基于ASP.NET的RFID刷卡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文針對(duì)熱處理行業(yè)生產(chǎn)流程的復(fù)雜性和貨物的多樣性，設(shè)計(jì)一種以ASP.NET C#為基礎(chǔ)，采取B/S模式[1]架構(gòu)，利用終端讀卡器讀取數(shù)據(jù)，通過(guò)CAN總線傳輸，結(jié)合服務(wù)器和SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)相連的智能刷卡管理系統(tǒng)。整個(gè)智能刷卡管理系統(tǒng)簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程中信息輸入的過(guò)程，而且客戶端只需要瀏覽器支持，通過(guò)IP地址綁定，就可以刷卡記錄信息了。該系統(tǒng)不但有良好的頁(yè)面用戶體驗(yàn)，讓工作人員可以更好地管理及跟蹤貨物，而且還適合用于智能移動(dòng)設(shè)備。本文網(wǎng)絡(luò)版地址： http：//www.eepw. com.cn/article/266057.htm

關(guān)鍵詞：RFID ；ASP.NET C# ；CAN總線

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.11.014

引言

目前，中國(guó)熱處理行業(yè)存在一些有很明顯的特點(diǎn)：生產(chǎn)流程的復(fù)雜度高，貨物的零散度大，而且最重要的是貨物在生產(chǎn)流程的入爐、出爐的過(guò)程記錄必須由工作人員來(lái)完成。在很多熱處理行業(yè)的管理系統(tǒng)中，基于RFID射頻技術(shù)的刷卡管理系統(tǒng)[2]已經(jīng)在使用了，但它們存在一些弊端：讀卡機(jī)直接與客戶端相連，加大了客戶端的硬件需求；沒(méi)有和客戶端相連的讀卡機(jī)在讀取信息時(shí)不能在任意的客戶端顯示信息，刷卡記錄信息不精確。針對(duì)這種比較固定的刷卡系統(tǒng)，隨著移動(dòng)終端設(shè)備的快速普及，必須引入能夠融合不同移動(dòng)設(shè)備的RFID刷卡系統(tǒng)。

RFID電子標(biāo)簽技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)[3]，識(shí)別工作不需要人工干預(yù)，作為條形碼的無(wú)線版本，RFID技術(shù)因?yàn)榫哂袟l形碼所不具備的防磁、防水、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、讀取距離大、存儲(chǔ)信息更改自如、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用將給物流、零售等產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的變化。

ASP.NET 是微軟公司的一項(xiàng)技術(shù)，是一種使嵌入網(wǎng)頁(yè)中的腳本可由因特網(wǎng)服務(wù)器執(zhí)行的服務(wù)器端腳本技術(shù)。 指 Active Server Pages（動(dòng)態(tài)服務(wù)器頁(yè)面） ，運(yùn)行于 IIS 之中。ASP.NET C#擁有自己的后臺(tái)代碼，具有比一般的PHP更為強(qiáng)大的后臺(tái)管理能力，適合熱處理生產(chǎn)流程中復(fù)雜的操作輸入，同時(shí)可以嵌入應(yīng)用程序到IIS管理器中。因?yàn)锳SP .NET的實(shí)現(xiàn)完全依賴于虛擬機(jī)，是基于通用語(yǔ)言編譯運(yùn)行的程序，所以它具有很好的跨平臺(tái)性，ASP .NET構(gòu)建的應(yīng)用程序幾乎可以運(yùn)行在所有的平臺(tái)上。

CAN是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，CAN總線具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速度快、類似局域網(wǎng)的沖突處理、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、后期工程維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)[2]，由于采用短幀結(jié)構(gòu)使得該總線具有較高的可靠性和實(shí)時(shí)性，是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中替代485總線的最佳選擇。

本系統(tǒng)利用RFID讀卡器終端讀取數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程中的信息輸入過(guò)程，通過(guò)CAN總線傳輸，以ASP.NET C#技術(shù)開(kāi)發(fā)前后臺(tái)程序，可以方便地在支持瀏覽器的終端上查看生產(chǎn)流程信息。

1 RFID刷卡管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)基于ASP. NET C#，通過(guò)CAN總線與讀卡器相連，配合服務(wù)器與移動(dòng)客戶端進(jìn)行生產(chǎn)管理，系統(tǒng)組成圖如圖1所示。

刷卡系統(tǒng)流程如2所示。

1.2 信息刷卡讀取與保存流程與實(shí)現(xiàn)

為了減少客戶端對(duì)讀卡器的依賴性，采用CAN總線的聯(lián)接方式實(shí)現(xiàn)大量讀卡器相連。當(dāng)客戶端是移動(dòng)設(shè)備的時(shí)候，可以將設(shè)備的IP地址與臨近的讀卡機(jī)綁定，此時(shí)就可以刷卡讀取信息，再登入管理系統(tǒng)進(jìn)行信息的寫(xiě)入。流程圖如圖3所示。

RFID刷卡信息是16進(jìn)制的數(shù)據(jù)流，通過(guò)CAN總線傳輸?shù)椒?wù)器。然后調(diào)用智能刷卡管理系統(tǒng)的RFID數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成RFID卡唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)。

RFID數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊[4]中，先通過(guò)判斷serialport端口有沒(méi)有收到數(shù)據(jù)，如果收到數(shù)據(jù)把儲(chǔ)存到buff緩沖區(qū)中，然后再分析buff緩沖區(qū)中每條數(shù)據(jù)是從哪個(gè)地址、用哪種協(xié)議發(fā)送，接著將得出的RFID卡唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)放到相對(duì)應(yīng)的新緩沖區(qū)中。此時(shí)新緩沖區(qū)保存的數(shù)據(jù)并不是我們需要的數(shù)據(jù)，它們僅僅是RFID卡唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)。最后要連接SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)查找數(shù)據(jù)表記錄，找出對(duì)應(yīng)綁定的貨物批號(hào)輸出。整個(gè)流程如圖4所示。

當(dāng)數(shù)據(jù)保存后，客戶端就可以獲取數(shù)據(jù)顯示了。客戶端獨(dú)立于讀卡器，客戶端可以綁定任何的讀卡器。通過(guò)查找SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中IP綁定讀卡器地址的記錄，就能將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端顯示，假如是智能移動(dòng)設(shè)備，設(shè)置綁定IP地址，就可以臨近的讀卡器刷卡讀取信息了。

考慮到整個(gè)刷卡系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，可以對(duì)顯示信息進(jìn)行選擇，滿足不同用戶的顯示需求。

1.3 服務(wù)器端三層結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，參照SOA架構(gòu)[5]完成各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)，接口層通過(guò)monitor監(jiān)聽(tīng)不斷檢測(cè)讀卡器發(fā)到服務(wù)器的數(shù)據(jù)，同時(shí)將處理完的數(shù)據(jù)通過(guò)http協(xié)議格式返回給對(duì)應(yīng)IP地址的請(qǐng)求客戶端。業(yè)務(wù)層將接口的數(shù)據(jù)根據(jù)CAN傳輸協(xié)議的格式解析出RFID卡唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)，并調(diào)用程序把數(shù)據(jù)放到相對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)層的數(shù)據(jù)通過(guò)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)化成客戶想要的數(shù)據(jù)。

1.4 服務(wù)器端關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

該刷卡系統(tǒng)是通過(guò)B/C模式與服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。工作人員瀏覽完數(shù)據(jù)并關(guān)掉網(wǎng)頁(yè)后，服務(wù)器端就會(huì)相應(yīng)地把對(duì)應(yīng)客戶端的頁(yè)面文件從內(nèi)存清除，刪除所有頁(yè)面的變量?jī)?nèi)存空間，并且不再運(yùn)行后臺(tái)文件cs的代碼。因此為了能夠一直運(yùn)行監(jiān)聽(tīng)讀卡信息的模塊，必須在Global.asax[6]啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)模塊的線程。

Global.asax是ASP.NET的一個(gè)全局文件，一直保存在內(nèi)存中，能夠一直運(yùn)行代碼。因此把監(jiān)聽(tīng)模塊的開(kāi)始線程放到Global.asax下。

<%@ Application Language=\"C#\"%>

<%@ Import Namespace = \"System. IO.Ports\" %>

Monitor是監(jiān)聽(tīng)模塊的開(kāi)始線程。這個(gè)線程在服務(wù)器開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候就開(kāi)始執(zhí)行，一直保存在InProc的運(yùn)行進(jìn)程中。這樣就可以保證系統(tǒng)能夠一直監(jiān)聽(tīng)刷卡數(shù)據(jù)的輸入并進(jìn)行處理。Monitor線程與頁(yè)面代碼相互獨(dú)立，不受各自影響，也就是就算用戶不瀏覽網(wǎng)頁(yè)，也可以刷卡通過(guò)讀卡器查看數(shù)據(jù)。

Application是全局變量，也就是保存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。如果直接采用客戶讀取端口數(shù)據(jù)的方法，那么同時(shí)只能一個(gè)用戶讀取，而且這位用戶讀取完之后，數(shù)據(jù)就消掉，因此要放在全局變量中，這樣就能夠同時(shí)讓多終端查看數(shù)據(jù)。

當(dāng)線程發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)輸入的時(shí)候，馬上讀取每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且通過(guò)判斷協(xié)議判斷讀卡器地址取出唯一的RFID標(biāo)志號(hào)。過(guò)程如圖6。

1.5 RFID綁卡識(shí)別貨物過(guò)程

熱處理設(shè)備的處理溫度能夠達(dá)到1000攝氏度以上，正常情況下至少也有幾百攝氏度，而RFID芯片的工作溫度一般在-2攝氏度到85攝氏度之間，在這種極端溫度下RFID卡是不能跟隨貨物進(jìn)入設(shè)備進(jìn)行作業(yè)的。這種情況下，在貨物完成作業(yè)后，工人們?nèi)绾螌FID卡與對(duì)應(yīng)的貨物進(jìn)行配對(duì)成為貨物跟蹤的最大問(wèn)題。本文RFID刷卡系統(tǒng)采取的方法是通過(guò)拍照識(shí)別貨物。每批貨物在剛開(kāi)始與RFID卡綁定的時(shí)候，都要拍該貨物的照片，并且上存到服務(wù)器，如圖7。

在貨物與RFID卡綁定成功后，在貨物進(jìn)入設(shè)備作業(yè)時(shí)，車間大屏幕會(huì)顯示所有進(jìn)行生產(chǎn)的貨物的圖片和對(duì)應(yīng)的卡號(hào)。在貨物作業(yè)完后，工人們通過(guò)觀看大屏幕上的貨物與RFID卡的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再把RFID卡與貨物放在一起，這樣就能解決前面提到的貨物與RFID卡對(duì)應(yīng)的問(wèn)題了。同時(shí)，工人們也可以通過(guò)刷卡在電腦或者其他移動(dòng)終端查看RFID卡綁定貨物的圖片，這樣也能夠識(shí)別貨物。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)的服務(wù)器端使用IIS服務(wù)器，客戶端瀏覽網(wǎng)頁(yè)刷卡獲取數(shù)據(jù)，讀卡器通過(guò)CAN總線與服務(wù)器相連。只要將設(shè)備IP與讀卡器綁定，客戶端就可以通過(guò)任意的讀卡器刷卡，特別適合大量移動(dòng)智能設(shè)備，而且用戶可以選擇哪些設(shè)備終端顯示信息。在某些場(chǎng)合下，工作人員在車間刷卡操作的同時(shí)，辦公室的管理人員也可以查看刷卡的信息，方便管理人員管理貨物。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，工作人員的工作可以更靈活，移動(dòng)設(shè)備配合讀卡器可以讓工作人員隨時(shí)隨地工作和記錄信息，提供效率。該系統(tǒng)目前已在深圳市先力得熱處理有限公司穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與RFID技術(shù)的成熟，提高熱處理行業(yè)的生產(chǎn)效率和掌握貨物生產(chǎn)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性是很重要的工作。通過(guò)刷卡登記信息可以大大提高工作人員的工作效率，隨時(shí)隨地都可以記錄貨物的現(xiàn)場(chǎng)信息，而且貨物信息的準(zhǔn)確度大大提高，能夠更好地跟蹤貨物。只有充分掌握貨物整個(gè)生產(chǎn)流程的走向，才能作出對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)度。節(jié)能減排和提高差能比是熱處理行業(yè)的趨勢(shì)，只有掌握精確的貨物信息生產(chǎn)流程走向，才能作出更好的能源調(diào)整。

參考文獻(xiàn) ：

[1] 劉永. RFID防碰撞技術(shù)的研究[J].電信科學(xué). 2012.02

[2] 寧煥生，王炳輝.RFID重大工程與國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)[M]. 北京： 機(jī)械工程出版社，2011.10.

[3] 何進(jìn)，謝松巍.基于Socket的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊模式研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2010，18（8）.

[4] 劉禹、關(guān)強(qiáng)等編著，RFID系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用實(shí)務(wù).北京：電子工業(yè)出版社，2010.11.

[5] （美）桑頓，等.無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)安全指南（RFID Security）.游戰(zhàn)清譯，北京： 電子工業(yè)出版社，2009.11 .

[6] JieWu etc.Shanghai Jiaotong University，Public RFID Service Platform Based on ASP Model，IEEE Comper Society，2009.

[7] 殷志堅(jiān).基于RFID的嵌入式生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集終端硬件設(shè)計(jì)[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012

[8] Kang Dong， Xiqin Shi， Yongpeng Li. core technology of Radio frequency identification （RFID） and typical application development case [M]. Beijing： people’s posts and telecommunications publishing house， 2012.

[9] Mo Lei RFID bit mask binary search collision algorithm [J]. Journal of hebei university of science and technology， 2010， 31 （5） ： 458-462.

[10] Yifeng Cui， Zuoping Xu. RFID anti-collision search algorithm based on breadth-first dynamic binary. Computer applications and software， 2011 （28）， 277-27