟件得到信息后，也同時發(fā)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(tǒng)隨時查看學生上下車情況，是否已經(jīng)全部安全上車、下車，學生上下車相關記錄數(shù)據(jù)可以通過軟件進行數(shù)據(jù)采集，可實現(xiàn)后臺統(tǒng)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(shù)。園車實際載人數(shù)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(xiàn)園車停駛關閉車門時，還遺留幼兒在車上的情況發(fā)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(wǎng)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(fā)出的詢查信號，RFID卡會自動發(fā)出聲光報警，提醒幼兒歸隊，并向讀寫器發(fā)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(wǎng)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(tǒng)，實現(xiàn)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(wǎng)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(fā)現(xiàn)，防患于未然，減少事故的發(fā)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(tǒng)設計與實現(xiàn)[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(wèi)東,周天鵬.ZigBee和RFID技術相結合的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究[J].數(shù)字通信,2011(1)：41-43.

[4]李新春,于永鑫.遠距離有源RFID系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)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(tǒng)的開發(fā)與研究[J].中國教育技術裝備,2008(16)：129-130,133.