物联网环境下基于射频识别的机动车门禁管理方法

摘要

物联网环境下基于射频识别的机动车门禁管理方法，该方法基于由有源RFID系统、无线传感器网络网关、移动终端设备、校园机动车信息数据库和终端软件五部分构成的系统。进出校园的车辆上均需要放置有源RFID标签，当车辆进入路闸放置的读写器范围内时，读写器将接收到标签传送过来的数据，经过终端计算机连接校园机动车信息数据库对比判断后，控制路闸是否打开。校内车辆申请标签为长期标签，有各部门为部门内车辆统一申请，实行严格审查制度，在车辆数据库存有详细的信息，此数据长期有效；临时车辆申请的标签为短期标签，由门卫当场审核并向车辆数据库内写入车辆的基本信息，此数据仅有一天有效期，此类标签在车辆驶出校园时回收。

权利要求

1.一种物联网环境下基于射频识别的机动车门禁管理方法，其特征在于该方法具体实现步骤如下：步骤1)设计物联网环境下基于RFID的车辆管理系统的体系架构，对于有源RFID来说，由于读写器和电子标签的通信距离较远，双方是通过无线射频信号传递信息的，同时，由于标签自身带有电池，不需要读写器发送信号来提供能量，而是不停地主动地向外发射自己所携带的数据和信息；当标签位于读写器的有效读写范围内，读写器就可以收到标签发送的信号，并识别标签所发送的数据进行相关操作；

步骤2)设计RFID标签，该标签存有序列号、其所对应的加密验证码、对应车辆的基本信息；电子标签的控制芯片采用16位RISC混合信号处理器，射频收发芯片工作在

2.4GHz～2.5GHz频段；

步骤3)设计RFID读写器，路闸处的读写器提供串口接口，与计算机相连，当贴有标签的车辆到达路闸处，读写器读取标签的序列号和验证码数据，并通过通信接口将数据发送到计算机，终端软件收到数据后，读取车辆数据库信息，将两者对比，确认为合法用户，则打开路闸，终端软件将此车辆的进入时间、地点信息记录入库，可移动的读写器采用无线传感器技术，通过无线传感器节点，将读写器获得的标签数据发送到网络接入模块处，通过局域网将数据送入控制计算机内；

步骤4)设计网络控制与接入模块，该模块的作用是将RFID读写器设备接入到外部基础设施网络，使得由RFID标签传输来的数据得以通过基础设施网络传送给终端设备，用DM9000AEP网络芯片接入以太网，用USB接口无线网卡接入无线局域网；

步骤5)设计路闸控制电路，路闸接收到计算机的打开指令后，自动打开，等待一段时间后，路闸自动关闭；

步骤6)RFID读写器控制软件的设计，通过RFID读写器控制软件读写标签，将标签验证数据和用户信息写入标签内；

步骤7)设计通信加密机制，解决RFID读写器本地安全问题、网络的传输与信息安全问题和相关业务的安全问题，完善整个车辆管理方案；

步骤8)设计校园机动车辆信息数据库；

步骤9)C/S模式下的终端软件设计，利用局域网间的Socket通信，获取读写器传输的实时车辆数据，通过软件可以实时统计车位的使用情况以及异常情况报警；该软件功能划分有实时监控、单位内部机动车管理、外来临时机管理、系统管理、查询统计部分组成；

步骤10)短信报警功能设计：当进入校园车辆发生情况，终端软件将调用串口短信猫通过移动网自动发送短信到管理者的手机上，实现报警功能。

2.根据权利要求1所述的物联网环境下基于射频识别的机动车门禁管理方法，其特征在于所述步骤8)中机动车辆信息数据库设计，数据字典如下：

1)校园机动车信息表：包括车辆编号、车主姓名、所属部门、车牌号、品牌、颜色、座位数、类型、登记日期、状态、有效日期；

2)校园车辆进出表：包括进出编号、车辆编号、进入时间、离开时间、所在车位编号；

3)用户信息表：包括编号、用户账号、用户密码、角色编号、姓名、性别、联系电话、终端类型；

4)权限信息表：包括角色编号、角色、权限；

5)校外临时机动车信息表：包括进出编号、临时卡号、车牌号、驾驶人员、进入时间、离开时间、有效时间、备注；

6)车位信息表：车位编号、车位所在位置、是否为固定车位。

说明书

物联网环境下基于射频识别的机动车门禁管理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及物联网环境下一种基于RFID的校园机动车管理方法，以及该系统的实现，两者有机结合构成物联网环境下的基于RFID的校园机动车管理系统，属于物联网、无线通信和计算机技术的交叉领域。

背景技术

[0002] 物联网概念起源于比尔盖茨1995年《未来之路》一书，在《未来之路》中，比尔盖茨已经提及物联网概念，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。随着技术不断进步，国际电信联盟于2005年正式提出物联网概念，而今年奥巴马就职演讲后对IBM提出的“智慧地球”积极响应后，物联网再次引起广泛关注。而我国官方近期对传感网(物联网的另一称谓)的多次提议表示我国物联网的发展也正式提上议事日程，同时也表明我国物联网的发展将加快。

[0003] 所谓“物联网”(Internet of Things)，指的是将各种信息传感设备，如传感器节点、射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。物联网框架应该由安全的API接口、骨干网络、可通过标准接口接入到骨干网络的设备网络构成。

[0004] RFID诞生于二战期间，是英文Radio Frequency Identification技术的缩写，指利用无线射频传输技术来存储数据和检索数据的过程，是非接触式自动识别技术的一种。在欧美、日本等发达国家和地区，RFID在访问控制、人的识别系统、货物完整性、防盗以及军事上用途广泛，很多大型零售企业更是对RFID表现出浓厚兴趣。国内RFID的发展也方兴未艾，不仅有相关的政府部门和科研院所积极推进RFID的标准化和研究工作，同时RFID的商用前景也吸引了国内通信、电子和自动化领域的众多厂商参与，商用化进程开始启动。

[0005] 随着我国经济的快速发展，汽车拥有量飞速增加。面对不断增长的汽车数量，车辆的管理也变得越发困难。如何让校园工作人员能够及时地了解每一辆车的情况，已经成为校园车辆管理急需解决的一个难题。车辆管理的关键在于车辆的识别，车辆识别技术的优劣直接影响着车辆管理水平的高低。通过肉眼识别和人工记录方式来对车辆进行识别的方式，由于效率低，错误率高，已经被淘汰。人们渐渐开始使用各种仪器来识别车辆，目前最为常见的方式是适用近距离非接触式IC卡。比起人工方式，近距离非接触式IC卡在效率和正确率上都有着明显的提高。然而由于非接触式IC的读写距离比较近，车辆在进出时必须停车刷卡。在车辆进出频繁的位置或时间，必然会造成车辆的堵塞。

[0006] 本发明中将机动车辆、RFID标签、RFID读写器、无线传感器节点、路闸、计算机、机动车位、便携手持设备等物理实体有机联合起来，能够在自动完成校园机动车辆的管理工作并详细记录体现了物联网“物物智能相连”的核心精神。

发明内容

[0007] 技术问题：本发明的目的是针对传统车辆设备功能单一，无法与网络互联，异常情况发生时不能实时提醒工作人员等缺点，提出一种物联网环境下基于射频识别的机动车门禁管理方法，该系统由有源RFID系统、无线传感器网络网关、移动终端设备、机动车信息数据库和终端软件五部分构成。五部分相互协作实现了从校园机动车管理一体式服务。最终目的是开发出安全稳定、快速识别、智能鉴别，极高集成度的物联网环境下的校园机动车管理系统。

[0008] 技术方案：本发明通过引入物联网的核心技术无线传感器和RFID，结合单位机动车信息数据库，其目的是为了解决单位机动车管理的智能化问题。

[0009] 该系统由有源RFID系统、无线传感器网络网关、移动终端设备、单位机动车信息数据库和终端软件五部分构成；进出单位的车辆上均需要放置有源RFID标签，当车辆进入路闸放置的读写器范围内时，读写器将接收到标签传送过来的数据，经过终端计算机连接校园机动车信息数据库对比判断后，控制路闸是否打开；单位内车辆申请标签为长期标签，有各部门为部门内车辆统一申请，实行严格审查制度，在车辆数据库存有详细的信息，此数据长期有效；临时车辆申请的标签为短期标签，由门卫当场审核并向车辆数据库内写入车辆的基本信息，此数据仅有一天有效期，此类标签在车辆驶出校园时回收；当贴有RFID标签的车辆进入单位后，终端软件将会将其的基本情况显示在界面上，管理人员的手持PDA终端上会显示出此时所有单位车辆的信息，可供管理人员巡逻单位时查询使用；单位内所有机动车的停车位上均设有RFID读写器，当车辆停放在某车位上时，该车位的读写器将读取此车辆的标签数据，并通过无线传感器节点和多功能网关设备将其上传至终端软件和机动车辆数据库，由此可将机动车和停车位对应，方便管理；校园机动车信息数据库详细记录有每辆进出过机动车的信息，每次在校园内的停留时间和停留的车位，这将极大方便单位机动车的数据统计和分析，为以后单位内车位的规划设计提供数据支持；将机动车辆、RFID标签、RFID读写器、无线传感器节点、路闸、计算机、机动车位、便携手持设备等物理实体有机联合起来，能够在自动完成校园机动车辆的管理工作并详细记录体现了物联网“物物智能相连”的核心精神。

[0010] 本发明的实现步骤如下：

[0011] 步骤1)设计物联网环境下基于RFID的车辆管理系统的体系架构。对于有源RFID来说，由于读写器和电子标签的通信距离较远，双方是通过无线射频信号传递信息的。同时，由于标签自身带有电池，不需要读写器发送信号来提供能量，而是不停地主动地向外发射自己所携带的数据和信息。当标签位于读写器的有效读写范围内，读写器就可以收到标签发送的信号，并识别标签所发送的数据进行相关操作。本系统的结构图如图1所示。

[0012] 步骤2)设计RFID标签，其结构框架如图2所示。该标签存有序列号、其所对应的加密验证码、对应车辆的基本信息等。电子标签的控制芯片采用16位RISC混合信号处理器，其功率极小。射频收发芯片工作在2.4GHz～2.5GHz频段。

[0013] 步骤3)设计RFID读写器。路闸处的读写器提供串口接口，可以计算机相连。当贴有标签的车辆到达路闸处，读写器读取标签的序列号和验证码等数据，并通过通信接口将数据发送的计算机，终端软件收到数据后，读取车辆数据库信息，将两者对比，确认为合法用户，则打开路闸。终端软件将此车辆的进入时间、地点等信息记录入库，可移动的读写器采用无线传感器技术，通过无线传感器节点，将读写器获得的标签数据发送到网络接入模块处，通过局域网将数据送入控制计算机内。

[0014] 步骤4)设计网络控制与接入模块。该模块的作用是将RFID读写器设备接入到外部基础设施网络，使得由RFID标签传输来的数据得以通过基础设施网络传送给终端设备，采用DM9000AEP网络芯片接入以太网，用USB接口无线网卡接入无线局域网。

[0015] 步骤5)设计路闸控制电路。路闸接收到计算机的打开指令后，可以自动打开。等待一段时间后，路闸自动关闭。

[0016] 步骤6)RFID读写器控制软件的设计。通过RFID读写器控制软件可以读写标签，将标签验证数据和用户信息写入标签内。

[0017] 步骤7)设计通信加密机制。解决RFID读写器本地安全问题、网络的传输与信息安全问题和相关业务的安全问题，完善整个车辆管理方案。

[0018] 步骤8)校园机动车辆信息数据库设计。数据字典如下：

[0019] (1)单位机动车信息表：包括车辆编号、车主姓名、所属部门、车牌号、品牌、颜色、座位数、类型、登记日期、状态、有效日期。

[0020] (2)单位车辆进出表：包括进出编号、车辆编号、进入时间、离开时间、所在车位编号。

[0021] (3)用户信息表：包括编号、用户账号、用户密码、角色编号、姓名、性别、联系电话、终端类型。

[0022] (4)权限信息表：包括角色编号、角色、权限。

[0023] (5)单位外临时机动车信息表：包括进出编号、临时卡号、车牌号、驾驶人员、进入时间、离开时间、有效时间、备注。

[0024] (6)车位信息表：车位编号、车位所在位置、是否为固定车位。

[0025] 步骤9)C/S模式下的终端软件设计。利用局域网间的Socket通信，获取读写器传输的实时车辆数据。通过软件可以实时统计车位的使用情况以及异常情况报警等。该软件功能划分如图2所示，有实时监控、单位内部机动车管理、外来临时机管理、系统管理、查询统计等部分组成。

[0026] 步骤10)短信报警功能设计：当进入单位车辆发生情况，终端软件将调用串口短信猫通过移动网自动发送短信到管理者的手机上，实现报警功能。

[0027] 有益效果：物联网环境下基于RFID技术的小区车辆管理系统处于市场前沿，技术含量高，通过对远距离快速移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对进出单位车辆的快速自动识别和自动管理，是传统管理方式的最佳升级选择。其主要优势在于：

[0028] (1)全新的单位管理形象。采用物联网技术的单位车辆管理系统，使用现代化的高科技产品，无论从产品的造型方面，还是自动管理所带来的先进性和科学性，都将单位管理树立起良好的形象。

[0029] (2)实现正常车辆不停车快速通过。运用RFID的远距离快速识别的技术优势的技术优势，通过车辆信息的自动识别、数据库信息对比、路闸动控制等步骤，实时控制车辆通行，实现车辆以20～30km/h的速度不停车进出。

[0030] (3)对外来车辆实施严格监管。对外来的车辆，必须由门卫发放临时卡，登记车辆基本信息后，才可以进入校园；当该车要离开小区时，闸门不会自动开启，必须归还临时卡，通过门卫操作，闸门才会对其进行放行。没有临时卡的外来车辆无法通过闸门。单位的特别区域，只有授权车辆才能进入。

[0031] (4)车位的方便管理。车位上设有可移动便捷的RFID读写器，能识别出车位上停放的车辆。此类车位可指定只允许特定的车辆停放，当非指定车辆停放时，系统可提示警报。如车位上都安装上RFID读写器，系统可实时显示校园内车位使用情况。当车辆通过路闸进入校园后，一定时间内尚未停靠车位时，系统也将提示管理人员。

[0032] (5)操作简单，耐用可靠。操作过程全自动化，既节约人力又节省时间。无需人为开启闸门，系统自动读卡、验卡，打开闸门、关闭闸门。用户界面直观，操作步骤简单明了，容易上手。

附图说明

[0033] 图1是单位车辆管理系统的体系结构图，显示了本发明的体系结构。

[0034] 图2是单位车辆管理系统的功能划分示意图，显示功能模块的构成。

具体实施方式

[0035] 该系统由有源RFID系统、无线传感器网络网关、移动终端设备、机动车信息数据库和终端软件五部分：

[0036] 1、本发明设计了符合系统架构要求的RFID系统，包含电子标签、读写器等。其中电子标签在2.4G频段下有源工作，主要有控制电路，射频电路以及天线和电池组成，RFID标签能自动或者是在收到读写器命令后主动将自己所存储的消息发送出去。该标签的内部序列号设计为只读，另有存储部分是可读可写，用来保存车辆的基本信息和验证码。RFID读写器是用来识别RFID标签，主要有由控制模块、射频模块、天线和电源组成，计算机借助与读写器和标签进行通信。该读写器能和标签、计算机分别通信，能同时识别多个标签，有校验功能。

[0037] 2、本发明提供的无线传感器网关设备的功能是将有源RFID读写器接收来自数据通过基础设施网络传输到各个接收终端。本发明的网关设备提供以太网、无线局域网等多种方式接入基础设施网络。

[0038] 3、移动终端设备包括手机、PDA、笔记本电脑等具有可移动性的终端设备，其结合终端软件，可实现实时现实机动车的所有信息、其所在停泊车位和异常情况报警等。

[0039] 4、本发明设计的机动车信息数据库将单位车辆和临时车辆区别对待。单位内车辆车辆信息较全面，可靠性较高。数据库内存储校内车辆的的车牌号、所属部门、驾驶人员、登记时间、有效时间、颜色等，临时车辆的车牌号、驾驶员、进出事由、登记时间、有效时间等。数据库内存储了固定车位和临时车位的信息，特定固定车位对应特定的单位内车辆，当有异常情况发生时，将触发报警事件。

[0040] 5、本发明的终端软件采用了C/S(客户端/服务器)模式。授权用户通过各类终端设备实时查看单位里车辆信息。另外，系统有异常情况发生时，软件将调用串口短信猫通过移动网络自动发送短信到单位相关管理者的手机上，实现实时异常上报功能，为紧急情况处理争取黄金时间。

[0041] 下面以学校为例，将结合附图对本发明作详细描述。应当明确，以下内容仅仅用来描述本发明而不作为对本发明的限制。

[0042] 步骤1)设计物联网环境下基于RFID的车辆管理系统的体系架构。对于有源RFID来说，由于读写器和电子标签的通信距离较远，双方是通过无线射频信号传递信息的。同时，由于标签自身带有电池，不需要读写器发送信号来提供能量，而是不停地主动地向外发射自己所携带的数据和信息。当标签位于读写器的有效读写范围内，读写器就可以收到标签发送的信号，并识别标签所发送的数据进行相关操作。本系统的结构图如图1所示；

[0043] 步骤2)设计RFID标签。该标签存有序列号、其所对应的加密验证码、对应车辆的基本信息等。电子标签的控制芯片采用16位RISC混合信号处理器，其功率极小。射频收发芯片工作在2.4GHz～2.5GHz频段。

[0044] 步骤3)设计RFID读写器。路闸处的读写器提供串口接口，可以计算机相连。

[0045] 当贴有标签的车辆到达路闸处，读写器读取标签的序列号和验证码等数据并通过通信接口将数据发送的计算机，终端软件收到数据后，读取车辆数据库信息，将两者对比，确认为合法用户，则打开路闸。终端软件将此车辆的进入时间、地点等信息记录入库。可移动的读写器采用无线传感器技术，通过无线传感器节点，将读写器获得的标签数据发送到网络接入模块处，通过局域网将数据送入控制计算机内。

[0046] 步骤4)设计网络控制与接入模块。该模块的作用是将RFID读写器设备接入到外部基础设施网络，使得由RFID标签传输来的数据得以通过基础设施网络传送给终端设备。本发明用DM9000AEP网络芯片接入以太网，用USB接口无线网卡接入无线局域网。

[0047] 步骤5)设计路闸控制电路。路闸接收到计算机的打开指令后，可以自动打开。等待一段时间后，路闸自动关闭。

[0048] 步骤6)RFID读写器控制软件的设计。通过RFID读写器控制软件可以读写标签，将标签验证数据和用户信息写入标签内。

[0049] 步骤7)设计通信加密机制。解决RFID读写器本地安全问题、网络的传输与信息安全问题和相关业务的安全问题，完善整个车辆管理方案。

[0050] 步骤8)校园机动车辆信息数据库设计。数据字典如下：

[0051] (1)校园机动车信息表：包括车辆编号、车主姓名、所属部门、车牌号、品牌、颜色、座位数、类型、登记日期、状态、有效日期。

[0052] (2)校园车辆进出表：包括进出编号、车辆编号、进入时间、离开时间、所在车位编号。

[0053] (3)用户信息表：包括编号、用户账号、用户密码、角色编号、姓名、性别、联系电话、终端类型。

[0054] (4)权限信息表：包括角色编号、角色、权限。

[0055] (5)校外临时机动车信息表：包括进出编号、临时卡号、车牌号、驾驶人员、进入时间、离开时间、有效时间、备注。

[0056] (6)车位信息表：车位编号、车位所在位置、是否为固定车位。

[0057] 步骤9)C/S模式下的终端软件设计。利用局域网间的Socket通信，获取读写器传输的实时车辆数据。通过软件可以实时统计车位的使用情况以及异常情况报警等。该软件功能划分如图2所示，有实时监控、校园内部机动车管理、外来临时机管理、系统管理、查询统计等部分组成。

[0058] 步骤10)短信报警功能设计：当进入校园车辆发生情况，终端软件将调用串口短信猫通过移动网自动发送短信到管理者的手机上，实现报警功能。