基于RFID的校园自行车管理系统

2012年第11期，第45卷 通 信 技 术 Vol.45，No.11,2012 总第251期 Communications Technology No.251,Totally ·应 用·基于RFID的校园自行车管理系统李新煜， 曾春晖， 蒲力萌( 电子科技大学 通信与信息工程学院，四川 成都 611731)【摘 要】RFID技术已经在汽车管理，图书管理等诸多领域取得了良好的应用效果，与汽车，图书相比大学校园里自行车也具有流动性高，难以外形相似度高，难以实时监测等特点；因此大学校园内的自行车丢失现象也时有发生。

文中基于创新基金项目“RFID的校园自行车管理系统”，针对大学校园内自行车失窃的问题阐述了基于RFID的解决方案，分析了该系统的实用性和可行性；并详细介绍了系统实现的硬件平台以及相关的关键技术和算法。

【关键词】RFID；校园IC卡；多端异步；关系数据库【中图分类号】TP391.44【文献标识码】B 【文章编号】1002-0802(2012)11-0081-04 RFID-based Campus Bicycle Management SystemLI Xin-yu， ZENG Chun-hui， PU Li-meng(School of Communication and Information Engineering, University of Electronic Scienceand Technology of China, Chengdu Sichuan 611731, China)【Abstract】RFID technology is widely applied in the automobile management, book management in library, and many other fields and achieves good results. Like automobiles and books, bikes in the campus are also with mobility and similarity, and are difficult to be real-time monitored, so bike-loss phenomenon occurs from time to time in the college campus. This paper, based on the Innovation Fund project “RFID-based campus bicycle management system”, proposes a RFID-based solution, and analyzes its feasibility and practicability, and gives detailed system hardware platform, related key technologies and algorithms.【Key words】RFID ; campus IC card ; multiport asynchronous；relational database0 引言高校校园中自行车被盗事件时常发生，这些事件并没有得到有效的解决。

究其主要原因是校园中各类自行车数量多，难以辨认，难以定位，即使被盗也难以认定车辆归属[1]。

本系统使每一辆自行车都具备一个独一无二的身份即射频识别（RFID，Radio Frequency IDentification）标签，同时车主也有一张与之匹配的校园IC卡。

车主在存取车时必须刷卡，通过对车辆和IC卡（饭卡）信息的读取、对比，系统便会判定此次存取操作的合法性，再根据结果的不同做出相应的反应。

若有非法的取车操作，系统会通过现场的报警装置和接收设备，通知保卫处和门卫，有助于嫌疑人的抓获，避免了车辆的丢失。

1 系统结构1.1 系统总体网络结构如图1所示，整套系统分为若干个节点和一个中央服务器，每个节点在实际环境中代表一个停车场。

各节点通过RFID射频设备收集自行车的信息并通过接触式天线读取用户IC卡数据；最后通过以太网传递给服务器。

服务器汇总各个自行车停放的数据，进行数据的存储和比对，将反馈信息通过校园网络传送到各个监测终端，通过一系列指令控制各节点执行相应的操作。

收稿日期：2012-07-27。

基金项目：电子科技大学第5期大学生创新基金项目作者简介：李新煜（1990-），男，本科生，主要研究方向为通信工程；曾春晖（1990-），男，本科生，主要研究方向为通信工程；蒲力萌（1990-），男，本科生，主要研究方向为通信工程。

8182图1 系统总体网络结构1.2 节点实现结构图一个节点的结构如图2所示。

各个节点通过RFID 射频读卡器检测自行车内的智能芯片，并存储相关数据；同时IC 卡读卡器通过天线读取学生的IC 卡（饭卡）信息。

节点通过控 制的ARM 用以太网将信息发送至服务器并接受反馈数据，执行相关图2 端系统实现结构1.3 服务器框架结构服务器接收各节点数据并将数据与数据库中记录进行比对，反馈一系列操作指令给各节点。

具体图3 服务器处理信息流程2 开发平台简述2.1 硬件平台 2.1.1 RFID 模块RFID 技术的基本工作原理是标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，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（PassiveTag）；或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag），解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]。

由于RFID 射频天线和标签分为多种标准，本套系统的RFID 模块采用了远望谷公司的XCRF-502C 固定式射频读写器，此读写器工作在902-928Mhz 频段，有效检测范围为10米。

2.1.2 嵌入式模块由于在本系统中嵌入式模块主要担负信息传输和控制的功能，并不需求高速运算和大量数据缓存，因此采用了以ARM2440 为核心的开发方案。

嵌入式模块在ARM2440核心的外围添加了以太网口用于与服务器进行通信；LCD 显示屏用于实时显示提示信息；蜂鸣器用于应急报警；I2C 总线接口用于与IC 读卡模块进行通信，串口用于与RFID射频模块通信。

2.1.3 IC 读卡器模块IC 读卡器天线采用Philips MFRC522 原装芯片设计读卡电路，该模块使用51单片机驱动读卡器检测IC 卡信息并使用I2C 总线将数据会传到ARM 主控芯片上。

2.2 软件平台2.2.1 服务器开发因为本系统中的服务器不光要担负起与硬件通信的功能还要有一套完善的图形界面，因此本系统采用Visual Basic 2010作为服务器的开发平台。

Basic 是一种简单且易于编写和维护的语言，而VB 提供了一系列空间和皮肤插件可以方便的开发出一套人性化的UI 界面。

在与硬件连接方面。

VB提供了网口控件winsock [3]控件可以方便的与ARM 连接通信；同时VB 提供了丰富的API 接口与数据库进行数据通信。

2.2.2 数据库开发 考虑到开发的复杂程度，本系统采用了入门级的数据库Access 数据库。

Access [4]是微软公司推出的基于Windows 的桌面关系数据库管理系统（RDBMS ，Relational Database ManagementSystem），是Office 系列应用软件之一。

Access 能够存取 Access/Jet、Microsoft SQL Server、甲骨文软件公司(Oracle)，或者任何 ODBC 兼容数据库内的资料,具有良好的兼容性。

3 关键技术应用3.１ RFID的设计和实现 3.1.1 RFID的设计固定式RFID终端的工作原理如图4所示[5]，终端发射高频电磁波激励射频标签，产生回馈数据。

RFID 在本系统中主要用于识别自行车车辆信息，每辆自行策划都会有一块很小的射频标签置于车座下方，83射频终端周期性的扫描周围的标签信息并刷新缓存区数据。

RFID终端扫描逻辑流程如图4所示。

图4 RFID终端扫描逻辑流程3.1.2 RFID的实现[6]本系统采用由远望谷公司出产的XCRF 系列读写器，利用读写器附带的读写软件，对RFID 卡的信息进行读取和写入操作。

读写器通过串口与ARM 核心板相连接。

当射频终端检测到射频数据后会将数据自动缓存，并通过串口以自定义的帧格式发送给ARM。

一帧数据的结构如图5所示。

数据长度命令字天线号标签类型标签ID 用户数据地址用户数据长度用户 数据CRCByte 45H 01-04 01-091Byte 1Byte 1-4Byte 2Byte图5 RFID 读卡设备帧数据结构3.2 数据库的设计数据库在本系统的主要任务是记录用户存取自行车时RFID 所读取到的信息，以便日后查询。

需要记录的有时间、停车地点、存∕取、自行车号、车主姓名、学号等。

由于自行车号与车主姓名、车主姓名与学号都是唯一对应的关系，而且在一定的时间内是相对固定不变的，不需要每次都重复记录，但为了管理方便，这些信息能在系统界面上显示出来是很有必要的，因此本系统用关系型数据库的设计，通过将几张小表组合成大表的方式来减少需要图6 关系数据库采用关系型数据库的设计可以很好的简化存取自行车时所要记录的数据，避免了数据库的冗余，也提高了数据库的灵活性和扩展性。

如果以后需要增加显示的信息，只需要继续添加小表，再把他设计进行组合，而不需要重新设计数据库。

3.3 通信设计为了使软件具有真正的使用价值，除了要保证软件的网络通信可以准确快捷的收发信息，还要保证在多用户同时使用网络资源时服务器不会因为协议设计的不当或者逻辑错误出现假死的情况；同时当单个用户数据量较大时要保证用户数据不会在传输过程中丢失或错位。

3.3.1 套接字通信[7]本信息管理系统会涉及到传输大量数据信息,为了尽量避免错误，采用稳定性较高的流套接字形式作为网络通信的基础。

所有发送的信息将被编码并以信息流的形式上传到网络。

区分不同应用程序进程间的网络通信和连接，主要依靠3个参数：通信的目的IP地址、使用的传输层协议（TCP或UDP）和使用的端口号。

为保证通信的稳定，信息管理系统采用TCP 协议。

3.3.2 多端访问为了使软件具有实用的特性，软件采用了异步的通信方式。

打开服务器的网络连接以后，服务器处于监听状态。

当有请求进入时，服务器为这个请求开辟一个独立的线程，分配独立的端口进行网络通信，同时服务器回到监听状态处理其他连接请求。

客户端接入服务器以后,开始发送数据，每次数据发送完毕发送信息主动切断通信，释放网络资源，服务器收到信息后断掉与客户端的连接。