基于RFID的尾气检测系统设计与实现

1 引 言

　　RFID(无线射频识别)是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。RFID中间件的推出很好地解决了技术与成本这两方面问题，加速了RFID技术的推广使用。同时随着经济快速发展，我国机动车保有量高速持续增长，机动车尾气排放污染已成为大气污染的重要来源之一。因此，采用新方法、新手段，加强在用机动车尾气排放的定期检测，最大程度地解决机动车尾气排放监管工作中面临的问题，已是城市机动车排放监管工作的当务之急。

　　针对上面的问题，设计和开发了某环保部门构建的一套对检测场的检测过程进行全过程自动实时检测的汽车尾气检测系统。本设计将介绍这个基于BEA RFID Edge Server构建的汽车尾气检测系统的设计和实现。在介绍系统组成的基础上，阐述了系统框架和流程、RFID卡信息、中间件操作方式和应用程序的构建和页面流。

　　2 系统概述

　　开发的汽车尾气检测系统是一个完整、典型的RFID应用系统 ，由电子标签、读卡器、RFID中间件和应用程序四个模块组成，如图l所示。

　图1 系统组成

　　2．1 电子标签

　　出于信息存储量的考虑，本系统采用基于IS018000—6B标准的RFID标签。电子标签由天线和芯片组成，天线在标签和读卡器间传递射频信号，芯片里面保存每个标签具有的唯一电子编码和用户数据，用户数据区将保存与汽车尾气检测相关的信息。

　　2．2 读卡器

　　根据应用场景需要，本系统采用固定式读卡器，将其安装在每个检测场的固定位置。读卡器的主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上的其它相关信息传输到主机以供处理。读卡器对标签有识别、读取和写入三类操作。

　　2．3 RFID中间件

　　系统中除了标签和读卡器上运行的软件外，介于读卡器与应用程序之间的中间件是其中的一个重要组成部分。本系统采用BEA RFID Edge Server中间件。其主要任务是对读卡器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少从读卡器传往应用程序的数据量，它定期轮询读卡器，删除复本，并进行筛选和设备管理，负责创建ALE事件并将其分派至应用程序。

　　其中，ALE(应用层事件)最初作为Savant应用的一部分开发而成，如今归属于标准组织和供应链利益集团组成的联盟EPCglobal，它是旨在把低层的电子产品代码(EPC)数据和较高层的企业系统相互连接的EPCglobal网络计划的一部分，已成为事实上的标准。MIT自动识别中心所提出的EPC网络拉J，包括了EPC(电子产品代码)编码、Savant、*(对象名字服务)、EPC InformatiON Services、PML(物理标示语言)等关键技术，得到了很多学术机构和企业的支持。

　　2．4 应用程序

　　系统应用程序采用了Beehive控件和页面流技术，可以运行于Weblogie和Tomcat等J2EE应用服务器之上。应用程序根据来自RFID中问件的标签数据执行特定的动作，例如读取登记环保信息卡车辆基本信息、读取车辆违规信息等，应用程序也会根据尾气检测结果的信息对标签进行写入。

　　3 设计与实现

　　3．1 框架和流程

　　系统主要包括环保信息卡基本信息维护、机动车外观检测、汽车尾气检测和安全模块四个模块，图给出了整个系统的组成和逻辑操作流程。

图2 系统框架和流程图

　　其中，基本信息维护模块包括对环保信息卡的初始化和登记、基本信息的读取和写入．夕 观检测模块包括机动车违规信息的写入和读取、机动车维修历史信息的读取和记录，汽车尾气检测模块包括车辆一致性检测、尾气检测操作、尾气检测结果记录与读取，在机动车通过尾气检测后操作员会通过系统给环保卡写入纸标记录作为标记。此外，考虑到防止用户自己通过读卡器对环保卡信息进行篡改，在每次操作完成后，系统还会对卡内信息做一个摘要并将数字签名和加密信息写入环保卡，供下次操作时进行校验。

　　3．2 电子标签信息

　　根据前文系统的框架和流程设计，电子标签内主要保存环保卡基本信息、尾气检测信息、违规记录信息、维修信息和安全信息五大类用户信息。其中具体写入字段和顺序如表l所示。

表1 电子标签信息列表

 　　3．3 RFID中间件

　　BEA RFID Edge Server是一个实现了ALE规范的中间件产品 。ALE客户端需要定义一个ECSpec，然后提交给ALE接口，即Edge Server。

　　Edge Server使用ECSpec的内容来控制读卡器的限制条件、使用哪个逻辑读卡器、报告返回等等? 。

　　其中限制条件是何时开始读卡、何时停止读卡等；一个逻辑读卡器是一个RFID读卡点，是具有统一命名的一组天线；报告指Edge Server返回给应用程序的信息。

　　下面是一段最基本的访问Edge Server，使用ALEPC来通过逻辑读卡器将EPC值写人电子标签，并且返回报告的代码，其具体含义可以在代码注释中看到。

　　3．4 应用程序应用

　　程序是BEA RFID Edge Server中间件的一个客户端，使用ALE接口来通过逻辑读卡器将信息写人电子标签，并且返回报告。Apache Beehive是一项开源软件技术，为基于J2EE的应用提供一个易用的跨容器编程模型和应用框架。本系统采用了Beehive控件和页面流技术，分四层结构设计，即表示层、控制层、业务逻辑层、数据层。可运行于Weblogic和Tomcat等J2EE应用服务器之上。

　　表示层主要具有与用户交互的功能，用户界面主要在这一层实现，采用JSP、JSP标签技术、HTML、JavaScript执行显示任务。控制层与表示层、业务逻辑层、数据层交互，将来自表示层的请求分发到后面两层，并将处理结果返送给表示层。

　　业务逻辑层是封装业务逻辑的一层，采用自定义Java控件技术来处理。数据层采用轻量级的数据库Java控件来实现。使用数据库控件，可以轻松地从应用程序访问关系型数据库。通过使用数据库Java控件，可以向数据库发出SQL命令。数据库控件会自动将数据库查询转换为Java对象，以便访问查询结果。图3是整个系统应用程序的各个层次和模块之间的页而流调用图示。

图3 系统模块调用关系和流程图

　　4 结束语

　　设计中介绍的采用BEA RFID Edge Server中间件构建的汽车尾气检测系统，结合在网络上建立的机动车排放、检测场、检测人员信息数据库，并附以相应的在线数据分析软件，使机动车尾气排放管理中心和各级管理人员可以随时掌握车辆情况，增强了交管和环保部门决策的科学性和一致性，具有很好的推广前景。