基于RFID的小區(qū)非機(jī)動(dòng)車防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉中原

自行車、電瓶車等非機(jī)動(dòng)車的盜竊問題一直是一個(gè)困擾老百姓的難題，在目前信息技術(shù)應(yīng)用日新月異的背景下，借助于目前比較成熟的RFID技術(shù)，通過在非機(jī)動(dòng)車上內(nèi)置RFID電子芯片，并在住宅小區(qū)的出入口增加RFID識(shí)別設(shè)備，通過電子鎖的方式對(duì)出入小區(qū)的車輛實(shí)施監(jiān)控，車主可以通過正常渠道解鎖，而非正常的出入則會(huì)觸發(fā)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)防盜功能。通過該技術(shù)的應(yīng)用，在車主的物理鎖之外相當(dāng)于又加裝了一把無形的鎖，且這把鎖及其隱蔽，不易被盜竊分子察覺，能實(shí)現(xiàn)出其不意的防盜效果，并通過實(shí)際應(yīng)用證明該方案的有效性。

RFID，電瓶車，自行車，防盜

中圖分類號(hào)： TP315 ????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

一.研究背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，智能化和信息化已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。目前的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要包括兩個(gè)種類：條碼技術(shù)和無線射頻（RFID）技術(shù)。隨著這兩種技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在全世界具有了一定的發(fā)展規(guī)模。RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)作為構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)” 的關(guān)鍵技術(shù)近年來受到人們的關(guān)注。從概念上來講，RFID類似于條碼掃描，對(duì)于條碼技術(shù)而言，它是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物并使用專用的掃描讀寫器利用光信號(hào)將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器;而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)物的RFID標(biāo)簽，利用頻率信號(hào)將信息由RFID標(biāo)簽傳送至RFID讀寫器，目前為止，RFID技術(shù)已在生活的各種場(chǎng)景下廣泛應(yīng)用。

縱觀各種居民小區(qū)，早期是自行車，目前是電瓶車，被盜的情況時(shí)有發(fā)生，雖然門口有保安，但有時(shí)候也是形同虛設(shè)，小區(qū)在物理結(jié)構(gòu)上相對(duì)封閉，不像外面的大街和廣場(chǎng)上，這就給集中管控提供了便利條件，既然機(jī)動(dòng)車可以通過車牌識(shí)別進(jìn)出，那么非機(jī)動(dòng)車同樣也可以使用類似的方式進(jìn)行管理，但非機(jī)動(dòng)車的車牌不規(guī)范，無法使用圖像識(shí)別，此時(shí)RFID無線射頻技術(shù)就非常適合該場(chǎng)合，形式多樣的非機(jī)動(dòng)車都可以通過內(nèi)置安裝RFID標(biāo)簽的形式納入統(tǒng)一的識(shí)別管理，此時(shí)內(nèi)置的RFID芯片就是這輛車的無形車牌，通過在小區(qū)出入口的識(shí)別起到管控的作用，如果是未解鎖就出去的情況被視為非正常情況，從而觸發(fā)報(bào)警并在保安控制室顯示對(duì)應(yīng)的電瓶車車牌號(hào)，可以幫助保安進(jìn)行快速甄別和響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)防盜。

二.設(shè)計(jì)與實(shí)施方案

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式上要求小區(qū)的入口和出口分開設(shè)置，其中入口的系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)如圖1所示，出口如圖2所示，目前大多數(shù)小區(qū)都是這樣的模式，電瓶車在進(jìn)入小區(qū)的時(shí)候被RFID讀卡天線感應(yīng)到并被記錄下來，系統(tǒng)此時(shí)對(duì)其實(shí)施電子“加鎖”操作，而當(dāng)該電瓶車在出口經(jīng)過的時(shí)候，出口的RFID讀卡天線則會(huì)在識(shí)別到之后并迅速判斷其是否是解鎖狀態(tài)，如果是非解鎖狀態(tài)則認(rèn)為此時(shí)該電瓶車有被盜嫌疑進(jìn)而觸發(fā)報(bào)警裝置實(shí)施報(bào)警，對(duì)于有條件的小區(qū)還可以輔助顯示大屏提示出嫌疑的車輛牌號(hào)和該車登記的圖片，迅速幫助保安鎖定該車輛以進(jìn)行進(jìn)一步詢查。當(dāng)然，報(bào)警也可能因?yàn)檐囍魍浗怄i導(dǎo)致，此時(shí)車主可以通過微信進(jìn)入解鎖程序解鎖自己的車輛從而消除報(bào)警，而如果是真的盜竊由于無法解鎖而很容易被識(shí)別。

在一些常規(guī)的RFID應(yīng)用中，RFID電子標(biāo)簽通常都綁定在一些靜止的物體上，比如固定資產(chǎn)，在這種場(chǎng)景下，系統(tǒng)對(duì)RFID的識(shí)別速度沒有太苛刻的要求，畢竟對(duì)象靜止不動(dòng)，識(shí)別上多花點(diǎn)時(shí)間總歸能識(shí)別到，而在本系統(tǒng)場(chǎng)景下則提出了不同的要求，非機(jī)動(dòng)車特別是電瓶車是處于高速運(yùn)動(dòng)中的，要能在極短時(shí)間內(nèi)感知到標(biāo)簽并從云服務(wù)器查詢是系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問題，識(shí)別并進(jìn)行決策的時(shí)效性直接牽涉到防盜報(bào)警的及時(shí)性，同時(shí)RFID讀卡器對(duì)電子標(biāo)簽的掃描頻度和算法的處理也是影響系統(tǒng)表現(xiàn)的重要性能指標(biāo)，要保證多車輛同時(shí)經(jīng)過感應(yīng)區(qū)域的時(shí)候要做到?jīng)]有漏網(wǎng)之魚，都要能夠被系統(tǒng)檢測(cè)到，這決定系統(tǒng)的正確性。

首先，RFID識(shí)別器硬件性能的提升不是本系統(tǒng)研究的內(nèi)容，本系統(tǒng)是在現(xiàn)有RFID識(shí)別器的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用的研究，要保證要電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的時(shí)時(shí)無遺漏采集，取決于RFID天線部署的高密度、感應(yīng)的最高強(qiáng)度以及一定長度的通道部署，不管是對(duì)于入庫還是出口皆如此，在本方案中， 入口UHF天線通過底層的485網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至主控單元，主控單元接收485串口數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行上傳至WEB服務(wù)器，通過該步驟完成車輛的電子加鎖，出口的主控單元?jiǎng)t以系統(tǒng)能承受的最大頻率從服務(wù)器不間斷地循環(huán)下載最新的加鎖數(shù)據(jù)并用于和感應(yīng)到的出口數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果出口感應(yīng)到未解鎖的標(biāo)簽，則認(rèn)定為該標(biāo)簽所對(duì)應(yīng)的車輛是“被盜”狀態(tài)，此時(shí)主控單元啟動(dòng)聲光報(bào)警器并將“涉事”車輛信息推送到保安室大屏顯示，提醒保安進(jìn)行下一步處理。在具體應(yīng)用過程中，存在很多因?yàn)橥涀越怄i而報(bào)警的情況，此時(shí)車主進(jìn)行自解鎖即可，解鎖方式可在微信小程序中完成，車主通過在登記時(shí)注冊(cè)的賬號(hào)可以對(duì)自己的車輛進(jìn)行加鎖、解鎖以及車輛信息維護(hù)的操作，其中的加鎖主要用于防止入口自動(dòng)加鎖的失效，比如在極端狀況下，該車輛在經(jīng)過入口感應(yīng)區(qū)時(shí)沒能夠被設(shè)備識(shí)別到或者由于一些客觀因素如停電、維修等，此時(shí)車主便可使用這一功能進(jìn)行自行加鎖。

為了達(dá)到入口加鎖和出口預(yù)警的精確效果，系統(tǒng)在算法設(shè)計(jì)上均采用了多線程并發(fā)處理，首先是入口的多線程，UHF超高頻讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽的感應(yīng)和已經(jīng)感應(yīng)到標(biāo)簽的上傳兩個(gè)線程的并發(fā)，UHF超高頻讀寫器往往會(huì)以很高的頻率對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行感應(yīng)，比如以1ms的頻率感應(yīng)電子標(biāo)簽，感應(yīng)到電子標(biāo)簽后先進(jìn)行緩存處理，此時(shí)上傳標(biāo)簽的線程也在同步工作，但上傳線程達(dá)不到毫秒級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，畢竟網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求需要耗費(fèi)較多時(shí)間，比如1s上傳1次感應(yīng)到的標(biāo)簽信息，這兩者的并行處理雖然看似一個(gè)快一個(gè)慢，首先這是和兩者各自的性能特點(diǎn)密切關(guān)聯(lián)的，畢竟RFID讀卡和網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求不是一個(gè)快慢級(jí)別，其次基于實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，車輛在進(jìn)入小區(qū)后不可能1秒鐘就被盜竊了，所以在實(shí)際的效果驗(yàn)證中，這兩種速度設(shè)定是比較理想的設(shè)定，在需求和效能之間取得了很好的平衡，同樣，在出口的軟件設(shè)計(jì)邏輯中，同樣存在下載已加鎖電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)和識(shí)別電子標(biāo)簽的線程并發(fā)，采用和入口相同的時(shí)間級(jí)別同樣可以很好地滿足應(yīng)用。系統(tǒng)的支撐運(yùn)行還包括其他一些外圍功能的輔助，包括電子標(biāo)簽以及車輛信息的初始化入庫，車主的微信小程序操作入口端以及保安控制室的大屏顯示等，以不同的角色進(jìn)行軟件功能設(shè)定和開發(fā)即可。

三.實(shí)施效果及意義

按照上述方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)后，首先以我們校園的電瓶車作為應(yīng)用對(duì)象，通過給每個(gè)電瓶車粘貼RFID電子標(biāo)簽并在兩個(gè)校門口進(jìn)行出入口分流式架設(shè)物理的超高頻RFID讀寫器進(jìn)行7*24小時(shí)的時(shí)時(shí)監(jiān)控掃描可以做到對(duì)電瓶車的進(jìn)入加鎖，出門感應(yīng)并進(jìn)行“被盜”預(yù)警的目標(biāo)，鑒于RFID信號(hào)掃描的特點(diǎn)，漏掃偶爾會(huì)有發(fā)生，但通過手動(dòng)的加解鎖操作亦可進(jìn)行萬一情況下的補(bǔ)充操作，同時(shí)防盜的目標(biāo)可以進(jìn)行任意擴(kuò)展，學(xué)生可以將任何意向納入防盜系統(tǒng)監(jiān)控的對(duì)象通過申領(lǐng)并粘貼RFID標(biāo)簽的形式即可實(shí)現(xiàn)，比如比較貴重的筆記本或者其他財(cái)務(wù)，系統(tǒng)上線運(yùn)行半年時(shí)間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)并成功阻止類似的盜竊案例數(shù)十起，對(duì)于高科技起到了應(yīng)有的作用。

本文研究結(jié)論的現(xiàn)實(shí)意義在于，使用電子的防盜方式可以做到7*24小時(shí)的不間斷監(jiān)控，且一次投入后續(xù)除了標(biāo)簽的損耗外基本無其他開銷，使用成本極低，改變了傳統(tǒng)保安靠人為防范效率較低、效果欠佳且開銷較大的弊端，增強(qiáng)了防盜效果，切實(shí)給非機(jī)動(dòng)車的安全加上了一層無形的保護(hù)鎖。同時(shí)對(duì)于防盜對(duì)象也可以進(jìn)行無限擴(kuò)展，對(duì)于不了解該特點(diǎn)的盜竊者來說其根本不知道這種防盜標(biāo)簽的存在，物理的鎖很容易破壞，但這種電子鎖可以能起到出其不意的效果，能帶給盜竊者意想不到的“驚喜”。

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