基于RFID的物聯網車載終端系統

白景斐

（山西電力職業技術學院 山西 太原 030021）

在信息化高速發展的今天，數字化信息的應用越來越成熟，各行業通過其優化產業結構、搶占市場。目前得到廣泛應用的車載終端，大多僅利用了攝像頭的錄像功能，不能及時將監控信息及時傳回監控中心，并非真正的實時遠程監控終端，不能滿足自動化作業需求。隨著當前物流行業的迅速發展，將物聯網技術引入物流行業管理，將對提升物流企業的效益起到事半功倍的作用。文中介紹的基于RFID的物聯網車載系統是運行于車載終端中的智能系統，安裝在運輸車輛后，通過RFID技術以及其他動態信息采集技術，無需人工操作，自動與控制中心進行通信，實現對車輛的全程掌控[1]。

1 系統總體分析

物聯網車載系統采用ARM11嵌入式處理器在Linux平臺上進行開發，采用了GPS定位、GPRS通信技術、RFID無線射頻技術等。車載終端的底層基于嵌入式平臺，將嵌入式軟件植入物流車載終端，通過寫入的控制程序完成對其他功能模塊的控制，從而實現以下功能：

1）實時完成信息傳輸；

2）遠程終端內植入讀卡器，對裝車的貨物進行識別和記錄；

3）實現自身全程精確定位；

4）利用攝像裝置，獲取所需的圖像信息；

5）與控制中心的通信；

2 系統硬件設計

物聯網物流車載終端系統主要由ARM11核心系統、GPS模塊、GPRS模塊、RFID識別模塊、圖像采集模塊等組成。系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖Fig.1 Structure diagram of the system

本系統要求實時傳輸、GPS位置、RFID識別信息等，對車輛實時動態跟蹤，綜合各方面的需求，嵌入式系統的CPU選用Samsung公司的S3C6410微處理器，其穩定主頻667 MHz，最高主頻可達800 MHz，集成了許多外設接口，具有高性能、低功耗的特點，有較大的存儲空間和較強的計算能力，滿足本系統對于數據處理存儲的需要，實現各部分功能[2]。

GPS定位模塊選用的GS-91 GPS衛星定位模塊，是一個高性能、低功耗的GPS衛星接收引擎板，是一個完整的衛星定位接收器具備全方位功能，定位精度可以達到10 m。

無線通信模塊選用SIMCOM公司的SIM300模塊。它是一款三頻段GSM/GPRS模塊，可在全球范圍內的EGSM 900 MHz、DCS 1 800 MHz、PCS 1 900 MHz 3 種頻率下工作，能夠提供 GPRS多信道類型多達10個，并且支持 CS－1、CS－2、CS－3和 CS－4 4種 GPRS編碼方案， 內嵌了TCP/IP協議，只需通過AT指令就能很快接入Internet。

Nand flash為存儲外設。本系統將視頻信息存放在nand flash中，同時LINUX的Uboot、內核、開機圖片和文件系統也都燒寫到nand flash中。

遠程終端采用攝像頭模塊完成圖像采集功能。攝像頭模塊采用中星微Z301P USB攝像頭，模塊通過USB接口與嵌入式平臺直接連接，嵌入式系統對圖像進行存儲，保障了數據的安全性。采集到的圖像信息，經過嵌入式系統進一步壓縮處理，通過無線通信模塊發送到遠程控制中心。

射頻識別模塊選用nRF24L01無線射頻模塊，nRF24L01是一款工作在2.4～2.5 GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發器芯片，它有極低的電流消耗。系統將標簽放置在運輸貨物上，通過終端上的RFID讀卡器，對進入運輸車輛的貨物進行識別管理。

3 系統軟件設計

物聯網物流車載終端的軟件系統選用嵌入式Linux操作系統作為開發平臺。首先在PC機上搭建Linux操作系統，然后在建立交叉編譯環境。在這個過程中，GPS定位信息、GPRS無線傳輸、圖像采集、RFID識別信息的采集等都是采用C語言在PC機上編寫，然后采用交叉編譯產生可執行文件下到S3C6410上運行。

3.1 GPS模塊

GPS模塊程序是本系統的關鍵和基礎，主要完成經緯度、車速、加速度、海拔、方位角等信息的自動采集工作[3]。打開設備以后，首先需要串口初始化，設置波特率、數據位、停止位、校驗位等參數，然后打開串口讀取原始GPS信息，最后調用函數 gps_pharse（char*line，GPS_INFO*GPS）；對 GPS 信息進行解析。該模塊程序處理流程如圖2所示。

3.2 GPRS模塊

GPRS模塊程序是實現遠程無線聯網、實時數據通信的關鍵和基礎，主要完成交互數據通信、短信接收發送、在線數據更新、調度中心遠程指令控制等功能。為了兼顧數據通信和短信收發功能，GPRS模塊沒有使用TCP/IP透明傳輸模式，而是工作在AT指令模式，數據通信采用TCP/IP協議，通信格式為自定義PDU雙字節編碼模式，短信采用國際通用標準PDU數據格式[4]。

3.3 行程回放

本系統可以實時對車輛進行定位，同時將行車路線存儲在nand flash中，而視頻信息在車載終端進行采集，視頻信息同樣可以存儲在nand flash中，行車路線信息可以選擇回放，如圖3所示。

圖2 GPS模塊程序處理流程Fig.2 Program process of GPS module

圖3 視頻回放處理流程Fig.3 Vedio playback processes

3.4 圖像采集模塊

本系統采用Linux2.6.36內核，它采用了UVC的驅動v4l2（video4linux2的簡稱）框架。v4l2為Linux視頻設備程序提供了一套接口規范，包括一套數據結構和底層v4l2驅動接口[5]。圖像采集的處理流程如圖4所示。

圖4 圖像采集處理流程Fig.4 Image acquisition and processing processes

3.5 識別信息采集

nRF24L01通過UART串口與Linux系統通信，它在接收模式下可以接收6路不同通道的數據，設置為接收模式的nRF24L01可以對這6個發射端進行識別，nRF24L01確認收到數據后記錄地址，以此地址為目標地址發送應答信號，在發送端數據通道0被用做接收應答信號[6]。

nRF24L01初始化部分代碼如下：

4 結果及分析

本系統上位機監視控制操作界面是用Java語言開發的，管理平臺結合GIS信息，實時的顯示當前監控的車輛的地理位置，以便查詢相關信息和進行有效監管，界面示例如圖5所示。

5 結束語

文中提出了一種基于RFID技術的物聯網車載終端系統，選擇嵌入式Linux操作系統和S3C6410處理器作為軟件和硬件平臺，成功的開發出樣機。通過對物流企業的車輛進行實時遠程監控，提高物流效率，節約物流成本；通過車輛定位、車況信息監控等功能實現對車輛行車全程監控，提高行車安全。基于RFID的物聯網物流車載終端的使用，將先進的物流管理理念引入生產經營過程，同時由于系統采用的是無線網絡，只要GPRS網絡覆蓋的范圍內即可實現與控制中心的實時通信，很好的實現實時精確定位監控，有非常實用的價值。

圖5 上位機監視控制界面示例Fig.5 Monitoring and control of the host computer interface

[1]馮彥輝，季全忠，馮金富，等.RFID技術在軍用倉庫信息化管理中的應用研究[J].航空計算技術，2006（5）：8-10.FENG Yan-hui，JI Quan-zhong，FENG Jin-fu， et al.The application of RFID technology in the military warehouse information management[J]. Aeronautical Computing Technique，2006（5）：8-10.

[2]陳慶陸，孫運強，姚愛琴.嵌入式貨車車載監控終端設計[J].電子測試，2010，9（9）:71-76.CHEN Qing-lu，SUN Yun-qiang，YAO Ai-qin.Embedded truck vehicle monitoring terminal design[J].Electronic test，2010，9（9）:71-76.

[3]劉源.基于嵌入式Linux的GPS車載定位導航系統設計[D].浙江:浙江大學，2007，4（5）:84-89.

[4]孫德輝，衛革.基于ARM的GPRS遠程數據傳輸系統的設計[J].計算機應用，2010，29（7）:26-28.SUN De-hui，WEI Ge.Radio Frequency Identification（RFID）and barcode technology[J].Computer Application， 2010，29（7）:26-28.

[5]李先茂，王蓉，孫晟,等.基于Linux遠程圖像采集控制系統的設計[J].ARM開發與應用，2010，26（12）:99-101.LI Xian-mao，WANG Rong，SUN Sheng，et al.Linux-based remote image acquisition control system design[J].Development and application of ARM，2010，26（12）:99-101.

[6]游戰清，劉克勝.無線射頻識別（RFID）與條碼技術[M].北京:機械工業出版社，2007.

[7]尤裕榮，徐中節，逯婉若.基于Simulink/RTW的沖壓發動機控制系統半實物仿真[J].火箭推進，2008（5）:49-53.YOU Yu-rong，XU Zhong-jie，LU Wan-ruo.Semi-physical simulation on ramjet control system based on simulink/RTW[J].Journal of Rocket Propulsion，2008（5）:49-53.