基于RFID的手持式交通違章處罰終端系統(tǒng)設(shè)計

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GPRS技術(shù)與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，對違章司機(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)及其實現(xiàn)的過程和方法。實驗表明，設(shè)計的系統(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；射頻識別；ARM9；GPRS

0 引言
    以往，對交通違章者的處罰是通過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。這種方式有幾個缺點：一是，開罰單時要記錄違章者的駕照號、姓名、違章地點、類型、罰款金額等諸多內(nèi)容，需要花費大量的時間，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關(guān)，躲避處罰；四是，無法對交警執(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，用手勢動作讓車輛停下來，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)對該車輛進(jìn)行檢查，省去了交警手工開罰單的繁瑣過程，保證速度準(zhǔn)確性和高效性，從而帶來了便利。

1 系統(tǒng)設(shè)計
    在處理違章事故時，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，司機(jī)到指定地點，工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)庫中記錄的信息對司機(jī)進(jìn)行罰款。實現(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)通過在駕照上記錄司機(jī)的違章檔案，大大加強(qiáng)了對司機(jī)的監(jiān)督力度，可減少違章次數(shù)。
    本設(shè)計需要建立的是基于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讀寫器通過無線傳輸讀取安裝在車輛上的電子標(biāo)簽來搜集車輛信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，之后通過GPRS將信息發(fā)送到服務(wù)器端，在服務(wù)器端對接收到的這些信息進(jìn)行處理并存儲到數(shù)據(jù)庫，同時發(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
    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)計的16／32ARM920T RISC處理器，它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計特別適用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。存儲器包括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，具有一個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))，對內(nèi)部存儲器訪問支持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識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(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(有時還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式(本系統(tǒng)為手持式)。電子標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有惟一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。天線在標(biāo)簽和讀寫器間傳遞信號。
    讀寫器通過天線向外發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到讀寫器產(chǎn)生的磁場有效作用范圍內(nèi)時產(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，將信息傳至計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理，從而達(dá)到自動識別物體的目的。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的信號線SCLK(時鐘輸入)、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
    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啟動大多數(shù)分為2個階段。第一階段使用匯編來實現(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。第二階段通常使用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)更復(fù)雜的功能，而且代碼會有更好的可讀性和可移植性。這個階段的任務(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)置啟動參數(shù)；調(diào)用內(nèi)核。
    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等配置時可供選擇的配置項來自于各個子目錄的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，若無則 cp arch／arm／configs／s3c2410default_config．config，之后make menuconfigSPI驅(qū)動的設(shè)置，SPI的驅(qū)動在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，以適合對應(yīng)的硬件平臺。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)要求對車輛進(jìn)行檢查或者罰款時，系統(tǒng)中斷進(jìn)入工作模式，通過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
    本文簡要介紹了所設(shè)計的手持式交通違章處罰終端系統(tǒng)，重點介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計及相應(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，以交通違規(guī)管理為背景，結(jié)合GPRS技術(shù)可以實現(xiàn)手持式交通違章處罰終端系統(tǒng)。能快速、準(zhǔn)確、實時地對標(biāo)簽進(jìn)行讀取和信息處理，為交通違規(guī)處罰帶來了很大的便利。