基于RFID的手持式交通違章處罰終端系統(tǒng)設計

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，躲避處罰;四是，無法對交警執(zhí)法的正確性進行考核;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對該車輛進行檢查，省去了交警手工開罰單的繁瑣過程，保證速度準確性和高效性，從而帶來了便利。

1 系統(tǒng)設計

在處理違章事故時，只需車輛上的電子標簽在射頻卡讀寫器的有效作用范圍內(nèi)，則司機的自然狀況及違章記錄等信息均輸入到終端機上，并可通過GPRS通信從監(jiān)控中心調(diào)出并查看其違章記錄。若交警判斷司機違章了，就在手持式終端機上選擇一下違章種類代碼，并通過GPRS通信將相關信息發(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其違章情況。交罰款時，司機到指定地點，工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)庫中記錄的信息對司機進行罰款。實現(xiàn)了交通違章處罰管理的科學化、公開化，更重要的是此系統(tǒng)通過在駕照上記錄司機的違章檔案，大大加強了對司機的監(jiān)督力度，可減少違章次數(shù)。

本設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)由服務器端和客戶端組成。服務器端即監(jiān)控中心，主要是通過GPRS與手持式終端進行數(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簽來搜集車輛信息，并進行相應的處理，之后通過GPRS將信息發(fā)送到服務器端，在服務器端對接收到的這些信息進行處理并存儲到數(shù)據(jù)庫，同時發(fā)短信通知司機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)、輸入輸出設備(LCD、觸摸屏TOUCH)和接口設備(RS 232、USB、網(wǎng)卡DM9000和JTAG)。ARM微控制器采用了ARM920T內(nèi)核，是由ARM公司設計的16/32ARM920T RISC處理器，它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設計特別適用于對成本和功耗敏感的應用。存儲器包括SRAM，F(xiàn)LASH和SDRAM可以支持Linux系統(tǒng)的運行，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)、電子標簽(Tag)、天線(Antenna)。讀寫器是讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式(本系統(tǒng)為手持式)。電子標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有惟一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。天線在標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，當電子標簽進入到讀寫器產(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，將信息傳至計算機系統(tǒng)進行相關處理，從而達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的超高頻標簽進行讀寫，符合EPC CLASS-1/Gen-2標準。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)的引導代碼Bootloader

BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行前執(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備，創(chuàng)建內(nèi)核需要的一些信息并將這些信息通過相關機制傳遞給內(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。這個階段的任務有：硬件設備初始化;為加載Bootloader的第二階段代碼準備RAM空間;復制Bootloader的第二階段代碼到RAM空間中;設置好棧;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。這個階段的任務有：初始化本階段要使用到的硬件設備;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：

其余的相關修改及添加可參考天嵌U-boot-1.1.6dm9000中的相關文件。

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)核應該支持SPI的操作。首先cd linux2.6.25 .8，進到該目錄下后，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)動的設置，SPI的驅(qū)動在drivers/spi/spi.c中：

其中，*代表直接編譯進內(nèi)核;M代表以模塊的方式編譯進內(nèi)核。

編譯內(nèi)核前先修改相應的Makefile及相關的文件，以適合對應的硬件平臺。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的相應位置即可。

3.3 應用程序

用戶應用程序是基于Qt的圖形界面，當交警確認要求對車輛進行檢查或者罰款時，系統(tǒng)中斷進入工作模式，通過防沖突算法獲得車輛的信息，并將信息顯示到LCD上，如果確認要對司機進行處罰，選擇好違章代碼后，將相應的信息通過GPRS發(fā)送到控制中心，否則進入到系統(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)的軟硬件設計及相應的關鍵技術(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、準確、實時地對標簽進行讀取和信息處理，為交通違規(guī)處罰帶來了很大的便利。