RFID技术在自行车防盗系统中的应用

摘 要: 为了解决自行车被盗的现象,应用RFID电子射频技术,结合门禁控制系统,开发了一种自行车防盗系统。简述了RFID的工作原理,并且详细地介绍了系统的软硬件设计及其实现的各种功能。该系统能快速地读取自行车的车辆信息,并且在读卡器上面设置加密操作,通过控制计算机管理门禁控制器的正常工作,从而达到了给自行车安装“电子身份证”,有效地解决了小区、学校和停车场自行车被盗的问题。

关键词: 自行车防盗 RFID 射频识别

中图分类号: TM7文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-035-02

随着越来越多的自行车被盗的情况发生,怎样解决这一社会顽疾成了大家关注的话题。自行车被盗看起来是小现象,但其社会背景是复杂的,反映出来的社会问题也是深刻的。如何根本解决这一社会顽疾?将自行车管理纳入科学、系统的管理上来,装上“电子身份证”。

随着一种处理速度快、数据准确、自动识别能力较强的 RFID技术应用的日益成熟。结合这种技术我们便可以如愿以偿地给自行车装上“身份证”。以往小区或学校自行车丢失主要是因为自行车数量不清楚,车主身份不明确。有了这种电子芯片,就可以对小车进行科学有效地管理。

1 射频识别技术( RFID)简介

RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification,RFID)的缩写,又称电子标签。射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术,它是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术,可通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。

(1)RFID的工作原理是:标签进入磁场后,如果接收到阅读器发出的特殊射频信号,就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即无源标签),或者主动发送某一频率的信号(即有源标签),阅读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。

(2)RFID系统的组成:射频识别系统至少应包括以下两个部分,一是读写器,二是电子标签。另外还应包括天线,主机等。RFID系统在具体的应用过程中,根据不同的应用目的和应用环境,系统的组成会有所不同,但从RFID系统的工作原理来看,系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。

(3)RFID系统的分类:根据RFID系统完成的功能不同,可以粗略地把RFID系统分成四种类型:EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统。?本文主要利用其中的定位系统。定位系统用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。阅读器放置在移动的车辆、轮船上或者自动化流水线中移动的物料、半成品、成品上,信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识别信息,阅读器一般通过无线的方式或者有线的方式连接到主信息管理系统。

2 系统结构和工作组成

基于RFID电子射频技术的自行车防盗系统的结构图如下所示:

系统组成:车辆防盗标签,接收器,出入口监视器,控制电脑及管理软件。当每辆带有防盗标签的自行车进出时都会发射出唯一的ID编号,控制电脑能随时显示进出自行车的信息。

借助RFID射频识别技术,在自行车身上安装可发射RF射频信号且对人体无害的智能电子标签。系统工作时,RFID监测系统不断地将带有数据信息的加密载波信号经读卡器天线发出 ,当车载射频卡进入读卡器射频信号工作区域内 ,射频卡自动激活并将加密信号传回读卡器 ,送入计算机终端进行处理。读卡器将读到的卡的信息通过485总线送送入计算机终端进行处理,处理器将这个信息与EEPROM中的档案的信息进行核对。读卡器正常读取标签上面的信息后,同时配备输入键盘供车主输入密码,密码验证正确后才可以实现用户认证 ,根据运行结果 ,进行相应的报警或通行操作。当非正常或暴力开门时,门磁开关信号输入到门禁控制器内,门禁控制器输出报警信号,以声光信号报警。为了防止有人恶意篡改信息,芯片上的信息一旦被写入,便具有不可更改性。

图1 自行车防盗系统的结构图

3 硬件系统设计

硬件结构图如图2所示:

图2 硬件系统结构图

由于是远距离控制读卡距离不能太远也不能太近,要使车载的卡片一进入感应的范围就读卡,最好距离为离门有一米左右的时候,此时车主需要在读卡器处输入密码,密码验证正确才能通过门禁系统。如果密码不正确,语音报警系统就会响起,推车人将无法通过。要求距离读卡器读卡全向范围稳定,具有明确的边界,读卡范围在3米以内;卡片不受人体影响,不能被人体屏蔽;卡片角度的转换对读卡距离影响小,读卡不存在死脚。

综合各方面考虑选用低频系统, Cryptag Census系列感应射频识别产品能满足需求,发射频率为153KHZ,接收频率为115KHZ。对人体无辐射伤害,对心脏患者、孕妇、心脏起搏器、助听器等特殊人群和设备均无影响。

(1)RFID防盗标签:标签主要由芯片、天线、和封装材料三个部分组成。

电子标签芯片按结构和功能可以分为:射频前端、模拟前端、数字基带和存储器单元等模块。其系统框图如图3所示。其中,射频前端模块主要用于对射频信号进行整流和反射调制。模拟前端模块主要用于产生芯片内所需的基准电源和系统时钟进行上电复位。数字基带模块主要用于对数字信号进行编码解码以及进行防碰撞协议的处理,并根据需求与EEPROM进行数据读写。存储器单元模块用于信息存储,一般采用EEPROM,用于存储EPC代码以及password等标签的标识性信息。

图3电子标签芯片系统框图

(2)RFID天线与读卡器:天线用于实现标签与读卡器之间的通信,标签被激活后向读卡器发送信号,然后读卡器接收来自标签的载波信号,对接收的信号进行解调和解码后送至计算机进行处理。当安装标签的自行车通过或接近任何一个阅读器时,读卡器就会感应到信号,同时立即传到RFID服务器上,并记录具体信息。

(3)终端控制计算机:用于显示自行车的车辆信息,提供对车主姓名、地址、车辆型号、牌照号码、交税情况、交停车费情况等数据的查询。根据读卡器前端获取的信息和输入密码的合法性,针对不同的情况作出相应的处理和控制。

4 软件系统设计

软件是指运行于电子标签与各个控制电脑之间的应用软件。主要用于实现对标签的维护与管理,门禁控制系统和自动报警系统的管理,以及车辆信息的读取、分析、统计等功能。

自行车防盗标签管理软件系统如图4所示:

图4 防盗标签管理软件管理系统

(1)标签维护管理模块:主要负责防盗标签的正常使用,包括制作标签、挂失解挂和系统维护等功能。设计的目的主要是解决标签在使用过程可能会出现的一些问题,有力地保证了标签在自行车防盗系统中正常工作。

(2)数据处理模块:主要负责对电子标签的读写和查询。计算机通过读卡器获取电子标签的基本信息,并显示在相应的屏幕上,系统可以通过读取车辆信息统计或查找车主的个人信息。

(3)门禁控制模块:主要负责门禁系统的管理、门禁控制器管理、权限管理、实时监控。门禁系统管理又包含了通讯配置、修改操作员密码、数据库设置、数据库管理、操作日志等方面。通讯配置主要是对通讯服务器与控制器的连接端口、通讯模式及其参数进行设置。管理员可以利用修改操作员密码功能来修改系统登录操作员密码。数据库设置主要完成对数据库的链接。数据库管理负责对数据库进行备份和恢复操作。操作日志主要是提供查询系统操作者所对软件的操作,以便在系统出现问题时恢复系统。门禁控制器管理由控制器、门参数、电参数、外联动组、临时时间组、特殊时间组等方面组成。主要是完成以下功能:定义并管理系统当前所连接的门禁控制器;设置门参数、扩展功能、门禁计划组和门状态计划组;配置控制器的输入输出点参数;定义控制器之间的联动对象及其动作;定义从当天起一周内有效的临时日期计划;以在该时间段产生与正常设置不一样的门状态或门禁计划;设置在一年内与正常时间组中所执行的门禁计划或门状态计划不同的日期。权限管理包含单元管理、标签管理、门禁权限组,设置系统的单元资料信息和系统的使用人员资料信息,以及定义门权限组。实时监控主要有下面一些内容:门状态控制、点状态控制、事件查询。通过实时监控可实时查看正常读卡事件、异常读卡事件、普通事件、报警事件等信息。并且可以手动设置门的状态(休眠、常开、安全、密码),从而使门保持在门卫设置的状态下,手动控制指定的点就可使该点处于打开或者关闭状态。

5 结语

目前,越来越多的小区居民和学校的学生抱怨自行车丢失的问题,本系统主要是利用Cryptag Census系列感应射频识别产品的远距离读卡的特点用于小区以及学校的自行车防盗,可以帮助人们解决“老丢车”的老大难问题。Cryptag Census系列感应射频识别产品为日益增长的自动识别需要提供一种真正有效的解决方案。对车辆、物品的识别,Cryptag Census感应产品都具有无与伦比的优点。

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