基于RFID和QT/E車輛出入監控系統的設計

趙明波, 謝 楠, 王亞軍, 陳偉標, 林 浩

(山東理工大學 計算機科學與技術學院，山東 淄博 255091)

0 引 言

隨著經濟的迅猛發展，汽車擁有量急劇增長，同時也為城市的車輛管理帶來了新的問題。高效、安全、快捷的智能車輛管理系統已成為許多小區、公司迫切需求[1-2]。基于RFID和QT/E的車輛出入監控系統就是基于這方面的需求而提出的，實現單位或者小區車輛出入的自動化管理。

1 系統設計方案

本系統設計模擬環境如圖1所示。系統利用注冊的RFID識別卡，對出入車輛進行自動化管理。當有車輛進入或離開時，車輛進入RFID射頻卡識別區，通過對RFID的識別，驗證車輛是否合法，如合法，則進行抬桿放行；并記錄車輛的入出時間、統計車流量。

圖1 基于RFID技術的車輛出入監控系統模擬環境

1.1 設計目標

(1) 實現車輛的安全管理，采用一車一卡。對于車輛的出入時間進行記錄。

(2) 車輛的出入自動管理，當有車出入時，需要識別車輛的身份(通過提前注冊的frid卡)，當身份合法時，允許車輛出入。

(3) 對車輛出入實時記錄，實現車輛出入記錄查詢和車流量統計。

(4) 實現對數據庫的管理：車輛、人員信息的增加、修改、刪除和查詢，RFID卡的注冊、掛失和解掛等。

1.2 設計方案

硬件平臺：UP-CUP IOT-6410-Ⅱ型嵌入式物聯網綜合實驗系統[3]，處理器是S3C6410。

軟件設計方案：經過參考和比較[4]，本系統基于嵌入式linux操作系統，利用RFID實現車輛標識，采用QT/E界面開發語言和Sqlite數據庫來實現本系統的設計。

(1) 利用RFID實現車輛信息的識別和讀取。

(2) 利用Sqlite數據庫作為底層數據的管理與維護，方便大量數據的管理，而且便于實現。

(3) 系統應用嵌入式linux操作系統實現對系統所有資源進行管理。

(4) QT/E作為本系統的人機界面開發語言。QT/E作為GUI開發語言，實現界面一次開發，多平臺編譯和使用[5]。在PC機上開發編寫，交叉編譯后移植到ARM平臺，實現人性化圖形化的友好人機界面。

2 系統設計關鍵技術

2.1 RFID技術

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)，俗稱電子標簽。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便[6]。

RFID的基本組成部分為標簽、閱讀器和天線。標簽(Tag)由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；閱讀器(Reader)讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線(Antenna)在標簽和讀取器間傳遞射頻信號[7]。

RFID技術的基本工作原理：標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(PassiveTag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(ActiveTag，有源標簽或主動標簽)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理[8]。

2.2 TX125系列射頻讀卡模塊

TX125系列非接觸IC卡射頻讀卡模塊采用125 KB射頻基站。當有卡靠近模塊時，模塊會以韋根或UART方式輸出ID卡卡號，用戶僅需簡單的讀取即可，在串口方式下，可工作在主動與被動的模式。該讀卡模塊完全支持EM、TEMIC、TK及其兼容卡片的操作，非常適合于門禁、考勤等系統的應用[3～9]。

2.3 Sqlite數據庫

SQLite，是一款輕型的數據庫，是遵守ACID的關聯式數據庫管理系統，它的設計目標是嵌入式的，而且目前已經在很多嵌入式產品中使用了它，它占用資源非常的低，在嵌入式設備中，可能只需要幾百KB的內存就夠了。它能夠支持Windows/Linux/Unix等等主流的操作系統，同時能夠跟很多程序語言相結合，比如 Tcl、C#、PHP、Java等，還有ODBC接口。與Mysql、PostgreSQL這兩款開源世界著名的數據庫管理系統相比，它的處理速度更快[10-11]。

2.4 Qt開發語言

Qt是一個1991年由奇趣科技開發的跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發框架。它既可以開發GUI程式，也可用于開發非GUI程式。Qt是面向對象語言，易于擴展，并且允許組件編程。Qt的跨平臺特性，是選擇Qt做嵌入式軟件開發的一個非常重要的原因。Qt支持Microsoft Windows 95/98/NT，Linux，Solaris，SunOS，QNX 等操作系統。對于相同功能的軟件，無須針對不同的操作系統編寫不同程序，只需將相同的代碼針對不同的環境重新編譯即可[12]。

Qt/Embedded是Qt的嵌入式版本，它在原始Qt的基礎上，做了許多出色的調整以適合嵌入式環境。同Qt/X11相比，Qt/Embedded很節省內存，因此它在嵌入式Linux系統上的應用非常廣泛[13]。

2.5 嵌入式Linux操作系統

嵌入式 Linux是以Linux為基礎的嵌入式操作系統，它被廣泛應用在移動電話、個人數字助理(PDA)、媒體播放器、消費性電子產品以及航空航天等領域中。嵌入式Linux是將日益流行的Linux操作系統進行裁剪修改，使之能在嵌入式計算機系統上運行的一種操作系統。嵌入式Linux既繼承了Internet上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統的特性。嵌入式Linux的特點是版權費免費，全世界的自由軟件開發者提供支持，而且性能優異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應用軟件支持；應用產品開發周期短，新產品上市迅速，因為有許多公開的代碼可以參考和移植[14]。

3 系統設計實現

3.1 開發環境

硬件平臺：UP-CUP IOT-6410-Ⅱ型嵌入式物聯網綜合實驗系統，USB接口的鼠標和鍵盤，連在物聯網平臺用于測試。

PC機用于開發和調試，開發所需軟件：虛擬機Vmware Workstation、Fedora Core 8、MiniCom/Xshell、ARM_LINUX交叉編譯開發環境、QT/E。

3.2 系統組成原理框圖

RFID模塊通過串口向ARM處理器發送數據，主程序通過串口接收RFID信息，對數據庫操作，在各窗口間傳遞數據，如圖2所示。

3.3 車輛出入管理功能模塊框圖(見圖3)

3.4 數據庫設計

設計了兩個表，兩表之間通過卡號建立關聯。

(1) 車輛基本信息表。用于記錄車輛的基本信息，如表1所示。

表1 車輛基本信息表

(2) 車輛出入記錄表。用于記錄車輛出入信息，如表2所示。

表2 車輛出入記錄表

3.5 Sqlite數據庫操作實現

設計了4個基本類，利用SQLite C/C++接口函數[15]實現對數據庫的操作，如圖4所示。

4 系統功能測試

車輛出入監控系統基本功能包括：車輛信息采集，車輛信息刪除、修改、查詢，RFID卡掛失與解掛，車輛出入信息統計與顯示，系統用戶的增加、刪除、修改，車輛出入記錄查詢。主要功能界面如下所示：

(1) 車輛出入信息統計與顯示。當用戶點擊車流量統計時，顯示車流量統計結果，如圖6所示。其中RFID號是讀卡器獲得的射頻卡號。

(2) 掛失。當要掛失RFID時，點擊射頻卡掛失按鈕，彈出射頻卡號輸入框，輸入射頻卡號，點擊OK按鈕，掛失對應的射頻卡號。

本系統能實現對車輛有效基本信息的采集和無效數據的屏蔽；完成了對出入車輛信息的有效驗證、出入時間的準確記錄，實現了車輛出入的自動化管理。

5 結 語

本系統綜合RFID、Sqlite數據庫、QT/E開發語言和嵌入式linux操作系統來實現。QT/E作為本系統的界面開發語言，在PC機上編寫，交叉編譯后移植到ARM平臺，實現人性化圖形化的人機界面。利用嵌入式數據庫Sqlite來管理系統數據，使得ARM平臺自身處理大量數據成為可能。RFID技術用于車輛標識，實現真正意義上的車輛自動化管理。在車輛出入口安裝本系統，對車輛進行識別核對，合法車輛可以不停車快速通過，并同時記錄車輛出入數據。測試表明該設計能夠實現車輛出入的自動化管理，滿足社會管理的現代化需求。相比較基于PC臺式機的設計，基于ARM處理器的便攜式設計在安裝、應用等方面都更加方便。

圖5 車輛出入信息查詢結果圖

圖6 車輛基本信息采集界面圖

[1] 張麗然，沈勝利．基于RFID的車輛自動管理系統研究[J]．電子設計工程，2012，20(6):8-10．

ZHANG Liran，SHEN Shengli．Research of vehicle automatic management system based on RFID [J]．Electronic Design Engineering，2012，20(6):8-10．

[2] 嚴 奎,邱自學,袁 江．集成RFID和視頻的車輛識別及管理系統[J].自動化儀表，2012，33(12)：46-50.

YAN Kui,QIU Zixue,YUAN Jiang. Recognition and Management System for Road Vehicle Integrating RFID and Video Technologies[J]. Process Automation Instrumentation, 2012，33(12)：46-50.

[3] 北京博創興盛科技有限公司網站[EB/OL]．http://www.up-tech.com.

[4] 吳志紅，楊躍臣．嵌入式停車場管理系統[J]．計算機應用,2010,30(11):3126-3129.

WU Zhi-hong，YANG Yue-che.Parking lot management system based on embedded design[J]．Journal of Computer Application,2010,30(11):3126-3129.

[5] 湯 偉，李 強．Qt/E的嵌入式Linux GUI研究與實現[J]．計算機應用與軟件，2011，28(10)： 260-263.

TANG Wei, LI Qiang．Research and Realization of Qt/E Embedded Linux Gui[J]．Computer Applications and Software,2011,28,(10): 260-263.

[6] 羅春彬，彭 龑，易 彬．RFID技術發展與應用綜述[J]．通信技術，2009，12：112-114.

LUO Chun-bin, PENG Yan, YI Bin.Overview on RFID Technology and Application[J]. Communications Technology,2009,12:112-114.

[7] 張春紅，裘曉峰，夏海輪，等．物聯網技術與應用[M]．北京：人民郵電出版社，2011.

[8] 張 凱，張雯婷．物聯網導論[M]．北京：清華大學出版社．2012.

[9] 任曉莉．基于RFID的智能公交車輛監控系統設計與實現[J]．計算機與數字工程,2013,41(5):835-837.

REN Xiuo-li. Design and Implementation of Intelligent Bus Vehicles Monitoring System Based on RFID[J]．Computer& Digital Engineerin,2013,41(5):835-837.

[10] 葉 鵬，馬 俊，王 威．基于ARM 的RFID智能物流管理系統設計與實現[J]．計算機工程與設計,2013,34(10):3475-3479.

YE Peng,MA Jun,WANG Wei．Design and implementation of logistics management system based on ARM and RFID[J]．Computer Engineering and Design,2013,34(1O):3475-3479.

[11] [加拿大]Jasmin Blanchetee，[英]Mark Summerfield.C++ GUI Qt4編程[M].北京：電子工業出版社．2010.12.

[12] 奚海蛟，諶利．嵌入式Linux的Qt圖形程序實戰開發[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2012.

[13] 霍亞飛．Qt Creator快速入門[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2012.

[14] 華清遠見．嵌入式linux應用程序開發標準教程[M]．北京：人民郵電出版社．2009.

[15] Sqlite數據庫技術網站[EB/OL]．http:www.sqlite.org.