基于RFID的汽車信息管理系統的研究

陳磊，張紅欣

(1.新疆大學 化學化工學院,烏魯木齊 830047;2.昌吉學院 物理系,昌吉 831100)

0 引言

隨著我國人民群眾生活水平的提高，以及海關關稅的逐年下調，進口汽車對于我國普通百姓來說已不再是高不可攀的奢侈品，而是一種品質生活的象征。根據我國統計局統計的數據表明，全國各進口口岸整車在2017年一年里，達到了127萬輛進口汽車。從數量上來看，美國車數量上排第一25萬輛，德系車24萬輛，日本車是23萬輛。另外還有法國、英國、意大利等歐盟汽車進口，全部歐系車進口39萬輛，約占全部進口車的30%以上。從入境口岸來看，全國進口汽車基本集中在天津、上海、廣東三大港進口，天津將近47萬臺，第二個是上海38萬，第三個是廣東，三大港占比為97%[1]。但海關針對進口汽車的信息錄取及檢驗較為繁瑣，因此亟需設計一種能使檢驗過程變得快捷、準確的系統用于對出入境的汽車進行信息管理。

1 汽車信息管理系統

1.1 信息管理系統框架設計

研究設計的進口汽車信息管理系統遵守以下原則，采用RFID技術進行進口汽車物流智能化管理，首先在每個汽車擋風玻璃上貼上電子標簽，海關查驗區、外觀檢驗區、汽車檢測區等區域的通道讀寫器識別標簽的信息，通過RFID讀寫器進行自動化的數據采集，保證進口汽車物流各個環節數據輸入的速度和準確性，確保有關部門及時準確地掌握進口汽車的真實數據，實現高效率的汽車通關和實時的檢查盤點，有利于提高進口汽車管理的工作效率，擺脫費時費力的傳統方式。

進口汽車信息管理系統以RFID技術為基礎，將電子標簽貼附于待檢車輛的雨刷架下。并在大場進口、出口位置等地安裝基站式電子標簽閱讀器，檢查人員也可攜帶手持式閱讀器進行實時數據識別，并通過無線通訊技術、聯網技術、數據庫技術與監控系統進行實時的數據交換與更新，以此建立一個多輸入多輸出的動態信息管理系統。進口汽車信息管理系統由四級結構構成，分為系統應用層、數據庫管理層、無線網絡通訊層、設備感知層。

1.2 信息管理系統軟硬件工作原理

進口汽車信息管理系統首先需要將讀寫器與本系統的硬件接口相連接，根據讀寫器的類型可以采用RS232、USB、RS485或無線連接的方式。并結合Delphi良好的面向對象開發優勢，將軟件系統與硬件接口結合，通過模擬量轉數字量的特有轉換電路講RFID電子標簽中的信息有效的識別出來，并在相對應的接口上進行圖形化顯示[2]。

本系統中的記錄項目的作用是對針對需要采集數據的車輛的基本信息進行錄入、入庫以及寫卡等數據處理。

1.3 RFID系統原理及組成

RFID進行數據交互的過程中，主要是在兩個磁場中通過電感耦合現象實現的。主要利用了射頻發射器中電磁感應及其具有的發射傳輸性。當RFID標簽進入到讀寫器的工作區域內時，由于該區域覆蓋有電磁場，此時天線產生感應電流，并激活RFID卡，獲得能量的RFID卡像閱讀器發射標簽中的數據(自身編碼等)。閱讀器將載調制解調處理后的波信號進行發送給計算機，供計算機進行處理和操作。

在硬件方面，主要由標簽讀寫設備、RFID卡、磁場發射器構成。在軟件方面主要由應用系統軟件、數據庫、各功能模塊組成。

1.4 RFID電子標簽選型

RFID技術隨著物聯網技術不斷進入新的高峰，在各領域的應用和推廣過程中所占的份額越來越大。因此，有必要對RFID電子標簽和數據識別設備的技術參數逐步細化并且在整個檢查過程中，檢查人員的大部分資料均是從RFID電子標簽中獲取的，因此在電子標簽的選型的應遵循可靠性原則、安全性原則、成本和標準化原則、高效率讀取原則[3]。

本系統根據實際工作需求，采用IOTT-86543車輛防拆電子標簽。該標簽針對車輛管理中的特殊需求及其他需要具有防拆功能而設計的電子標簽，該種類標簽主要適用于海關口岸出入車輛管理、智能城市的交通管理、高速公路ETC系統、小區智能停車場等領域。該標簽具有較寬的頻段，可在適多個國家和地區進行通用化使用，此外，速度適應性能可達60公里/小時的。

2 RFID手持式讀卡器設計

信息管理系統中，進口汽車需要從某個區域移到另一個區域(比如從海關查驗區移到檢驗檢疫外觀檢驗區)，在檢測區域的出口和入口處需要安裝讀卡器，可選用相對固定的讀卡器。而在外觀查驗區內，因檢驗檢疫人員需要對某輛車外觀進行查驗，需要采用手持式讀卡器(PDA)。

根據信息管理系統的軟件設計要求及控制方案要求，確定了以單片機或ARM為核心的控制系統硬件，搭建了系統硬件框架，設計了RFID電子標簽信息交互模塊、數據存儲模塊、硬件驅動模塊、液晶顯示模塊等[4]。

2.1 RFID手持式讀卡器硬件設計

根據系統功能，設計硬件功能框圖如圖1所示。

圖1 基于S3C2440A的硬件功能框圖

RFID手持式讀卡器主要由硬件驅動模塊、電源模塊、鍵盤模塊、SDRAM模塊、液晶屏顯示模塊及無線通訊模塊組成，其中人機交互界面是基于S3C2440A的linux系統中使用。系統的控制命令參數通過鍵盤設置并通過URAT、SPI通訊方式與TRF7960設備進行電子標簽的交互，液晶模塊實時顯示系統狀態，而AD模塊則用于監測手持設備的環境溫度。

2.2 電子標簽識別電路設計

系統采用TI公司提供的超低功耗的MSP430F149微處理器與電子標簽數據識別芯片TRF7960進行設計的[ ]。MCU對射頻芯片的配置需要通過SPI接口，此類通信接口的正常工作都依賴于系統時鐘的支持。系統時鐘的穩定工作源于片外晶體，只有對相關I/O進行配置才能使片外晶體正常工作從而為系統提供時鐘源。

系統的硬件功能環環相扣，因此系統硬件驅動順序依次為：I/O初始化、MCU系統時鐘初始化、接口初始化、射頻芯片初始化。這些初始化過程完成了硬件的基本配置，同時也實現了硬件的基本功能。通過使用Altium Designe軟件繪制的MSP430與TRF7960的電路原理圖,如圖2所示。

圖2 手持式讀卡器功能電路

2.3 手持式閱讀器信息讀取主要程序描述

(1) OpenComm/CloseComm

軟件函數：HANDLE OpenComm(intspcomm)

功能描述：打開/關閉串口，執行成功/失敗時，返回int型返回值。

(2) IdentifySingleTag/WriteTagSingleWord

功能描述：識別單個RFID卡/向該電子標簽中寫入單字節內容。

(3) IdentifyUploadedMultiTags/InitializeTag

軟件函數：IdentifyUploadedMultiTags(SPComm，Num，IDs，BULL，antNods);

(4) InitializeTag(bool);

功能描述：識別多個RFID卡/并可對單個或多個標簽進行初始化操作。

(5) FastWriteTagID/FastWriteTag

軟件函數：FastWriteTagID(SPcom，bytesNUM，byte，ReaderAddr)；

(6) FastWriteTag(SPcom，memBank，address，WordCount，bytes，ReaderAddr);

功能描述：快速只寫標簽的EPC區/快速寫標簽的EPC區、數據區和保留區。

2.4 手持式閱讀器信息讀取原理

為讀者更詳細的了解手持式閱讀器的工作流程，該手持式閱讀器信息讀取流程圖如圖3所示[5]。

圖3 手持式閱讀器信息讀取流程圖

3 系統調試

3.1 系統硬件電路調試

系統在整體性應用之前，為驗證設計的系統是否具有可行性及系統各硬件是否存在兼容性，通過實驗室中的各項實驗對嵌入式手持式閱讀器及各個功能模塊進行了實驗驗證。

系統硬件調試模塊包括A/D模塊、I/O模塊、數據存儲模塊、LCD顯示模塊等模塊、TRF7960模塊。

3.2 系統調試注意事項

通過對系統硬件電路的分析和S3C2440A芯片的學習，通過對A/D模塊、I/O模塊數據存儲模塊、LCD顯示模塊和TRF7960模塊參數化編程設置，看系統的輸出是否滿足設計要求。

硬件調試在ADS1.2環境下進行，ADS1.2是ARM公司設計研發的調試軟件，支持C、C++以及匯編語言，編譯效率高，系統庫功能強，能夠在Windows、Linux等多種平臺運行，是一個很好的軟件調試以及JTAG硬件仿真的軟件。

(1) 參考S3C22440A技術手冊對各模塊寄存器進行配置，配置過程中主要注意寄存器數據配置格式及功能值是否正確；

(2) 對A/D模塊的調試即向相應通道輸入給定的電壓，看讀取的A/D采樣值是否與電壓相對應；

(3) 而對I/O接口的調試，只需讓給定的I/O端口為高時，看具體的顯示電路是否正常顯示，若顯示則說明電路正常，反之，則電路異常；

(4) LCD顯示模塊和TRF7960模塊主要將電子標簽中的數據進行讀取及顯示，若顯示的內容為寫卡器中填寫的信息則說明該電路能完成正常的工作，反之電路存在問題。

3.2 系統軟件功能調試

手持設備采用的是通用的嵌入式QT開發軟件，該軟件可將開發后的文件掛載到嵌入式設備中。由于是在Linux系統下進行調試，而且代碼相對較長，通常都是在PC機上進行編程，通過交叉編譯，使其能夠在ARM平臺上運行，由于本系統ARM上運行的操作系統版本為Linux4.2.3，所對應的交叉編譯器版本為gcc4.1.1。根據掛載文件的不同，在控制臺輸入的交叉編譯命令不同，交叉編譯過程中常使用的命令如：

#/usr/local/arm gcc4.1.1/bin/arm-linux-gcc

ggc.c-o ggc。

其中，ggc.c為交叉編譯的文件名，而ggc為最后生成的可執行文件。在PC機經交叉編譯后生成的可執行文件通過串口調試軟件發送到ARM平臺上，然后運行該文件即可。

4 總結

系統基于RFID的車輛識別技術、物聯網技術，將霍爾果斯口岸進口汽車海關查驗、外觀檢驗、上線檢測等業務流程的數據計入RFID并導入后臺服務器，車輛檢驗檢測信息、基本信息與VIN碼一一對應，本文利用RFID技術標識進口汽車的身份信息，使進口商能夠加快口岸通關速度，降低監管部門工作量，降低進口商成本。