基于RFID的尾氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引 言

　　RFID(無線射頻識別)是一種利用射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)。RFID中間件的推出很好地解決了技術(shù)與成本這兩方面問題，加速了RFID技術(shù)的推廣使用。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國機(jī)動(dòng)車保有量高速持續(xù)增長，機(jī)動(dòng)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(qiáng)在用機(jī)動(dòng)車尾氣排放的定期檢測，最大程度地解決機(jī)動(dòng)車尾氣排放監(jiān)管工作中面臨的問題，已是城市機(jī)動(dòng)車排放監(jiān)管工作的當(dāng)務(wù)之急。

　　針對上面的問題，設(shè)計(jì)和開發(fā)了某環(huán)保部門構(gòu)建的一套對檢測場的檢測過程進(jìn)行全過程自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測的汽車尾氣檢測系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)將介紹這個(gè)基于BEA RFID Edge Server構(gòu)建的汽車尾氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在介紹系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)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(yīng)用程序的構(gòu)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(gè)完整、典型的RFID應(yīng)用系統(tǒng) ，由電子標(biāo)簽、讀卡器、RFID中間件和應(yīng)用程序四個(gè)模塊組成，如圖l所示。

　圖1 系統(tǒng)組成

　　2．1 電子標(biāo)簽

　　出于信息存儲(chǔ)量的考慮，本系統(tǒng)采用基于IS018000—6B標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽。電子標(biāo)簽由天線和芯片組成，天線在標(biāo)簽和讀卡器間傳遞射頻信號，芯片里面保存每個(gè)標(biāo)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(guān)的信息。

　　2．2 讀卡器

　　根據(jù)應(yīng)用場景需要，本系統(tǒng)采用固定式讀卡器，將其安裝在每個(gè)檢測場的固定位置。讀卡器的主要任務(wù)是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答，對標(biāo)簽的對象標(biāo)識信息進(jìn)行解碼，將對象標(biāo)識信息連帶標(biāo)簽上的其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。讀卡器對標(biāo)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(biāo)簽和讀卡器上運(yùn)行的軟件外，介于讀卡器與應(yīng)用程序之間的中間件是其中的一個(gè)重要組成部分。本系統(tǒng)采用BEA RFID Edge Server中間件。其主要任務(wù)是對讀卡器讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯集和計(jì)算，減少從讀卡器傳往應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)量，它定期輪詢讀卡器，刪除復(fù)本，并進(jìn)行篩選和設(shè)備管理，負(fù)責(zé)創(chuàng)建ALE事件并將其分派至應(yīng)用程序。

　　其中，ALE(應(yīng)用層事件)最初作為Savant應(yīng)用的一部分開發(fā)而成，如今歸屬于標(biāo)準(zhǔn)組織和供應(yīng)鏈利益集團(tuán)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(luò)計(jì)劃的一部分，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。MIT自動(dòng)識別中心所提出的EPC網(wǎng)絡(luò)拉J，包括了EPC(電子產(chǎn)品代碼)編碼、Savant、*(對象名字服務(wù))、EPC InformatiON Services、PML(物理標(biāo)示語言)等關(guān)鍵技術(shù)，得到了很多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的支持。

　　2．4 應(yīng)用程序

　　系統(tǒng)應(yīng)用程序采用了Beehive控件和頁面流技術(shù)，可以運(yùn)行于Weblogie和Tomcat等J2EE應(yīng)用服務(wù)器之上。應(yīng)用程序根據(jù)來自RFID中問件的標(biāo)簽數(shù)據(jù)執(zhí)行特定的動(dòng)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(yīng)用程序也會(huì)根據(jù)尾氣檢測結(jié)果的信息對標(biāo)簽進(jìn)行寫入。

　　3 設(shè)計(jì)與實(shí)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(hù)、機(jī)動(dòng)車外觀檢測、汽車尾氣檢測和安全模塊四個(gè)模塊，圖給出了整個(gè)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(hù)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(jī)動(dòng)車違規(guī)信息的寫入和讀取、機(jī)動(dòng)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(jié)果記錄與讀取，在機(jī)動(dòng)車通過尾氣檢測后操作員會(huì)通過系統(tǒng)給環(huán)保卡寫入紙標(biāo)記錄作為標(biāo)記。此外，考慮到防止用戶自己通過讀卡器對環(huán)?？ㄐ畔⑦M(jìn)行篡改，在每次操作完成后，系統(tǒng)還會(huì)對卡內(nèi)信息做一個(gè)摘要并將數(shù)字簽名和加密信息寫入環(huán)?？?，供下次操作時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)。

　　3．2 電子標(biāo)簽信息

　　根據(jù)前文系統(tǒng)的框架和流程設(shè)計(jì)，電子標(biāo)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(biāo)簽信息列表

 　　3．3 RFID中間件

　　BEA RFID Edge Server是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了ALE規(guī)范的中間件產(chǎn)品 。ALE客戶端需要定義一個(gè)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(gè)邏輯讀卡器、報(bào)告返回等等? 。

　　其中限制條件是何時(shí)開始讀卡、何時(shí)停止讀卡等；一個(gè)邏輯讀卡器是一個(gè)RFID讀卡點(diǎn)，是具有統(tǒng)一命名的一組天線；報(bào)告指Edge Server返回給應(yīng)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(biāo)簽，并且返回報(bào)告的代碼，其具體含義可以在代碼注釋中看到。

　　3．4 應(yīng)用程序應(yīng)用

　　程序是BEA RFID Edge Server中間件的一個(gè)客戶端，使用ALE接口來通過邏輯讀卡器將信息寫人電子標(biāo)簽，并且返回報(bào)告。Apache Beehive是一項(xiàng)開源軟件技術(shù)，為基于J2EE的應(yīng)用提供一個(gè)易用的跨容器編程模型和應(yīng)用框架。本系統(tǒng)采用了Beehive控件和頁面流技術(shù)，分四層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即表示層、控制層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層?？蛇\(yùn)行于Weblogic和Tomcat等J2EE應(yīng)用服務(wù)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(shí)現(xiàn)，采用JSP、JSP標(biāo)簽技術(shù)、HTML、JavaScript執(zhí)行顯示任務(wù)?？刂茖优c表示層、業(yè)務(wù)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(jié)果返送給表示層。

　　業(yè)務(wù)邏輯層是封裝業(yè)務(wù)邏輯的一層，采用自定義Java控件技術(shù)來處理。數(shù)據(jù)層采用輕量級的數(shù)據(jù)庫Java控件來實(shí)現(xiàn)。使用數(shù)據(jù)庫控件，可以輕松地從應(yīng)用程序訪問關(guān)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(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)庫查詢轉(zhuǎn)換為Java對象，以便訪問查詢結(jié)果。圖3是整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用程序的各個(gè)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(guān)系和流程圖

　　4 結(jié)束語

　　設(shè)計(jì)中介紹的采用BEA RFID Edge Server中間件構(gòu)建的汽車尾氣檢測系統(tǒng)，結(jié)合在網(wǎng)絡(luò)上建立的機(jī)動(dòng)車排放、檢測場、檢測人員信息數(shù)據(jù)庫，并附以相應(yīng)的在線數(shù)據(jù)分析軟件，使機(jī)動(dòng)車尾氣排放管理中心和各級管理人員可以隨時(shí)掌握車輛情況，增強(qiáng)了交管和環(huán)保部門決策的科學(xué)性和一致性，具有很好的推廣前景。