基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)車載終端系統(tǒng)

白景斐

（山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西 太原 030021）

在信息化高速發(fā)展的今天，數(shù)字化信息的應(yīng)用越來越成熟，各行業(yè)通過其優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、搶占市場。目前得到廣泛應(yīng)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(jiān)控信息及時傳回監(jiān)控中心，并非真正的實時遠程監(jiān)控終端，不能滿足自動化作業(yè)需求。隨著當前物流行業(yè)的迅速發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入物流行業(yè)管理，將對提升物流企業(yè)的效益起到事半功倍的作用。文中介紹的基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)車載系統(tǒng)是運行于車載終端中的智能系統(tǒng)，安裝在運輸車輛后，通過RFID技術(shù)以及其他動態(tài)信息采集技術(shù)，無需人工操作，自動與控制中心進行通信，實現(xiàn)對車輛的全程掌控[1]。

1 系統(tǒng)總體分析

物聯(lián)網(wǎng)車載系統(tǒng)采用ARM11嵌入式處理器在Linux平臺上進行開發(fā)，采用了GPS定位、GPRS通信技術(shù)、RFID無線射頻技術(shù)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(xiàn)以下功能：

1）實時完成信息傳輸；

2）遠程終端內(nèi)植入讀卡器，對裝車的貨物進行識別和記錄；

3）實現(xiàn)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(tǒng)硬件設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)物流車載終端系統(tǒng)主要由ARM11核心系統(tǒng)、GPS模塊、GPRS模塊、RFID識別模塊、圖像采集模塊等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the system

本系統(tǒng)要求實時傳輸、GPS位置、RFID識別信息等，對車輛實時動態(tài)跟蹤，綜合各方面的需求，嵌入式系統(tǒng)的CPU選用Samsung公司的S3C6410微處理器，其穩(wěn)定主頻667 MHz，最高主頻可達800 MHz，集成了許多外設(shè)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(tǒng)對于數(shù)據(jù)處理存儲的需要，實現(xiàn)各部分功能[2]。

GPS定位模塊選用的GS-91 GPS衛(wèi)星定位模塊，是一個高性能、低功耗的GPS衛(wèi)星接收引擎板，是一個完整的衛(wèi)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(nèi)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(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議，只需通過AT指令就能很快接入Internet。

Nand flash為存儲外設(shè)。本系統(tǒng)將視頻信息存放在nand flash中，同時LINUX的Uboot、內(nèi)核、開機圖片和文件系統(tǒng)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(tǒng)對圖像進行存儲，保障了數(shù)據(jù)的安全性。采集到的圖像信息，經(jīng)過嵌入式系統(tǒng)進一步壓縮處理，通過無線通信模塊發(fā)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(fā)器芯片，它有極低的電流消耗。系統(tǒng)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(tǒng)軟件設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)物流車載終端的軟件系統(tǒng)選用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺。首先在PC機上搭建Linux操作系統(tǒng)，然后在建立交叉編譯環(huán)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(chǎn)生可執(zhí)行文件下到S3C6410上運行。

3.1 GPS模塊

GPS模塊程序是本系統(tǒng)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，主要完成經(jīng)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(shè)備以后，首先需要串口初始化，設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等參數(shù)，然后打開串口讀取原始GPS信息，最后調(diào)用函數(shù) 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(xiàn)遠程無線聯(lián)網(wǎng)、實時數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，主要完成交互數(shù)據(jù)通信、短信接收發(fā)送、在線數(shù)據(jù)更新、調(diào)度中心遠程指令控制等功能。為了兼顧數(shù)據(jù)通信和短信收發(fā)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(shù)據(jù)通信采用TCP/IP協(xié)議，通信格式為自定義PDU雙字節(jié)編碼模式，短信采用國際通用標準PDU數(shù)據(jù)格式[4]。

3.3 行程回放

本系統(tǒng)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(tǒng)采用Linux2.6.36內(nèi)核，它采用了UVC的驅(qū)動v4l2（video4linux2的簡稱）框架。v4l2為Linux視頻設(shè)備程序提供了一套接口規(guī)范，包括一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和底層v4l2驅(qū)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(tǒng)通信，它在接收模式下可以接收6路不同通道的數(shù)據(jù)，設(shè)置為接收模式的nRF24L01可以對這6個發(fā)射端進行識別，nRF24L01確認收到數(shù)據(jù)后記錄地址，以此地址為目標地址發(fā)送應(yīng)答信號，在發(fā)送端數(shù)據(jù)通道0被用做接收應(yīng)答信號[6]。

nRF24L01初始化部分代碼如下：

4 結(jié)果及分析

本系統(tǒng)上位機監(jiān)視控制操作界面是用Java語言開發(fā)的，管理平臺結(jié)合GIS信息，實時的顯示當前監(jiān)控的車輛的地理位置，以便查詢相關(guān)信息和進行有效監(jiān)管，界面示例如圖5所示。

5 結(jié)束語

文中提出了一種基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)車載終端系統(tǒng)，選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)和S3C6410處理器作為軟件和硬件平臺，成功的開發(fā)出樣機。通過對物流企業(yè)的車輛進行實時遠程監(jiān)控，提高物流效率，節(jié)約物流成本；通過車輛定位、車況信息監(jiān)控等功能實現(xiàn)對車輛行車全程監(jiān)控，提高行車安全。基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)物流車載終端的使用，將先進的物流管理理念引入生產(chǎn)經(jīng)營過程，同時由于系統(tǒng)采用的是無線網(wǎng)絡(luò)，只要GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)即可實現(xiàn)與控制中心的實時通信，很好的實現(xiàn)實時精確定位監(jiān)控，有非常實用的價值。

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

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