徐廣偉 劉紹凱 潘宇

摘要：由于很多景區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜，受天氣和環(huán)境的影響，傳統(tǒng)的定位技術(shù)無法實現(xiàn)對景點精確定位和精確播報功能。文章利用有源RFID技術(shù)優(yōu)勢結(jié)合景區(qū)的環(huán)境特點，開發(fā)了景區(qū)觀光車播報系統(tǒng)。播報系統(tǒng)由有源RFID標簽、車載閱讀器、手持式閱讀器和播報軟件組成。系統(tǒng)通過安裝在景點的RFID標簽與景點進行一一綁定，車載閱讀器接收到RFID標簽信息后通知播報軟件播報對應(yīng)景點的視頻和語音，實現(xiàn)對景點的精確播報、到站提醒等功能，增強了游客的觀光體驗，提高了景區(qū)的現(xiàn)代化管理服務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：RFID；景區(qū)；播報；閱讀器

中圖分類號：TP311

文獻標志碼：A

0 引言

無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標簽或射頻卡）進行讀寫，從而達到識別目標和數(shù)據(jù)交換的目的，被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

1 觀光車到站播報系統(tǒng)存在的問題

近年來，隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的景點配備旅游觀光車，特別是大型旅游景點。旅游觀光車的配備使許多景點可以無縫連接，節(jié)省了游客的體力及觀光時間，可使游客在短時間游覽盡可能多的景點。同時，旅游觀光車也可以減少乘客舟車勞頓的疲勞，增強游客觀光體驗。然而，多數(shù)觀光車沒有到站播報系統(tǒng)，使游客不能對即將前往的景點有詳細的了解，因此，游客在乘坐觀光車的同時能夠獲取對景點介紹的需求變得尤為迫切。由于很多景區(qū)地處大山深處，云層厚，天氣多變，GPS信號差且不穩(wěn)定，使用傳統(tǒng)的GPS位置信息進行報站不可行，因此設(shè)計者根據(jù)有源RFID的特點開發(fā)了本觀光車播報系統(tǒng)。

2 射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)依據(jù)其標簽的供電方式可分為3類，即無源RFID、有源RFID和半有源RFID。

2.1 無源RFID

無源RFID出現(xiàn)時間最早，最成熟，其應(yīng)用也最為廣泛，無源RFID主要工作在較低頻段125 kHz、13.56 MkHz等，其典型應(yīng)用包括公交卡、二代身份證、食堂餐卡等。無源RFID優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單、成本低、故障率低、使用壽命較長，缺點為有效識別距離通常較短，一般用于近距離的接觸式識別。

2.2 有源RFID

有源RFID通過外接電源供電，主動向射頻識別閱讀器發(fā)送信號，其體積相對較大，擁有較長的傳輸距離與較高的傳輸速度，主要工作在900 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz等較高頻段，且具有可以同時識別多個標簽的功能。有源RFID的遠距性、高效性使得它在一些需要高性能、大范圍的射頻識別應(yīng)用場合里必不可少。

2.3 半有源RFID

半有源RFID又稱低頻激活觸發(fā)技術(shù)。在通常情況下，半有源RFID產(chǎn)品處于休眠狀態(tài)，僅對標簽中保持數(shù)據(jù)的部分進行供電，因此耗電量較小，可維持較長時間。當標簽進入射頻識別閱讀器識別范圍后，閱讀器先現(xiàn)以125 kHz低頻信號在小范圍內(nèi)精確激活標簽使之進入工作狀態(tài)，再通過2.4 GHz微波與其進行信息傳遞^［1］。

3 設(shè)計原理

景區(qū)觀光車播報系統(tǒng)的最重要功能就是觀光車經(jīng)過每個站點或者景點就播放相應(yīng)景點的視頻和語音介紹，并且可以站點報站。實現(xiàn)對每個景點精確播報的方法有很多種，其中一種就是觀光司機人為操作，即將到達景點時，司機通過按鈕播放該景點的視頻或者語音介紹，但是這樣增加了司機的工作量，而且駕駛過程中操作極不安全。另一種傳統(tǒng)的方法是觀光車通過GPS定位技術(shù)獲取對應(yīng)景點的地理信息，就播放該景點或者站點的視頻或者語音信息。但是由于很多自然景區(qū)地處大山深處，天氣多變，云層較厚，GPS信號差，使用GPS定位進行景點播報非常不準確，容易造成錯報、誤報、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問題，使用傳統(tǒng)GPS定位技術(shù)進行景點播報可行性不高。一種最簡單有效的方案是結(jié)合有源RFID技術(shù)的優(yōu)勢，每個景點安放一個有源RFID標簽，有源RFID標簽的編號與每個景點進行綁定，在觀光車上安裝RFID閱讀器，RFID閱讀器將讀到的有源RFID標簽編號信息發(fā)送給播報軟件，播報軟件根據(jù)有源RFID標簽編號播放對應(yīng)景點的視頻信息，達到精確播報的目的。這樣通過有源RFID技術(shù)可以不受天氣和自然環(huán)境影響，能夠穩(wěn)定準確地實現(xiàn)對景點的播報。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)組成

有源RFID景區(qū)觀光車播報系統(tǒng)是由播報軟件、RFID閱讀器和有源RFID標簽組成。播放軟件支持安裝在Windows和LINUX兩種操作系統(tǒng)，出于對系統(tǒng)穩(wěn)定性考慮，推薦軟件安裝在LINUX操作系統(tǒng)上。RFID采用2.45 GHz有源RFID，距離最遠可達100多m，而且可以調(diào)整有源標簽的發(fā)射功率來調(diào)整RFID閱讀器接收標簽數(shù)據(jù)的距離，避免距離較近的兩個景點或者站點RFID識別區(qū)域出現(xiàn)重疊。有源RFID標簽采用大容量可充電電池，并且具有電池電量檢測功能，實現(xiàn)對電池電量的實時檢測，如果電量不足時將該電量信息發(fā)送給RFID閱讀器，提示管理員及時更換電池，電量不足時也進行聲光報警提示。同時，標簽為節(jié)省電量有實時時鐘，設(shè)置在景區(qū)關(guān)閉的時間段內(nèi)標簽將進行休眠，直到第二天固定時間喚醒，然后進行工作，這樣可有效延長電池的使用時間。RFID標簽在工作情況下，采用低功耗設(shè)計，盡可能延長電池電量的使用時間，減少更換時間，減少管理者的工作量。RFID閱讀器主要是對RFID標簽數(shù)據(jù)進行讀取并將標簽數(shù)據(jù)發(fā)送給播報軟件，所以RFID閱讀器采用外接全向天線，可以安放在車頂或者車子的前部，能夠更快更好地接收標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。同時RFID閱讀器可以通過網(wǎng)口或者串口將標簽數(shù)據(jù)發(fā)送給播報軟件，達到對景點精確播放的目的。播報軟件安裝在LINUX車載電腦上，當接收到RFID閱讀器發(fā)送的RFID標簽編號時，根據(jù)編號播放該編號對應(yīng)的景點視頻或者語音信息。有源RFID景區(qū)觀光車播報系統(tǒng)設(shè)計原理如圖1所示。

4.2 播報軟件設(shè)計

播報軟件是根據(jù)RFID閱讀器收到的RFID標簽編號播放對應(yīng)的視頻或者語音，主要的技術(shù)難點是兩個標簽之間微波信號不能有重疊，否則會造成誤報，這就需要使用手持式閱讀器給有源標簽設(shè)置發(fā)射功率來調(diào)整射頻發(fā)送距離。首先要將有源標簽工作模式撥到管理配置模式，在管理模式下標簽可以進行射頻數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，這樣標簽與閱讀器之間可以進行數(shù)據(jù)的交互。操作手持式閱讀器掃描界面搜尋周圍的標簽信息，通過操作界面選擇要進行配置的標簽，然后點擊進行配置，建立鏈路通信，再對該標簽參數(shù)進行配置、時間同步等操作。配置完成后，將標簽的工作模式開關(guān)撥到正常工作模式，標簽就可以定時發(fā)送標簽信息。具體配置流程如圖2所示。

另一個技術(shù)難點是觀光車經(jīng)過景點A、景點B和景點C，從景點A到B，再從景點B到C，從景點A到B時，播放景點B介紹，從景點B到C播放景點C介紹。與之相反，從景點C到景點B播放景點B的介紹，從景點B到景點A播放景點A的介紹，即播報系統(tǒng)對收到的同一個標簽信息對應(yīng)有兩種或者多種視頻或者語音進行播報，且觀光車可能中途折返，景區(qū)岔路較多，所以需要對觀光車的行進方向進行判定。播報系統(tǒng)通過在每個岔口和特定位置安裝有源RFID標簽，再結(jié)合有源標簽編號的有序設(shè)置開發(fā)一套對觀光車行進方向判斷及快速尋找對應(yīng)視頻簡單有效的算法，達到快速正確播報的目的。

為保證無線數(shù)據(jù)的安全性，防止不法分子對數(shù)據(jù)的破壞或者竊取，本系統(tǒng)在有源RFID標簽和閱讀器之間采用DES/AES國際算法對數(shù)據(jù)進行安全加密^［1］，同時使用MD5算法對無線數(shù)據(jù)的完整性進行保護，防止數(shù)據(jù)的丟失或者篡改。標簽和閱讀器出廠時，都預(yù)置了算法和密鑰。

4.3 有源RFID的硬件設(shè)計

有源RFID標簽硬件設(shè)計最主要的優(yōu)點是功耗低，體積小，便于安裝。有源RFID標簽硬件部分主要包括主控芯片、2.4 G芯片、可充電電池和PCB天線^［2］，有源標簽的硬件如圖3所示。

主控芯片采用超低功耗芯片，主要功能是控制2.4 G芯片工作和休眠。主控芯片具有電壓檢測功能，可以對電池電壓進行實時監(jiān)測。低于設(shè)定電壓時，主控芯片將進行指示燈提醒并將該信息發(fā)送給閱讀器，以便及時更換電池。主控芯片還有實時時鐘功能，用來定時喚醒主控芯片休眠或者工作，以便降低功耗，使電池使用時間盡可能長，減少更換電池的周期。

2.4 G芯片是射頻收發(fā)芯片，主要完成無線射頻數(shù)據(jù)的收發(fā)功能。2.4 G天線采用PCB天線，可以使標簽的體積在兼顧性能及干擾的情況下做到最小化。工作模式撥碼開關(guān)主要是用來給標簽設(shè)置工作模式，本播報系統(tǒng)的有源RFID標簽?zāi)Ｊ接袃煞N：一種是正常工作模式，另一種是配置模式。工作模式就是標簽正常工作，在該模式下標簽無線射頻只發(fā)送數(shù)據(jù)不接收數(shù)據(jù)，定時休眠，定時喚醒工作，工作時定時發(fā)送標簽數(shù)據(jù)；配置模式是在出廠時或者更換電池時，需將標簽撥到配置模式，標簽無線射頻功能既能發(fā)送數(shù)據(jù)又能接收數(shù)據(jù)，手持式閱讀器通過無線射頻來設(shè)置標簽編號、射頻信道及功率等參數(shù)以及同步標簽時間。聲光指示模塊主要是用來指示標簽的工作狀態(tài)，并在標簽異常時進行聲光提示。

有源RFID閱讀器有兩種：車載閱讀器和手持式閱讀器。車載閱讀器安裝在觀光車內(nèi)，是觀光車播報系統(tǒng)中重要的設(shè)備之一；手持式閱讀器主要是用來配置標簽參數(shù)及同步時間，在維護管理中使用。因為車載閱讀器和手持式閱讀器的應(yīng)用場景和功能不同，所以兩款閱讀器的硬件設(shè)計也不完全相同。車載閱讀器硬件設(shè)計主題架構(gòu)與有源標簽相似，也是有主控芯片、2.4 G射頻芯片等，但車載閱讀器不需要電池供電，是通過外部電源供電，所以增加電源管理相關(guān)部分。車載閱讀器主要功能是快速將接收到的標簽信息發(fā)送給上位機，所以對性能要求比較高，而且要提供多種通信接口，如網(wǎng)口、RS232、TTL以及USB接口，但對功耗要求不高，所以車載閱讀器主控芯片采用ARM公司的Cortex-M3系列高性能芯片。為增加車載閱讀器接收標簽距離和準確度，車載閱讀器2.4 G天線采用外接高增益天線，并安裝在觀光車的頂部或者車的前部無遮擋^［3］。手持式閱讀器設(shè)計和車載閱讀器硬件類似，也是主控芯片和2.4 G芯片。由于是手持式，為在操作上和使用上要智能和便捷，所以手持式閱讀器采用安卓操作系統(tǒng)，手持式主控芯片采用Cortex-A53系統(tǒng)芯片，內(nèi)存2 GB，支持USB2.0和USB3.0，3.5寸觸摸顯示屏和大容量電池，并安裝自行開發(fā)的2.4 G有源標簽配置管理系統(tǒng)軟件，并配有大容量可充電電池，且2.4 G天線也采用內(nèi)置高增益全向天線^［4］。

5 結(jié)語

該播報系統(tǒng)已在國內(nèi)幾大知名景點安裝使用，本系統(tǒng)可穩(wěn)定、可靠、準確地進行播報，使游客在乘坐觀光車的同時能了解景點的介紹及到站播報，觀光體驗更好。該播報系統(tǒng)也使景區(qū)節(jié)約了人力成本，減輕了觀光車司機的工作量，使得景區(qū)的管理更加智能化和人性化。另外，在景點播報中間可進行廣告推廣，增加了景區(qū)的經(jīng)濟效益。本播報系統(tǒng)自從推廣使用以來，得到了廣大游客和景區(qū)管理者的一致好評。

參考文獻

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［3］王金輝，韓福瑩.用于定位的低功耗有源RFID標簽設(shè)計［J］.電子世界，2013（17）：152-153.

［4］鄭賢忠，曹小華，鄭文立.有源RFID系統(tǒng)中電子標簽的設(shè)計［J］.港口裝卸，2008（2）：27-29.

（編輯 王雪芬）

Design of active RFID scenic spot sightseeing car broadcasting system

Xu Guangwei， Liu Shaokai， Pan Yu

（No.30 Institute of CETC， Chengdu 610041， China）

Abstract： Due to the complex geographical environment of many scenic spots and the influence of weather and environment， traditional positioning techniques cannot achieve precise positioning and broadcasting functions for scenic spots. The article utilizes the advantages of active RFID technology and combines the environmental characteristics of scenic spots to develop a scenic spot sightseeing vehicle broadcasting system. The broadcasting system consists of active RFID tags， car readers， handheld readers， and broadcasting software. The system binds the RFID tags installed in the scenic spots one by one with the scenic spots. After receiving the RFID tag information， the car reader notifies the broadcasting software to broadcast the corresponding video and voice of the scenic spots， achieving precise broadcasting and arrival reminders for the scenic spots， enhancing the tourist experience and improving the modern management and service level of the scenic spots.

Key words： RFID; scenic spot; broadcasting; reader