基于RFID的物联网车载终端系统

摘要：本文给出一种基于RFID的物联网车载终端系统实现方案。该系统集卫星定位、无线通信、图像监控、射频识别技术等模块于一体，实现了监控货物安全、提供车载位置和图像信息，达到实时监控的功能。经多次实验表明，该终端系统性能稳定，满足功能要求。
关键词：物联网；RFID；GPS；GPRS；图像采集

    在信息化高速发展的今天，数字化信息的应用越来越成熟，各行业通过其优化产业结构、抢占市场。目前得到广泛应用的车载终端，大多仅利用了摄像头的录像功能，不能及时将监控信息及时传回监控中心，并非真正的实时远程监控终端，不能满足自动化作业需求。随着当前物流行业的迅速发展，将物联网技术引入物流行业管理，将对提升物流企业的效益起到事半功倍的作用。文中介绍的基于RFID的物联网车载系统是运行于车载终端中的智能系统，安装在运输车辆后，通过RFID技术以及其他动态信息采集技术，无需人工操作，自动与控制中心进行通信，实现对车辆的全程掌控。

1 系统总体分析
    物联网车载系统采用ARM11嵌入式处理器在Linux平台上进行开发，采用了GPS定位、GPRS通信技术、RFID无线射频技术等。车载终端的底层基于嵌入式平台，将嵌入式软件植入物流车载终端，通过写入的控制程序完成对其他功能模块的控制，从而实现以下功能：
    1)实时完成信息传输；
    2)远程终端内植入读卡器，对装车的货物进行识别和记录；
    3)实现自身全程精确定位；
    4)利用摄像装置，获取所需的图像信息；
    5)与控制中心的通信；

2 系统硬件设计
    物联网物流车载终端系统主要由ARM11核心系统、GPS模块、GPRS模块、RFID识别模块、图像采集模块等组成。系统结构框图如图1所示。

    本系统要求实时传输、GPS位置、RFID识别信息等，对车辆实时动态跟踪，综合各方面的需求，嵌入式系统的CPU选用Samsung公司的S3C 6410微处理器，其稳定主频667 MHz，最高主频可达800 MHz，集成了许多外设接口，具有高性能、低功耗的特点，有较大的存储空间和较强的计算能力，满足本系统对于数据处理存储的需要，实现各部分功能。
    GPS定位模块选用的GS-91 GES卫星定位模块，是一个高性能、低功耗的GPS卫星接收引擎板，是一个完整的卫星定位接收器具备全方位功能，定位精度可以达到10 m。
    无线通信模块选用SIMCOM公司的SIM300模块。它是一款三频段GSM／GPRS模块，可在全球范围内的EGSM900 MHz、DCS 1 800 MHz、PCS 1 900 MHz 3种频率下工作，能够提供GPRS多信道类型多达10个，并且支持CS-1、CS-2、CS-3和CS-4 4种GPRS编码方案，内嵌了TCP／IP协议，只需通过AT指令就能很快接入Internet。
    Nand flash为存储外设。本系统将视频信息存放在nandflash中，同时LINUX的Uboot、内核、开机图片和文件系统也都烧写到nand flash中。
    远程终端采用摄像头模块完成图像采集功能。摄像头模块采用中星微Z301P USB摄像头，模块通过USB接口与嵌入式平台直接连接，嵌入式系统对图像进行存储，保障了数据的安全性。采集到的图像信息，经过嵌入式系统进一步压缩处理，通过无线通信模块发送到远程控制中心。
    射频识别模块选用nRF24L01无线射频模块，nRF24L01是一款工作在2．4～2．5 GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，它有极低的电流消耗。系统将标签放置在运输货物上，通过终端上的RFID读卡器，对进入运输车辆的货物进行识别管理。

3 系统软件设计
    物联网物流车载终端的软件系统选用嵌入式Linux操作系统作为开发平台。首先在PC机上搭建Linux操作系统，然后在建立交叉编译环境。在这个过程中，GPS定位信息、GPRS无线传输、图像采集、RFID识别信息的采集等都是采用C语言在PC机上编写，然后采用交叉编译产生可执行文件下到S3C6410上运行。
3．1 GPS模块
    GPS模块程序是本系统的关键和基础，主要完成经纬度、车速、加速度、海拔、方位角等信息的自动采集工作。打开设备以后，首先需要串口初始化，设置波特率、数据位、停止位、校验位等参数，然后打开串口读取原始GPS信息，最后调用函数gps_phame(char*line，GPS_ INF0*GPS)；对GPS信息进行解析。该模块程序处理流程如图2所示。

3．2 GPRS模块
    GPRS模块程序是实现远程无线联网、实时数据通信的关键和基础，主要完成交互数据通信、短信接收发送、在线数据更新、调度中心远程指令控制等功能。为了兼顾数据通信和短信收发功能，GPRS模块没有使用TCP／IP透明传输模式，而是工作在AT指令模式，数据通信采用TCP／IP协议，通信格式为自定义PDU双字节编码模式，短信采用国际通用标准PDU数据格式。
3．3 行程回放
    本系统可以实时对车辆进行定位，同时将行车路线存储在nand flash中，而视频信息在车载终端进行采集，视频信息同样可以存储在nand flash中，行车路线信息可以选择回放，如图3所示。
3．4 图像采集模块
    本系统采用Linux2．6．36内核，它采用了UVC的驱动v412(video4linux2的简称)框架。v412为Linux视频设备程序提供了一套接口规范，包括一套数据结构和底层v412驱动接口。图像采集的处理流程如图4所示。

3．5 识别信息采集
    nRF24L01通过UART串口与Linux系统通信，它在接收模式下可以接收6路不同通道的数据，设置为接收模式的nRF24L01可以对这6个发射端进行识别，nRF24L01确认收到数据后记录地址，以此地址为目标地址发送应答信号，在发送端数据通道0被用做接收应答信号。
    nRF24L01初始化部分代码如下：


4 结果及分析
    本系统上位机监视控制操作界面是用Java语言开发的，管理平台结合GIS信息，实时的显示当前监控的车辆的地理位置，以便查询相关信息和进行有效监管，界面示例如图5所示。

5 结束语
    文中提出了一种基于RFID技术的物联网车载终端系统，选择嵌入式Linux操作系统和S3C6410处理器作为软件和硬件平台，成功的开发出样机。通过对物流企业的车辆进行实时远程监控，提高物流效率，节约物流成本；通过车辆定位、车况信息监控等功能实现对车辆行车全程监控，提高行车安全。基于RFID的物联网物流车载终端的使用，将先进的物流管理理念引入生产经营过程，同时由于系统采用的是无线网络，只要GPRS网络覆盖的范围内即可实现与控制中心的实时通信，很好的实现实时精确定位监控，有非常实用的价值。