基于RFID的汽车信息管理系统的研究

陈磊，张红欣

(1.新疆大学 化学化工学院,乌鲁木齐 830047;2.昌吉学院 物理系,昌吉 831100)

0 引言

随着我国人民群众生活水平的提高，以及海关关税的逐年下调，进口汽车对于我国普通百姓来说已不再是高不可攀的奢侈品，而是一种品质生活的象征。根据我国统计局统计的数据表明，全国各进口口岸整车在2017年一年里，达到了127万辆进口汽车。从数量上来看，美国车数量上排第一25万辆，德系车24万辆，日本车是23万辆。另外还有法国、英国、意大利等欧盟汽车进口，全部欧系车进口39万辆，约占全部进口车的30%以上。从入境口岸来看，全国进口汽车基本集中在天津、上海、广东三大港进口，天津将近47万台，第二个是上海38万，第三个是广东，三大港占比为97%[1]。但海关针对进口汽车的信息录取及检验较为繁琐，因此亟需设计一种能使检验过程变得快捷、准确的系统用于对出入境的汽车进行信息管理。

1 汽车信息管理系统

1.1 信息管理系统框架设计

研究设计的进口汽车信息管理系统遵守以下原则，采用RFID技术进行进口汽车物流智能化管理，首先在每个汽车挡风玻璃上贴上电子标签，海关查验区、外观检验区、汽车检测区等区域的通道读写器识别标签的信息，通过RFID读写器进行自动化的数据采集，保证进口汽车物流各个环节数据输入的速度和准确性，确保有关部门及时准确地掌握进口汽车的真实数据，实现高效率的汽车通关和实时的检查盘点，有利于提高进口汽车管理的工作效率，摆脱费时费力的传统方式。

进口汽车信息管理系统以RFID技术为基础，将电子标签贴附于待检车辆的雨刷架下。并在大场进口、出口位置等地安装基站式电子标签阅读器，检查人员也可携带手持式阅读器进行实时数据识别，并通过无线通讯技术、联网技术、数据库技术与监控系统进行实时的数据交换与更新，以此建立一个多输入多输出的动态信息管理系统。进口汽车信息管理系统由四级结构构成，分为系统应用层、数据库管理层、无线网络通讯层、设备感知层。

1.2 信息管理系统软硬件工作原理

进口汽车信息管理系统首先需要将读写器与本系统的硬件接口相连接，根据读写器的类型可以采用RS232、USB、RS485或无线连接的方式。并结合Delphi良好的面向对象开发优势，将软件系统与硬件接口结合，通过模拟量转数字量的特有转换电路讲RFID电子标签中的信息有效的识别出来，并在相对应的接口上进行图形化显示[2]。

本系统中的记录项目的作用是对针对需要采集数据的车辆的基本信息进行录入、入库以及写卡等数据处理。

1.3 RFID系统原理及组成

RFID进行数据交互的过程中，主要是在两个磁场中通过电感耦合现象实现的。主要利用了射频发射器中电磁感应及其具有的发射传输性。当RFID标签进入到读写器的工作区域内时，由于该区域覆盖有电磁场，此时天线产生感应电流，并激活RFID卡，获得能量的RFID卡像阅读器发射标签中的数据(自身编码等)。阅读器将载调制解调处理后的波信号进行发送给计算机，供计算机进行处理和操作。

在硬件方面，主要由标签读写设备、RFID卡、磁场发射器构成。在软件方面主要由应用系统软件、数据库、各功能模块组成。

1.4 RFID电子标签选型

RFID技术随着物联网技术不断进入新的高峰，在各领域的应用和推广过程中所占的份额越来越大。因此，有必要对RFID电子标签和数据识别设备的技术参数逐步细化并且在整个检查过程中，检查人员的大部分资料均是从RFID电子标签中获取的，因此在电子标签的选型的应遵循可靠性原则、安全性原则、成本和标准化原则、高效率读取原则[3]。

本系统根据实际工作需求，采用IOTT-86543车辆防拆电子标签。该标签针对车辆管理中的特殊需求及其他需要具有防拆功能而设计的电子标签，该种类标签主要适用于海关口岸出入车辆管理、智能城市的交通管理、高速公路ETC系统、小区智能停车场等领域。该标签具有较宽的频段，可在适多个国家和地区进行通用化使用，此外，速度适应性能可达60公里/小时的。

2 RFID手持式读卡器设计

信息管理系统中，进口汽车需要从某个区域移到另一个区域(比如从海关查验区移到检验检疫外观检验区)，在检测区域的出口和入口处需要安装读卡器，可选用相对固定的读卡器。而在外观查验区内，因检验检疫人员需要对某辆车外观进行查验，需要采用手持式读卡器(PDA)。

根据信息管理系统的软件设计要求及控制方案要求，确定了以单片机或ARM为核心的控制系统硬件，搭建了系统硬件框架，设计了RFID电子标签信息交互模块、数据存储模块、硬件驱动模块、液晶显示模块等[4]。

2.1 RFID手持式读卡器硬件设计

根据系统功能，设计硬件功能框图如图1所示。

图1 基于S3C2440A的硬件功能框图

RFID手持式读卡器主要由硬件驱动模块、电源模块、键盘模块、SDRAM模块、液晶屏显示模块及无线通讯模块组成，其中人机交互界面是基于S3C2440A的linux系统中使用。系统的控制命令参数通过键盘设置并通过URAT、SPI通讯方式与TRF7960设备进行电子标签的交互，液晶模块实时显示系统状态，而AD模块则用于监测手持设备的环境温度。

2.2 电子标签识别电路设计

系统采用TI公司提供的超低功耗的MSP430F149微处理器与电子标签数据识别芯片TRF7960进行设计的[ ]。MCU对射频芯片的配置需要通过SPI接口，此类通信接口的正常工作都依赖于系统时钟的支持。系统时钟的稳定工作源于片外晶体，只有对相关I/O进行配置才能使片外晶体正常工作从而为系统提供时钟源。

系统的硬件功能环环相扣，因此系统硬件驱动顺序依次为：I/O初始化、MCU系统时钟初始化、接口初始化、射频芯片初始化。这些初始化过程完成了硬件的基本配置，同时也实现了硬件的基本功能。通过使用Altium Designe软件绘制的MSP430与TRF7960的电路原理图,如图2所示。

图2 手持式读卡器功能电路

2.3 手持式阅读器信息读取主要程序描述

(1) OpenComm/CloseComm

软件函数：HANDLE OpenComm(intspcomm)

功能描述：打开/关闭串口，执行成功/失败时，返回int型返回值。

(2) IdentifySingleTag/WriteTagSingleWord

功能描述：识别单个RFID卡/向该电子标签中写入单字节内容。

(3) IdentifyUploadedMultiTags/InitializeTag

软件函数：IdentifyUploadedMultiTags(SPComm，Num，IDs，BULL，antNods);

(4) InitializeTag(bool);

功能描述：识别多个RFID卡/并可对单个或多个标签进行初始化操作。

(5) FastWriteTagID/FastWriteTag

软件函数：FastWriteTagID(SPcom，bytesNUM，byte，ReaderAddr)；

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

功能描述：快速只写标签的EPC区/快速写标签的EPC区、数据区和保留区。

2.4 手持式阅读器信息读取原理

为读者更详细的了解手持式阅读器的工作流程，该手持式阅读器信息读取流程图如图3所示[5]。

图3 手持式阅读器信息读取流程图

3 系统调试

3.1 系统硬件电路调试

系统在整体性应用之前，为验证设计的系统是否具有可行性及系统各硬件是否存在兼容性，通过实验室中的各项实验对嵌入式手持式阅读器及各个功能模块进行了实验验证。

系统硬件调试模块包括A/D模块、I/O模块、数据存储模块、LCD显示模块等模块、TRF7960模块。

3.2 系统调试注意事项

通过对系统硬件电路的分析和S3C2440A芯片的学习，通过对A/D模块、I/O模块数据存储模块、LCD显示模块和TRF7960模块参数化编程设置，看系统的输出是否满足设计要求。

硬件调试在ADS1.2环境下进行，ADS1.2是ARM公司设计研发的调试软件，支持C、C++以及汇编语言，编译效率高，系统库功能强，能够在Windows、Linux等多种平台运行，是一个很好的软件调试以及JTAG硬件仿真的软件。

(1) 参考S3C22440A技术手册对各模块寄存器进行配置，配置过程中主要注意寄存器数据配置格式及功能值是否正确；

(2) 对A/D模块的调试即向相应通道输入给定的电压，看读取的A/D采样值是否与电压相对应；

(3) 而对I/O接口的调试，只需让给定的I/O端口为高时，看具体的显示电路是否正常显示，若显示则说明电路正常，反之，则电路异常；

(4) LCD显示模块和TRF7960模块主要将电子标签中的数据进行读取及显示，若显示的内容为写卡器中填写的信息则说明该电路能完成正常的工作，反之电路存在问题。

3.2 系统软件功能调试

手持设备采用的是通用的嵌入式QT开发软件，该软件可将开发后的文件挂载到嵌入式设备中。由于是在Linux系统下进行调试，而且代码相对较长，通常都是在PC机上进行编程，通过交叉编译，使其能够在ARM平台上运行，由于本系统ARM上运行的操作系统版本为Linux4.2.3，所对应的交叉编译器版本为gcc4.1.1。根据挂载文件的不同，在控制台输入的交叉编译命令不同，交叉编译过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为交叉编译的文件名，而ggc为最后生成的可执行文件。在PC机经交叉编译后生成的可执行文件通过串口调试软件发送到ARM平台上，然后运行该文件即可。

4 总结

系统基于RFID的车辆识别技术、物联网技术，将霍尔果斯口岸进口汽车海关查验、外观检验、上线检测等业务流程的数据计入RFID并导入后台服务器，车辆检验检测信息、基本信息与VIN码一一对应，本文利用RFID技术标识进口汽车的身份信息，使进口商能够加快口岸通关速度，降低监管部门工作量，降低进口商成本。