趙明波, 謝 楠, 王亞軍, 陳偉標, 林 浩

(山東理工大學 計算機科學與技術(shù)學院，山東 淄博 255091)

0 引 言

隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，汽車擁有量急劇增長，同時也為城市的車輛管理帶來了新的問題。高效、安全、快捷的智能車輛管理系統(tǒng)已成為許多小區(qū)、公司迫切需求[1-2]?；赗FID和QT/E的車輛出入監(jiān)控系統(tǒng)就是基于這方面的需求而提出的，實現(xiàn)單位或者小區(qū)車輛出入的自動化管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

本系統(tǒng)設(shè)計模擬環(huán)境如圖1所示。系統(tǒng)利用注冊的RFID識別卡，對出入車輛進行自動化管理。當有車輛進入或離開時，車輛進入RFID射頻卡識別區(qū)，通過對RFID的識別，驗證車輛是否合法，如合法，則進行抬桿放行；并記錄車輛的入出時間、統(tǒng)計車流量。

圖1 基于RFID技術(shù)的車輛出入監(jiān)控系統(tǒng)模擬環(huán)境

1.1 設(shè)計目標

(1) 實現(xiàn)車輛的安全管理，采用一車一卡。對于車輛的出入時間進行記錄。

(2) 車輛的出入自動管理，當有車出入時，需要識別車輛的身份(通過提前注冊的frid卡)，當身份合法時，允許車輛出入。

(3) 對車輛出入實時記錄，實現(xiàn)車輛出入記錄查詢和車流量統(tǒng)計。

(4) 實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的管理：車輛、人員信息的增加、修改、刪除和查詢，RFID卡的注冊、掛失和解掛等。

1.2 設(shè)計方案

硬件平臺：UP-CUP IOT-6410-Ⅱ型嵌入式物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗系統(tǒng)[3]，處理器是S3C6410。

軟件設(shè)計方案：經(jīng)過參考和比較[4]，本系統(tǒng)基于嵌入式linux操作系統(tǒng)，利用RFID實現(xiàn)車輛標識，采用QT/E界面開發(fā)語言和Sqlite數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計。

(1) 利用RFID實現(xiàn)車輛信息的識別和讀取。

(2) 利用Sqlite數(shù)據(jù)庫作為底層數(shù)據(jù)的管理與維護，方便大量數(shù)據(jù)的管理，而且便于實現(xiàn)。

(3) 系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)對系統(tǒng)所有資源進行管理。

(4) QT/E作為本系統(tǒng)的人機界面開發(fā)語言。QT/E作為GUI開發(fā)語言，實現(xiàn)界面一次開發(fā)，多平臺編譯和使用[5]。在PC機上開發(fā)編寫，交叉編譯后移植到ARM平臺，實現(xiàn)人性化圖形化的友好人機界面。

2 系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

2.1 RFID技術(shù)

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)，俗稱電子標簽。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便[6]。

RFID的基本組成部分為標簽、閱讀器和天線。標簽(Tag)由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；閱讀器(Reader)讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；天線(Antenna)在標簽和讀取器間傳遞射頻信號[7]。

RFID技術(shù)的基本工作原理：標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(PassiveTag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(ActiveTag，有源標簽或主動標簽)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理[8]。

2.2 TX125系列射頻讀卡模塊

TX125系列非接觸IC卡射頻讀卡模塊采用125 KB射頻基站。當有卡靠近模塊時，模塊會以韋根或UART方式輸出ID卡卡號，用戶僅需簡單的讀取即可，在串口方式下，可工作在主動與被動的模式。該讀卡模塊完全支持EM、TEMIC、TK及其兼容卡片的操作，非常適合于門禁、考勤等系統(tǒng)的應(yīng)用[3～9]。

2.3 Sqlite數(shù)據(jù)庫

SQLite，是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，是遵守ACID的關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它的設(shè)計目標是嵌入式的，而且目前已經(jīng)在很多嵌入式產(chǎn)品中使用了它，它占用資源非常的低，在嵌入式設(shè)備中，可能只需要幾百KB的內(nèi)存就夠了。它能夠支持Windows/Linux/Unix等等主流的操作系統(tǒng)，同時能夠跟很多程序語言相結(jié)合，比如 Tcl、C#、PHP、Java等，還有ODBC接口。與Mysql、PostgreSQL這兩款開源世界著名的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相比，它的處理速度更快[10-11]。

2.4 Qt開發(fā)語言

Qt是一個1991年由奇趣科技開發(fā)的跨平臺C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。它既可以開發(fā)GUI程式，也可用于開發(fā)非GUI程式。Qt是面向?qū)ο笳Z言，易于擴展，并且允許組件編程。Qt的跨平臺特性，是選擇Qt做嵌入式軟件開發(fā)的一個非常重要的原因。Qt支持Microsoft Windows 95/98/NT，Linux，Solaris，SunOS，QNX 等操作系統(tǒng)。對于相同功能的軟件，無須針對不同的操作系統(tǒng)編寫不同程序，只需將相同的代碼針對不同的環(huán)境重新編譯即可[12]。

Qt/Embedded是Qt的嵌入式版本，它在原始Qt的基礎(chǔ)上，做了許多出色的調(diào)整以適合嵌入式環(huán)境。同Qt/X11相比，Qt/Embedded很節(jié)省內(nèi)存，因此它在嵌入式Linux系統(tǒng)上的應(yīng)用非常廣泛[13]。

2.5 嵌入式Linux操作系統(tǒng)

嵌入式 Linux是以Linux為基礎(chǔ)的嵌入式操作系統(tǒng)，它被廣泛應(yīng)用在移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、媒體播放器、消費性電子產(chǎn)品以及航空航天等領(lǐng)域中。嵌入式Linux是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進行裁剪修改，使之能在嵌入式計算機系統(tǒng)上運行的一種操作系統(tǒng)。嵌入式Linux既繼承了Internet上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。嵌入式Linux的特點是版權(quán)費免費，全世界的自由軟件開發(fā)者提供支持，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應(yīng)用軟件支持；應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，因為有許多公開的代碼可以參考和移植[14]。

3 系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

3.1 開發(fā)環(huán)境

硬件平臺：UP-CUP IOT-6410-Ⅱ型嵌入式物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗系統(tǒng)，USB接口的鼠標和鍵盤，連在物聯(lián)網(wǎng)平臺用于測試。

PC機用于開發(fā)和調(diào)試，開發(fā)所需軟件：虛擬機Vmware Workstation、Fedora Core 8、MiniCom/Xshell、ARM_LINUX交叉編譯開發(fā)環(huán)境、QT/E。

3.2 系統(tǒng)組成原理框圖

RFID模塊通過串口向ARM處理器發(fā)送數(shù)據(jù)，主程序通過串口接收RFID信息，對數(shù)據(jù)庫操作，在各窗口間傳遞數(shù)據(jù)，如圖2所示。

3.3 車輛出入管理功能模塊框圖(見圖3)

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

設(shè)計了兩個表，兩表之間通過卡號建立關(guān)聯(lián)。

(1) 車輛基本信息表。用于記錄車輛的基本信息，如表1所示。

表1 車輛基本信息表

(2) 車輛出入記錄表。用于記錄車輛出入信息，如表2所示。

表2 車輛出入記錄表

3.5 Sqlite數(shù)據(jù)庫操作實現(xiàn)

設(shè)計了4個基本類，利用SQLite C/C++接口函數(shù)[15]實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，如圖4所示。

4 系統(tǒng)功能測試

車輛出入監(jiān)控系統(tǒng)基本功能包括：車輛信息采集，車輛信息刪除、修改、查詢，RFID卡掛失與解掛，車輛出入信息統(tǒng)計與顯示，系統(tǒng)用戶的增加、刪除、修改，車輛出入記錄查詢。主要功能界面如下所示：

(1) 車輛出入信息統(tǒng)計與顯示。當用戶點擊車流量統(tǒng)計時，顯示車流量統(tǒng)計結(jié)果，如圖6所示。其中RFID號是讀卡器獲得的射頻卡號。

(2) 掛失。當要掛失RFID時，點擊射頻卡掛失按鈕，彈出射頻卡號輸入框，輸入射頻卡號，點擊OK按鈕，掛失對應(yīng)的射頻卡號。

本系統(tǒng)能實現(xiàn)對車輛有效基本信息的采集和無效數(shù)據(jù)的屏蔽；完成了對出入車輛信息的有效驗證、出入時間的準確記錄，實現(xiàn)了車輛出入的自動化管理。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)綜合RFID、Sqlite數(shù)據(jù)庫、QT/E開發(fā)語言和嵌入式linux操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。QT/E作為本系統(tǒng)的界面開發(fā)語言，在PC機上編寫，交叉編譯后移植到ARM平臺，實現(xiàn)人性化圖形化的人機界面。利用嵌入式數(shù)據(jù)庫Sqlite來管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，使得ARM平臺自身處理大量數(shù)據(jù)成為可能。RFID技術(shù)用于車輛標識，實現(xiàn)真正意義上的車輛自動化管理。在車輛出入口安裝本系統(tǒng)，對車輛進行識別核對，合法車輛可以不停車快速通過，并同時記錄車輛出入數(shù)據(jù)。測試表明該設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)車輛出入的自動化管理，滿足社會管理的現(xiàn)代化需求。相比較基于PC臺式機的設(shè)計，基于ARM處理器的便攜式設(shè)計在安裝、應(yīng)用等方面都更加方便。

圖5 車輛出入信息查詢結(jié)果圖

圖6 車輛基本信息采集界面圖

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