基于RFID的尾氣檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1 引 言

　　RFID(無線射頻識別)是一種利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關信息的技術。RFID中間件的推出很好地解決了技術與成本這兩方面問題，加速了RFID技術的推廣使用。同時隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，我國機動車保有量高速持續(xù)增長，機動車尾氣排放污染已成為大氣污染的重要來源之一。因此，采用新方法、新手段，加強在用機動車尾氣排放的定期檢測，最大程度地解決機動車尾氣排放監(jiān)管工作中面臨的問題，已是城市機動車排放監(jiān)管工作的當務之急。

　　針對上面的問題，設計和開發(fā)了某環(huán)保部門構建的一套對檢測場的檢測過程進行全過程自動實時檢測的汽車尾氣檢測系統(tǒng)。本設計將介紹這個基于BEA RFID Edge Server構建的汽車尾氣檢測系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。在介紹系統(tǒng)組成的基礎上，闡述了系統(tǒng)框架和流程、RFID卡信息、中間件操作方式和應用程序的構建和頁面流。

　　2 系統(tǒng)概述

　　開發(fā)的汽車尾氣檢測系統(tǒng)是一個完整、典型的RFID應用系統(tǒng) ，由電子標簽、讀卡器、RFID中間件和應用程序四個模塊組成，如圖l所示。

　圖1 系統(tǒng)組成

　　2．1 電子標簽

　　出于信息存儲量的考慮，本系統(tǒng)采用基于IS018000—6B標準的RFID標簽。電子標簽由天線和芯片組成，天線在標簽和讀卡器間傳遞射頻信號，芯片里面保存每個標簽具有的唯一電子編碼和用戶數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)區(qū)將保存與汽車尾氣檢測相關的信息。

　　2．2 讀卡器

　　根據(jù)應用場景需要，本系統(tǒng)采用固定式讀卡器，將其安裝在每個檢測場的固定位置。讀卡器的主要任務是控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽的應答，對標簽的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶標簽上的其它相關信息傳輸?shù)街鳈C以供處理。讀卡器對標簽有識別、讀取和寫入三類操作。

　　2．3 RFID中間件

　　系統(tǒng)中除了標簽和讀卡器上運行的軟件外，介于讀卡器與應用程序之間的中間件是其中的一個重要組成部分。本系統(tǒng)采用BEA RFID Edge Server中間件。其主要任務是對讀卡器讀取的標簽數(shù)據(jù)進行過濾、匯集和計算，減少從讀卡器傳往應用程序的數(shù)據(jù)量，它定期輪詢讀卡器，刪除復本，并進行篩選和設備管理，負責創(chuàng)建ALE事件并將其分派至應用程序。

　　其中，ALE(應用層事件)最初作為Savant應用的一部分開發(fā)而成，如今歸屬于標準組織和供應鏈利益集團組成的聯(lián)盟EPCglobal，它是旨在把低層的電子產(chǎn)品代碼(EPC)數(shù)據(jù)和較高層的企業(yè)系統(tǒng)相互連接的EPCglobal網(wǎng)絡計劃的一部分，已成為事實上的標準。MIT自動識別中心所提出的EPC網(wǎng)絡拉J，包括了EPC(電子產(chǎn)品代碼)編碼、Savant、*(對象名字服務)、EPC InformatiON Services、PML(物理標示語言)等關鍵技術，得到了很多學術機構和企業(yè)的支持。

　　2．4 應用程序

　　系統(tǒng)應用程序采用了Beehive控件和頁面流技術，可以運行于Weblogie和Tomcat等J2EE應用服務器之上。應用程序根據(jù)來自RFID中問件的標簽數(shù)據(jù)執(zhí)行特定的動作，例如讀取登記環(huán)保信息卡車輛基本信息、讀取車輛違規(guī)信息等，應用程序也會根據(jù)尾氣檢測結果的信息對標簽進行寫入。

　　3 設計與實現(xiàn)

　　3．1 框架和流程

　　系統(tǒng)主要包括環(huán)保信息卡基本信息維護、機動車外觀檢測、汽車尾氣檢測和安全模塊四個模塊，圖給出了整個系統(tǒng)的組成和邏輯操作流程。

圖2 系統(tǒng)框架和流程圖

　　其中，基本信息維護模塊包括對環(huán)保信息卡的初始化和登記、基本信息的讀取和寫入．夕 觀檢測模塊包括機動車違規(guī)信息的寫入和讀取、機動車維修歷史信息的讀取和記錄，汽車尾氣檢測模塊包括車輛一致性檢測、尾氣檢測操作、尾氣檢測結果記錄與讀取，在機動車通過尾氣檢測后操作員會通過系統(tǒng)給環(huán)?？▽懭爰垬擞涗涀鳛闃擞洝４送?，考慮到防止用戶自己通過讀卡器對環(huán)?？ㄐ畔⑦M行篡改，在每次操作完成后，系統(tǒng)還會對卡內(nèi)信息做一個摘要并將數(shù)字簽名和加密信息寫入環(huán)保卡，供下次操作時進行校驗。

　　3．2 電子標簽信息

　　根據(jù)前文系統(tǒng)的框架和流程設計，電子標簽內(nèi)主要保存環(huán)?？ɑ拘畔?、尾氣檢測信息、違規(guī)記錄信息、維修信息和安全信息五大類用戶信息。其中具體寫入字段和順序如表l所示。

表1 電子標簽信息列表

 　　3．3 RFID中間件

　　BEA RFID Edge Server是一個實現(xiàn)了ALE規(guī)范的中間件產(chǎn)品 。ALE客戶端需要定義一個ECSpec，然后提交給ALE接口，即Edge Server。

　　Edge Server使用ECSpec的內(nèi)容來控制讀卡器的限制條件、使用哪個邏輯讀卡器、報告返回等等? 。

　　其中限制條件是何時開始讀卡、何時停止讀卡等；一個邏輯讀卡器是一個RFID讀卡點，是具有統(tǒng)一命名的一組天線；報告指Edge Server返回給應用程序的信息。

　　下面是一段最基本的訪問Edge Server，使用ALEPC來通過邏輯讀卡器將EPC值寫人電子標簽，并且返回報告的代碼，其具體含義可以在代碼注釋中看到。

　　3．4 應用程序應用

　　程序是BEA RFID Edge Server中間件的一個客戶端，使用ALE接口來通過邏輯讀卡器將信息寫人電子標簽，并且返回報告。Apache Beehive是一項開源軟件技術，為基于J2EE的應用提供一個易用的跨容器編程模型和應用框架。本系統(tǒng)采用了Beehive控件和頁面流技術，分四層結構設計，即表示層、控制層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)層。可運行于Weblogic和Tomcat等J2EE應用服務器之上。

　　表示層主要具有與用戶交互的功能，用戶界面主要在這一層實現(xiàn)，采用JSP、JSP標簽技術、HTML、JavaScript執(zhí)行顯示任務?？刂茖优c表示層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)層交互，將來自表示層的請求分發(fā)到后面兩層，并將處理結果返送給表示層。

　　業(yè)務邏輯層是封裝業(yè)務邏輯的一層，采用自定義Java控件技術來處理。數(shù)據(jù)層采用輕量級的數(shù)據(jù)庫Java控件來實現(xiàn)。使用數(shù)據(jù)庫控件，可以輕松地從應用程序訪問關系型數(shù)據(jù)庫。通過使用數(shù)據(jù)庫Java控件，可以向數(shù)據(jù)庫發(fā)出SQL命令。數(shù)據(jù)庫控件會自動將數(shù)據(jù)庫查詢轉(zhuǎn)換為Java對象，以便訪問查詢結果。圖3是整個系統(tǒng)應用程序的各個層次和模塊之間的頁而流調(diào)用圖示。

圖3 系統(tǒng)模塊調(diào)用關系和流程圖

　　4 結束語

　　設計中介紹的采用BEA RFID Edge Server中間件構建的汽車尾氣檢測系統(tǒng)，結合在網(wǎng)絡上建立的機動車排放、檢測場、檢測人員信息數(shù)據(jù)庫，并附以相應的在線數(shù)據(jù)分析軟件，使機動車尾氣排放管理中心和各級管理人員可以隨時掌握車輛情況，增強了交管和環(huán)保部門決策的科學性和一致性，具有很好的推廣前景。