基于RFID的小區(qū)非機(jī)動車防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　摘要：自行車、電瓶車等非機(jī)動車的盜竊問題一直是一個(gè)困擾老百姓的難題，在目前信息技術(shù)應(yīng)用日新月異的背景下，借助于目前比較成熟的RFID技術(shù)，通過在非機(jī)動車上內(nèi)置RFID電子芯片，并在住宅小區(qū)的出入口增加RFID識別設(shè)備，通過電子鎖的方式對出入小區(qū)的車輛實(shí)施監(jiān)控，車主可以通過正常渠道解鎖，而非正常的出入則會觸發(fā)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)防盜功能。通過該技術(shù)的應(yīng)用，在車主的物理鎖之外相當(dāng)于又加裝了一把無形的鎖，且這把鎖及其隱蔽，不易被盜竊分子察覺，能實(shí)現(xiàn)出其不意的防盜效果，并通過實(shí)際應(yīng)用證明該方案的有效性。

　　關(guān)鍵詞：RFID，電瓶車，自行車，防盜

　　《真空》雜志創(chuàng)刊于1964年，由沈陽真空技術(shù)研究所主管，沈陽真空雜志社編輯出版，國內(nèi)外公開發(fā)行。國家級刊物，首批列入我國“中文核心期刊要目總覽”中工業(yè)技術(shù)類核心期刊，同時(shí)列為“中國科技論文統(tǒng)計(jì)與分析”首批統(tǒng)計(jì)刊源，首批入編“中國學(xué)術(shù)期刊光盤版”。

　　一.研究背景

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，智能化和信息化已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。目前的自動識別技術(shù)主要包括兩個(gè)種類：條碼技術(shù)和無線射頻(RFID)技術(shù)。隨著這兩種技術(shù)的不斷發(fā)展，自動識別技術(shù)已經(jīng)在全世界具有了一定的發(fā)展規(guī)模。RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)作為構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)” 的關(guān)鍵技術(shù)近年來受到人們的關(guān)注。從概念上來講，RFID類似于條碼掃描，對于條碼技術(shù)而言，它是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物并使用專用的掃描讀寫器利用光信號將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器;而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)物的RFID標(biāo)簽，利用頻率信號將信息由RFID標(biāo)簽傳送至RFID讀寫器，目前為止，RFID技術(shù)已在生活的各種場景下廣泛應(yīng)用。

　　縱觀各種居民小區(qū)，早期是自行車，目前是電瓶車，被盜的情況時(shí)有發(fā)生，雖然門口有保安，但有時(shí)候也是形同虛設(shè)，小區(qū)在物理結(jié)構(gòu)上相對封閉，不像外面的大街和廣場上，這就給集中管控提供了便利條件，既然機(jī)動車可以通過車牌識別進(jìn)出，那么非機(jī)動車同樣也可以使用類似的方式進(jìn)行管理，但非機(jī)動車的車牌不規(guī)范，無法使用圖像識別，此時(shí)RFID無線射頻技術(shù)就非常適合該場合，形式多樣的非機(jī)動車都可以通過內(nèi)置安裝RFID標(biāo)簽的形式納入統(tǒng)一的識別管理，此時(shí)內(nèi)置的RFID芯片就是這輛車的無形車牌，通過在小區(qū)出入口的識別起到管控的作用，如果是未解鎖就出去的情況被視為非正常情況，從而觸發(fā)報(bào)警并在保安控制室顯示對應(yīng)的電瓶車車牌號，可以幫助保安進(jìn)行快速甄別和響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)防盜。

　　二.設(shè)計(jì)與實(shí)施方案

　　系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式上要求小區(qū)的入口和出口分開設(shè)置，其中入口的系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)如圖1所示，出口如圖2所示，目前大多數(shù)小區(qū)都是這樣的模式，電瓶車在進(jìn)入小區(qū)的時(shí)候被RFID讀卡天線感應(yīng)到并被記錄下來，系統(tǒng)此時(shí)對其實(shí)施電子“加鎖”操作，而當(dāng)該電瓶車在出口經(jīng)過的時(shí)候，出口的RFID讀卡天線則會在識別到之后并迅速判斷其是否是解鎖狀態(tài)，如果是非解鎖狀態(tài)則認(rèn)為此時(shí)該電瓶車有被盜嫌疑進(jìn)而觸發(fā)報(bào)警裝置實(shí)施報(bào)警，對于有條件的小區(qū)還可以輔助顯示大屏提示出嫌疑的車輛牌號和該車登記的圖片，迅速幫助保安鎖定該車輛以進(jìn)行進(jìn)一步詢查。當(dāng)然，報(bào)警也可能因?yàn)檐囍魍浗怄i導(dǎo)致，此時(shí)車主可以通過微信進(jìn)入解鎖程序解鎖自己的車輛從而消除報(bào)警，而如果是真的盜竊由于無法解鎖而很容易被識別。

　　在一些常規(guī)的RFID應(yīng)用中，RFID電子標(biāo)簽通常都綁定在一些靜止的物體上，比如固定資產(chǎn)，在這種場景下，系統(tǒng)對RFID的識別速度沒有太苛刻的要求，畢竟對象靜止不動，識別上多花點(diǎn)時(shí)間總歸能識別到，而在本系統(tǒng)場景下則提出了不同的要求，非機(jī)動車特別是電瓶車是處于高速運(yùn)動中的，要能在極短時(shí)間內(nèi)感知到標(biāo)簽并從云服務(wù)器查詢是系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問題，識別并進(jìn)行決策的時(shí)效性直接牽涉到防盜報(bào)警的及時(shí)性，同時(shí)RFID讀卡器對電子標(biāo)簽的掃描頻度和算法的處理也是影響系統(tǒng)表現(xiàn)的重要性能指標(biāo)，要保證多車輛同時(shí)經(jīng)過感應(yīng)區(qū)域的時(shí)候要做到?jīng)]有漏網(wǎng)之魚，都要能夠被系統(tǒng)檢測到，這決定系統(tǒng)的正確性。

　　首先，RFID識別器硬件性能的提升不是本系統(tǒng)研究的內(nèi)容，本系統(tǒng)是在現(xiàn)有RFID識別器的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用的研究，要保證要電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的時(shí)時(shí)無遺漏采集，取決于RFID天線部署的高密度、感應(yīng)的最高強(qiáng)度以及一定長度的通道部署，不管是對于入庫還是出口皆如此，在本方案中， 入口UHF天線通過底層的485網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至主控單元，主控單元接收485串口數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行上傳至WEB服務(wù)器，通過該步驟完成車輛的電子加鎖，出口的主控單元?jiǎng)t以系統(tǒng)能承受的最大頻率從服務(wù)器不間斷地循環(huán)下載最新的加鎖數(shù)據(jù)并用于和感應(yīng)到的出口數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，如果出口感應(yīng)到未解鎖的標(biāo)簽，則認(rèn)定為該標(biāo)簽所對應(yīng)的車輛是“被盜”狀態(tài)，此時(shí)主控單元啟動聲光報(bào)警器并將“涉事”車輛信息推送到保安室大屏顯示，提醒保安進(jìn)行下一步處理。在具體應(yīng)用過程中，存在很多因?yàn)橥涀越怄i而報(bào)警的情況，此時(shí)車主進(jìn)行自解鎖即可，解鎖方式可在微信小程序中完成，車主通過在登記時(shí)注冊的賬號可以對自己的車輛進(jìn)行加鎖、解鎖以及車輛信息維護(hù)的操作，其中的加鎖主要用于防止入口自動加鎖的失效，比如在極端狀況下，該車輛在經(jīng)過入口感應(yīng)區(qū)時(shí)沒能夠被設(shè)備識別到或者由于一些客觀因素如停電、維修等，此時(shí)車主便可使用這一功能進(jìn)行自行加鎖。

　　為了達(dá)到入口加鎖和出口預(yù)警的精確效果，系統(tǒng)在算法設(shè)計(jì)上均采用了多線程并發(fā)處理，首先是入口的多線程，UHF超高頻讀寫器對電子標(biāo)簽的感應(yīng)和已經(jīng)感應(yīng)到標(biāo)簽的上傳兩個(gè)線程的并發(fā)，UHF超高頻讀寫器往往會以很高的頻率對電子標(biāo)簽進(jìn)行感應(yīng)，比如以1ms的頻率感應(yīng)電子標(biāo)簽，感應(yīng)到電子標(biāo)簽后先進(jìn)行緩存處理，此時(shí)上傳標(biāo)簽的線程也在同步工作，但上傳線程達(dá)不到毫秒級的標(biāo)準(zhǔn)，畢竟網(wǎng)絡(luò)請求需要耗費(fèi)較多時(shí)間，比如1s上傳1次感應(yīng)到的標(biāo)簽信息，這兩者的并行處理雖然看似一個(gè)快一個(gè)慢，首先這是和兩者各自的性能特點(diǎn)密切關(guān)聯(lián)的，畢竟RFID讀卡和網(wǎng)絡(luò)請求不是一個(gè)快慢級別，其次基于實(shí)際的應(yīng)用場景，車輛在進(jìn)入小區(qū)后不可能1秒鐘就被盜竊了，所以在實(shí)際的效果驗(yàn)證中，這兩種速度設(shè)定是比較理想的設(shè)定，在需求和效能之間取得了很好的平衡，同樣，在出口的軟件設(shè)計(jì)邏輯中，同樣存在下載已加鎖電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)和識別電子標(biāo)簽的線程并發(fā)，采用和入口相同的時(shí)間級別同樣可以很好地滿足應(yīng)用。系統(tǒng)的支撐運(yùn)行還包括其他一些外圍功能的輔助，包括電子標(biāo)簽以及車輛信息的初始化入庫，車主的微信小程序操作入口端以及保安控制室的大屏顯示等，以不同的角色進(jìn)行軟件功能設(shè)定和開發(fā)即可。

　　三.實(shí)施效果及意義

　　按照上述方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)后，首先以我們校園的電瓶車作為應(yīng)用對象，通過給每個(gè)電瓶車粘貼RFID電子標(biāo)簽并在兩個(gè)校門口進(jìn)行出入口分流式架設(shè)物理的超高頻RFID讀寫器進(jìn)行7*24小時(shí)的時(shí)時(shí)監(jiān)控掃描可以做到對電瓶車的進(jìn)入加鎖，出門感應(yīng)并進(jìn)行“被盜”預(yù)警的目標(biāo)，鑒于RFID信號掃描的特點(diǎn)，漏掃偶爾會有發(fā)生，但通過手動的加解鎖操作亦可進(jìn)行萬一情況下的補(bǔ)充操作，同時(shí)防盜的目標(biāo)可以進(jìn)行任意擴(kuò)展，學(xué)生可以將任何意向納入防盜系統(tǒng)監(jiān)控的對象通過申領(lǐng)并粘貼RFID標(biāo)簽的形式即可實(shí)現(xiàn)，比如比較貴重的筆記本或者其他財(cái)務(wù)，系統(tǒng)上線運(yùn)行半年時(shí)間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)并成功阻止類似的盜竊案例數(shù)十起，對于高科技起到了應(yīng)有的作用。

　　本文研究結(jié)論的現(xiàn)實(shí)意義在于，使用電子的防盜方式可以做到7*24小時(shí)的不間斷監(jiān)控，且一次投入后續(xù)除了標(biāo)簽的損耗外基本無其他開銷，使用成本極低，改變了傳統(tǒng)保安靠人為防范效率較低、效果欠佳且開銷較大的弊端，增強(qiáng)了防盜效果，切實(shí)給非機(jī)動車的安全加上了一層無形的保護(hù)鎖。同時(shí)對于防盜對象也可以進(jìn)行無限擴(kuò)展，對于不了解該特點(diǎn)的盜竊者來說其根本不知道這種防盜標(biāo)簽的存在，物理的鎖很容易破壞，但這種電子鎖可以能起到出其不意的效果，能帶給盜竊者意想不到的“驚喜”。

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