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[導(dǎo)讀]基于RFID的手持式交通違章處罰終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要:基于RFID的手持式交通違章處罰終端系統(tǒng)采用ARM9作為微控制器,RFID讀寫器接收電子標(biāo)簽的信息,以圖形界面的形式,通過(guò)GPRS技術(shù)與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,對(duì)違章司機(jī)進(jìn)行懲處。在此主要從硬件和軟件方面,介紹了系統(tǒng)所用RFID技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和方法。實(shí)驗(yàn)表明,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能準(zhǔn)確地讀取標(biāo)簽,能很好地取代交警手寫罰單的繁雜過(guò)程,很大程度地改善和方便了交通違章的處理,具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:手持式;射頻識(shí)別;ARM9;GPRS

0 引言
    以往,對(duì)交通違章者的處罰是通過(guò)交警手工開罰單完成的,違章者再持罰單到指定收款處交罰款。這種方式有幾個(gè)缺點(diǎn):一是,開罰單時(shí)要記錄違章者的駕照號(hào)、姓名、違章地點(diǎn)、類型、罰款金額等諸多內(nèi)容,需要花費(fèi)大量的時(shí)間,影響交警的正常值勤;二是,由于人為筆誤經(jīng)常造成違章者與收款人員的糾紛;三是,值勤交警無(wú)法準(zhǔn)確掌握違章者的背景、違章記錄等,更有不法者持假照蒙混過(guò)關(guān),躲避處罰;四是,無(wú)法對(duì)交警執(zhí)法的正確性進(jìn)行考核;五是,有些“人情款”難以處罰。
    基于ARM9的915 MHz超高頻射頻技術(shù)(Radio Frequeney Identification,RFID)的手持式交通違章處罰終端系統(tǒng)是在現(xiàn)有交通管理中引入RFID技術(shù),當(dāng)交警發(fā)現(xiàn)可疑車輛時(shí),用手勢(shì)動(dòng)作讓車輛停下來(lái),在射頻卡讀寫器的有效作用范圍內(nèi),交警采用手持式終端機(jī)對(duì)該車輛進(jìn)行檢查,省去了交警手工開罰單的繁瑣過(guò)程,保證速度準(zhǔn)確性和高效性,從而帶來(lái)了便利。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    在處理違章事故時(shí),只需車輛上的電子標(biāo)簽在射頻卡讀寫器的有效作用范圍內(nèi),則司機(jī)的自然狀況及違章記錄等信息均輸入到終端機(jī)上,并可通過(guò)GPRS通信從監(jiān)控中心調(diào)出并查看其違章記錄。若交警判斷司機(jī)違章了,就在手持式終端機(jī)上選擇一下違章種類代碼,并通過(guò)GPRS通信將相關(guān)信息發(fā)送到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心以短信的方式通知違章司機(jī)其違章情況。交罰款時(shí),司機(jī)到指定地點(diǎn),工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的信息對(duì)司機(jī)進(jìn)行罰款。實(shí)現(xiàn)了交通違章處罰管理的科學(xué)化、公開化,更重要的是此系統(tǒng)通過(guò)在駕照上記錄司機(jī)的違章檔案,大大加強(qiáng)了對(duì)司機(jī)的監(jiān)督力度,可減少違章次數(shù)。
    本設(shè)計(jì)需要建立的是基于RFID的手持式交通違章處罰終端系統(tǒng),該系統(tǒng)由服務(wù)器端和客戶端組成。服務(wù)器端即監(jiān)控中心,主要是通過(guò)GPRS與手持式終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在客戶端,RFID讀寫器通過(guò)無(wú)線傳輸讀取安裝在車輛上的電子標(biāo)簽來(lái)搜集車輛信息,并進(jìn)行相應(yīng)的處理,之后通過(guò)GPRS將信息發(fā)送到服務(wù)器端,在服務(wù)器端對(duì)接收到的這些信息進(jìn)行處理并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù),同時(shí)發(fā)短信通知司機(jī)其違章情況并催促交罰款。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。



2 硬件設(shè)計(jì)
    手持式交通違章處罰終端的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,可以將其分為ARM核心及外圍部分和RFID部分。
2.1 ARM核心及外圍部分
    該部分包括ARM微控制器、存儲(chǔ)器(SRAM、FLASH和SDRAM)、輸入輸出設(shè)備(LCD、觸摸屏TOUCH)和接口設(shè)備(RS 232、USB、網(wǎng)卡DM9000和JTAG)。ARM微控制器采用了ARM920T內(nèi)核,是由ARM公司設(shè)計(jì)的16/32ARM920T RISC處理器,它的低功耗、精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用。存儲(chǔ)器包括SRAM,F(xiàn)LASH和SDRAM可以支持Linux系統(tǒng)的運(yùn)行,其中SDRAM是Hynix公司的HY57V651620,容量為64 MB;常用的FLASH類型有NOR FLASH和NAND FLASH2種,這里用到的FALSH主要是NAND FLASH,它是三星公司生產(chǎn)的容量為64 MB,常用于手持設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品。LCD是東華TFT液晶屏(WXCAT35),配置為常用的16BPP模式。DM9000是DAVICOM公司推出的一種高度集成、功能強(qiáng)大、少引
腳、性價(jià)比高的單片快速以太網(wǎng)控制芯片,非常適用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì),具有一個(gè)通用的微處理器接口,內(nèi)部集成了16 KB SRAM(其中13 KB用作接收緩沖區(qū),3 KB作為發(fā)送緩沖區(qū)),對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)器訪問支持8位和16位數(shù)據(jù)接口以適用于不同的微處理器。
2.2 RFID部分
2.2.1 RFID技術(shù)
    射頻技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù),射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。
2.2.2 RFID系統(tǒng)及其工作原理
    最基本的RFID系統(tǒng)由3部分組成:讀寫器(Reader)、電子標(biāo)簽(Tag)、天線(Antenna)。讀寫器是讀取(有時(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備,可設(shè)計(jì)為手持式或固定式(本系統(tǒng)為手持式)。電子標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成,每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼,附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。天線在標(biāo)簽和讀寫器間傳遞信號(hào)。[!--empirenews.page--]
    讀寫器通過(guò)天線向外發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào),當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到讀寫器產(chǎn)生的磁場(chǎng)有效作用范圍內(nèi)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量,向讀寫器發(fā)送出自身編碼等信息,讀寫器讀取信息并解碼后,將信息傳至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理,從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。RFID工作原理圖如圖3所示。


2.2.3 RFID射頻收發(fā)單元
    該部分包括射頻芯片和天線,芯片使用CC1100,該芯片能對(duì)頻率為915 MHz的超高頻標(biāo)簽進(jìn)行讀寫,符合EPC CLASS-1/Gen-2標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部的發(fā)射器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近距離操作的天線,讀寫距離可達(dá)到10 m左右,可以滿足手持式交通違章處罰終端的要求。射頻收發(fā)單元CC1100的電路圖如圖4所示,其中CC1100的信號(hào)線SCLK(時(shí)鐘輸入)、SI(數(shù)據(jù)輸入)、SO(數(shù)據(jù)輸出)、CSn(芯片選擇)分別與
S3C2440的SPI接口的SPICLK、SPIMOSI、SPIMOSO、nSS相連接。



3 軟件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)采用U-boot軟件開發(fā)系統(tǒng)的Bootloader,操作系統(tǒng)采用2.6內(nèi)核的Linux。
3.1 嵌入式系統(tǒng)的引導(dǎo)代碼Bootloader
    BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行前執(zhí)行的一段小程序。通過(guò)這段小程序,可以初始化必要的硬件設(shè)備,創(chuàng)建內(nèi)核需要的一些信息并將這些信息通過(guò)相關(guān)機(jī)制傳遞給內(nèi)核,從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài),最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核,真正起到引導(dǎo)和加載內(nèi)核的作用。
    Bootloader啟動(dòng)大多數(shù)分為2個(gè)階段。第一階段使用匯編來(lái)實(shí)現(xiàn),它完成一些依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的初始化,并調(diào)用第二階段的代碼。這個(gè)階段的任務(wù)有:硬件設(shè)備初始化;為加載Bootloader的第二階段代碼準(zhǔn)備RAM空間;復(fù)制Bootloader的第二階段代碼到RAM空間中;設(shè)置好棧;跳轉(zhuǎn)到第二階段代碼的C入口點(diǎn)。第二階段通常使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn),這樣可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能,而且代碼會(huì)有更好的可讀性和可移植性。這個(gè)階段的任務(wù)有:初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備;檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射;將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash上讀到RAM空間中;為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù);調(diào)用內(nèi)核。[!--empirenews.page--]
    在編寫完Bootloader后,利用JTAG下載電纜燒寫到Nand Flash中即可。
    基本的操作過(guò)程如下,從網(wǎng)上下載U boot 1.1.6,cd u-boot-1.1.6,進(jìn)入到該目錄后,修改其頂層Makefile,添加開發(fā)板類型:

    其余的相關(guān)修改及添加可參考天嵌U-boot-1.1.6dm9000中的相關(guān)文件。
3.2 配置及編譯內(nèi)核
    配置內(nèi)核的方式有:make eonfig;make menuconfig;make xconfig;make gconfig;make oldeonfig;makedefeonfig等配置時(shí)可供選擇的配置項(xiàng)來(lái)自于各個(gè)子目錄的Keonfig文件,如make menueonfig之后保存的結(jié)果將寫入.config文件,.config文件中定義變量,結(jié)合
各子目錄的Makefile,可決定某一模塊是否編譯到內(nèi)核中。由于CC1100要與SPI接口通信,內(nèi)核應(yīng)該支持SPI的操作。首先cd linux2.6.25 .8,進(jìn)到該目錄下后,命令1.查看是否有.config文件,若無(wú)則 cp arch/arm/configs/s3c2410default_config.config,之后make menuconfigSPI驅(qū)動(dòng)的設(shè)置,SPI的驅(qū)動(dòng)在drivers/spi/spi.c中:

  
    其中,*代表直接編譯進(jìn)內(nèi)核;M代表以模塊的方式編譯進(jìn)內(nèi)核。
    編譯內(nèi)核前先修改相應(yīng)的Makefile及相關(guān)的文件,以適合對(duì)應(yīng)的硬件平臺(tái)。之后make可在arch/arm/boot目錄下生成內(nèi)核鏡像,如:zlmage,Image。最后用USB燒寫到Flash的相應(yīng)位置即可。
3.3 應(yīng)用程序
    用戶應(yīng)用程序是基于Qt的圖形界面,當(dāng)交警確認(rèn)要求對(duì)車輛進(jìn)行檢查或者罰款時(shí),系統(tǒng)中斷進(jìn)入工作模式,通過(guò)防沖突算法獲得車輛的信息,并將信息顯示到LCD上,如果確認(rèn)要對(duì)司機(jī)進(jìn)行處罰,選擇好違章代碼后,將相應(yīng)的信息通過(guò)GPRS發(fā)送到控制中心,否則進(jìn)入到系統(tǒng)的休眠模式,繼續(xù)等待中斷發(fā)生,其流程圖如圖5所示。



4 結(jié)語(yǔ)
    本文簡(jiǎn)要介紹了所設(shè)計(jì)的手持式交通違章處罰終端系統(tǒng),重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)及相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。射頻技術(shù)在交通中的作用日益重要,本系統(tǒng)以射頻技術(shù)為重點(diǎn),以交通違規(guī)管理為背景,結(jié)合GPRS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)手持式交通違章處罰終端系統(tǒng)。能快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀取和信息處理,為交通違規(guī)處罰帶來(lái)了很大的便利。

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