基于RFID和QT/E车辆出入监控系统的设计

赵明波, 谢 楠, 王亚军, 陈伟标, 林 浩

(山东理工大学 计算机科学与技术学院，山东 淄博 255091)

0 引 言

随着经济的迅猛发展，汽车拥有量急剧增长，同时也为城市的车辆管理带来了新的问题。高效、安全、快捷的智能车辆管理系统已成为许多小区、公司迫切需求[1-2]。基于RFID和QT/E的车辆出入监控系统就是基于这方面的需求而提出的，实现单位或者小区车辆出入的自动化管理。

1 系统设计方案

本系统设计模拟环境如图1所示。系统利用注册的RFID识别卡，对出入车辆进行自动化管理。当有车辆进入或离开时，车辆进入RFID射频卡识别区，通过对RFID的识别，验证车辆是否合法，如合法，则进行抬杆放行；并记录车辆的入出时间、统计车流量。

图1 基于RFID技术的车辆出入监控系统模拟环境

1.1 设计目标

(1) 实现车辆的安全管理，采用一车一卡。对于车辆的出入时间进行记录。

(2) 车辆的出入自动管理，当有车出入时，需要识别车辆的身份(通过提前注册的frid卡)，当身份合法时，允许车辆出入。

(3) 对车辆出入实时记录，实现车辆出入记录查询和车流量统计。

(4) 实现对数据库的管理：车辆、人员信息的增加、修改、删除和查询，RFID卡的注册、挂失和解挂等。

1.2 设计方案

硬件平台：UP-CUP IOT-6410-Ⅱ型嵌入式物联网综合实验系统[3]，处理器是S3C6410。

软件设计方案：经过参考和比较[4]，本系统基于嵌入式linux操作系统，利用RFID实现车辆标识，采用QT/E界面开发语言和Sqlite数据库来实现本系统的设计。

(1) 利用RFID实现车辆信息的识别和读取。

(2) 利用Sqlite数据库作为底层数据的管理与维护，方便大量数据的管理，而且便于实现。

(3) 系统应用嵌入式linux操作系统实现对系统所有资源进行管理。

(4) QT/E作为本系统的人机界面开发语言。QT/E作为GUI开发语言，实现界面一次开发，多平台编译和使用[5]。在PC机上开发编写，交叉编译后移植到ARM平台，实现人性化图形化的友好人机界面。

2 系统设计关键技术

2.1 RFID技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便[6]。

RFID的基本组成部分为标签、阅读器和天线。标签(Tag)由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)在标签和读取器间传递射频信号[7]。

RFID技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理[8]。

2.2 TX125系列射频读卡模块

TX125系列非接触IC卡射频读卡模块采用125 KB射频基站。当有卡靠近模块时，模块会以韦根或UART方式输出ID卡卡号，用户仅需简单的读取即可，在串口方式下，可工作在主动与被动的模式。该读卡模块完全支持EM、TEMIC、TK及其兼容卡片的操作，非常适合于门禁、考勤等系统的应用[3～9]。

2.3 Sqlite数据库

SQLite，是一款轻型的数据库，是遵守ACID的关联式数据库管理系统，它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式产品中使用了它，它占用资源非常的低，在嵌入式设备中，可能只需要几百KB的内存就够了。它能够支持Windows/Linux/Unix等等主流的操作系统，同时能够跟很多程序语言相结合，比如 Tcl、C#、PHP、Java等，还有ODBC接口。与Mysql、PostgreSQL这两款开源世界著名的数据库管理系统相比，它的处理速度更快[10-11]。

2.4 Qt开发语言

Qt是一个1991年由奇趣科技开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程式，也可用于开发非GUI程式。Qt是面向对象语言，易于扩展，并且允许组件编程。Qt的跨平台特性，是选择Qt做嵌入式软件开发的一个非常重要的原因。Qt支持Microsoft Windows 95/98/NT，Linux，Solaris，SunOS，QNX 等操作系统。对于相同功能的软件，无须针对不同的操作系统编写不同程序，只需将相同的代码针对不同的环境重新编译即可[12]。

Qt/Embedded是Qt的嵌入式版本，它在原始Qt的基础上，做了许多出色的调整以适合嵌入式环境。同Qt/X11相比，Qt/Embedded很节省内存，因此它在嵌入式Linux系统上的应用非常广泛[13]。

2.5 嵌入式Linux操作系统

嵌入式 Linux是以Linux为基础的嵌入式操作系统，它被广泛应用在移动电话、个人数字助理(PDA)、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中。嵌入式Linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式Linux既继承了Internet上无限的开放源代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性。嵌入式Linux的特点是版权费免费，全世界的自由软件开发者提供支持，而且性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持；应用产品开发周期短，新产品上市迅速，因为有许多公开的代码可以参考和移植[14]。

3 系统设计实现

3.1 开发环境

硬件平台：UP-CUP IOT-6410-Ⅱ型嵌入式物联网综合实验系统，USB接口的鼠标和键盘，连在物联网平台用于测试。

PC机用于开发和调试，开发所需软件：虚拟机Vmware Workstation、Fedora Core 8、MiniCom/Xshell、ARM_LINUX交叉编译开发环境、QT/E。

3.2 系统组成原理框图

RFID模块通过串口向ARM处理器发送数据，主程序通过串口接收RFID信息，对数据库操作，在各窗口间传递数据，如图2所示。

3.3 车辆出入管理功能模块框图(见图3)

3.4 数据库设计

设计了两个表，两表之间通过卡号建立关联。

(1) 车辆基本信息表。用于记录车辆的基本信息，如表1所示。

表1 车辆基本信息表

(2) 车辆出入记录表。用于记录车辆出入信息，如表2所示。

表2 车辆出入记录表

3.5 Sqlite数据库操作实现

设计了4个基本类，利用SQLite C/C++接口函数[15]实现对数据库的操作，如图4所示。

4 系统功能测试

车辆出入监控系统基本功能包括：车辆信息采集，车辆信息删除、修改、查询，RFID卡挂失与解挂，车辆出入信息统计与显示，系统用户的增加、删除、修改，车辆出入记录查询。主要功能界面如下所示：

(1) 车辆出入信息统计与显示。当用户点击车流量统计时，显示车流量统计结果，如图6所示。其中RFID号是读卡器获得的射频卡号。

(2) 掛失。当要挂失RFID时，点击射频卡挂失按钮，弹出射频卡号输入框，输入射频卡号，点击OK按钮，挂失对应的射频卡号。

本系统能实现对车辆有效基本信息的采集和无效数据的屏蔽；完成了对出入车辆信息的有效验证、出入时间的准确记录，实现了车辆出入的自动化管理。

5 结 语

本系统综合RFID、Sqlite数据库、QT/E开发语言和嵌入式linux操作系统来实现。QT/E作为本系统的界面开发语言，在PC机上编写，交叉编译后移植到ARM平台，实现人性化图形化的人机界面。利用嵌入式数据库Sqlite来管理系统数据，使得ARM平台自身处理大量数据成为可能。RFID技术用于车辆标识，实现真正意义上的车辆自动化管理。在车辆出入口安装本系统，对车辆进行识别核对，合法车辆可以不停车快速通过，并同时记录车辆出入数据。测试表明该设计能够实现车辆出入的自动化管理，满足社会管理的现代化需求。相比较基于PC台式机的设计，基于ARM处理器的便携式设计在安装、应用等方面都更加方便。

图5 车辆出入信息查询结果图

图6 车辆基本信息采集界面图

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