CN104573759A - 一种基于射频标签技术的职能车辆监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于射频标签技术的职能车辆监控方法，该方法将RFID技术、GPRS、GPS和传感技术相结合，检测作业车辆是否在规定的作业区域和作业时间内开启车载作业设备进行作业活动，并根据预先设定的判定策略语音提示车辆控制人员相关信息；本发明能够判定职能车辆是否在规定的区域和时间内实施作业，并能够及时语音提示车辆控制人员，提高管理人员的工作效率。采用多维化的定位方式，包括RFID和GPS模块，可以在复杂环境条件下实现对职能车辆的实时监控和精确定位。本发明***架构清晰、简单，易于实现。

Description

一种基于射频标签技术的职能车辆监控方法

技术领域

本专利涉及一种基于RFID技术的职能车辆监控***及方法，属于电子信息领域，特别是涉及电子监控领域。

背景技术

目前，在我国一些道路清扫车、洒水车等公共职能车辆的数目迅速增加，但是对于这些车辆使用情况的管理和监督较为混乱。现阶段，市场上的车辆定位装置以单一的GPS技术为主，该方式在定位精度和覆盖范围方面存在明显的不足，在桥梁、隧道以及高楼密集地区，GPS信号干扰较大，GPS定位精度不高，GPS定位常常会有高达几十米甚至上百米的定位漂移甚至完全没有GPS信号，无法实现车辆的在任何区域的精确定位。一旦管理人员在某一行车区间内无法定位到这些车辆的位置信息，将给车辆的管理带来不便。此外，管理部门需要了解车辆是否在规定的时间和对应的工作区域内作业以及车辆车载作业设备的工作状态等信息。例如，洒水车是否在规定的时间和区域内打开车载洒水装置进行洒水作业。但是依靠传统的GPS设备无法实现目标车辆在任何区域的精确定位，更无法检测到车载作业设备的工作状态，远不能满足一些高标准管理者的要求。

近年来随着RFID技术的发展，RFID技术已在许多领域得到广泛应用。射频识别RFID技术是一种自动识别技术，其采用无线射频方式通过非接触双向数据通信对目标进行唯一识别，无需近距离接触即可完成信息输入、读取等相关操作，其能够有效的识别目标身份等信息。目前，有源的RFID标签相比于无源RFID标签读写距离更远，且RFID读写器漏读标签的概率更小。另外，常见的RFID读写器一般是不可移动式的，常工作于固定的区域，需要依赖稳定的电源及通讯线路的支持。但是，目前RFID、GPS、GSM几大关键技术各自为营，各项技术的优点不能相互交融。因此，有必要设计一种能够有效提高车辆在任何区域内定位的精度和实时监测车辆关键部件运行状态监控的基于超高频RFID、GPS、GPRS和传感技术的职能车辆监控***，从而帮助管理人员实现对车辆的远程监控管理，可应用于重点车辆监控、城市职能监控***等。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种能够精确定位职能车辆当前作业位置，并能够监控车辆当前某些关键作业部件运行状态的一种基于射频标签RFID技术的职能车辆监控***及方法。

技术方案：本发明的基于射频标签技术的职能车辆监控***包括有源RFID标签、车载超高频RFID读写器、GPS模块、作业设备感测模块、GPRS模块、核心控制模块、语音提示模块和上位机。有源RFID标签与车载超高频RFID读写器通过电磁感应实现数据通信，车载超高频RFID读写器、GPS模块、作业设备感测模块、GPRS模块和语音提示模块分别通过串口连接至核心控制模块，上位机通过网络与前端GPRS模块实现通讯。

在基于射频标签技术的城市职能车辆监控***中，每一个有源RFID标签含有一串全球唯一的EPC编码，管理员在上位机数据库中根据不同的EPC编码预先为其分配对应的车辆作业位置信息；车载超高频RFID读写器实时检测周围环境中的有源RFID标签信息；GPS模块实时定位车辆当前的位置、车速和时间信息；作业设备感测模块实时检测车载作业设备的运行状态；语音提示模块用于提示车辆驾驶人员是否在规定的时间内和范围内实施作业；核心控制模块实现RFID标签数据校对、读写器协调、数据传送、数据存储和任务管理功能，主要用于控制车载超高频RFID读写器、GPS模块和作业设备感测模块同步进行数据采集；GPRS模块则将RFID超高频读写器、GPS模块和作业设备感测模块所采集到的信息通过网络发送至后台，同时也接收来自后台上位机所发送的信息。若车载超高频RFID读写器未检测到RFID标签信息，则GPRS模块每隔时间T将GPS模块和作业设备感测模块收集到的数据通过网络发送至后台。若车载超高频RFID读写器检测到RFID标签信息，则GPRS模块每隔时间T将RFID读写器、GPS模块和作业设备感测模块收集到的数据通过网络发送至后台。其中，时间间隔T可以由后台管理员按照规定格式编辑短信发送至GPRS模块内的指定号码进行修改。上位机主要通过软件实现城市职能车辆监控***的管理。

管理人员预先在职能车辆作业区域布设有源RFID标签，并在数据库中关联各RFID标签中EPC编码所对应的车辆位置信息。当车辆启动后，车载超高频RFID读写器、GPS模块、作业设备感测模块、GPRS模块、语音提示模块和核心控制模块上电运行。通过对车载超高频RFID读写器所获取到的EPC编码信息、作业设备感测模块采集到的车载作业设备运行状态以及GPS模块所收集的位置、车速和时间信息进行分析，上位机根据相关判定策略来区分车辆是否在指定的区域内和时间段内进行作业，并给予作业人员相关提示信息。具体的判定策略如下：

(1)当车载超高频RFID读写器检测到RFID标签信息时，上位机首先根据所采集到的EPC编码查询对应的车辆位置信息，然后将该位置信息与预先设定的车辆作业区域进行比对。当两者相匹配时，若在车辆作业时间段内且车载作业设备开启，上位机不发出指令；若在车辆作业时间段内且车载作业设备未开启，则上位机发出指令，通过网络传输至GPRS模块，由核心控制模块解析指令并控制语音提示模块发出提示音1，告知车辆驾驶人员目前已在指定的作业区域，及时开启车载作业设备进行工作。若在车辆非作业时间段内且车载作业设备开启，语音提示模块均发出提示音2，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业时间，及时关闭车载作业设备；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机均不发出指令。

当两者不相匹配时，若在车辆作业时间段内且车载作业设备开启，语音提示模块发出提示音3，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域，及时前往作业区域并及时关闭车载作业设备；若在车辆作业时间段内且车载作业设备未开启，则上位机均不发出指令。若在车辆非作业时间段内且车载作业设备开启，语音提示模块发出提示音3，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域，及时前往作业区域并及时关闭车载作业设备；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机均不发出指令；

(2)当车载超高频RFID读写器未检测到RFID标签信息时，上位机首先根据所采集到时间信息与在数据库中预先设定的车辆作业时间信息进行比对。若在车辆作业时间段内且车载作业设备开启，则上位机发出指令，通过网络传输至GPRS模块，由核心控制模块解析指令并控制语音提示模块均发出提示音3，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域，及时前往作业区域并及时关闭车载作业设备；若在车辆作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机不发出指令。若在车辆非作业时间段内且车载作业设备开启，语音提示模块均发出提示音4，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域和作业时间，及时关闭车载作业设备；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机不发出指令。

有益效果：

(1)本发明能够判定职能车辆是否在规定的区域和时间内实施作业，并能够及时语音提示车辆控制人员，提高管理人员的工作效率。

(2)本发明采用多维化的定位方式，包括RFID和GPS模块，可以在复杂环境条件下实现对职能车辆的实时监控和精确定位。

(3)本发明***架构清晰、简单，易于实现。

附图说明

图1为基于射频标签技术的职能车辆监控***的结构框图。图中包括：有源RFID标签1、车载超高频RFID读写器2、GPS模块3、作业设备感测模块4、GPRS模块5、核心控制模块6、语音提示模块7和上位机8。

图2为基于射频标签技术的职能车辆监控***的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的基于射频标签技术的职能车辆监控***包括有源RFID标签1、车载超高频RFID读写器2、GPS模块3、作业设备感测模块4、GPRS模块5、核心控制模块6、语音提示模块7和上位机8。

有源RFID标签1与车载超高频RFID读写器2通过电磁感应实现数据通信；车载超高频RFID读写器2、GPS模块3、作业设备感测模块4、GPRS模块5和语音提示模块7通过串口连接至核心控制模块6的I/O通用接口；上位机8通过网络与GPRS模块进行双向通信；上位机8中预先为不同的EPC编码分配对应的精确位置信息，并且根据预先设定的判定策略处理GPRS模块所发送至上位机中的数据。

所述有源RFID标签1采用UHF RFID标签，该标签中存储一个唯一EPC编码。标签上电后，按照预设的规则周期性的进行信号发射，当RFID标签进入读写器的作用区域，阅读器获取到标签发射出来的信息，即完成了对标签的识别过程。在城市中，有源RFID标签1由于需要外置电源为该RFID标签持续供电，因此可安装于道路两侧的路灯杆上。

所述车载超高频RFID读写器2包括RFID射频读写器和天线，工作频率为840～960MHz，用于读取RFID电子标签信息。RFID射频读写器以AS3992芯片为核心，AS3992UHF Gen2读卡器芯片是一个集成的模拟前端，具备符合ISO18000-6B/C900MHz RFID读卡器***的协议处理能力。该器件配置了多个内置编程选项，适用于各种UHF RFID应用。另外，模块中的天线为相控阵天线，有效距离为25米。相控阵天线对区域内的所有可能的标签实现扫描，依次读取标签，从硬件上完成标签防碰撞，能够有效避免在同时读取多个标签时有可能出现漏读、误读、重复度等误差。通过上述硬件设备，该模块所采集的信息为有源RFID电子标签号，即一串全球唯一的EPC编码，例如“E20090025911011822602C8B”。在数据库中，管理人员均事先定义每一串EPC编码所相应的位置信息，例如上述EPC编码对应的RFID标签位置是“南京市鼓楼区新模范马路南京邮电大学北门08号路灯”。

所述GPS模块3通过GPS全球定位***利用卫星信号进行定位，获取车辆的位置信息以及当前的时间、车辆移动速度等附加信息。所采集到的信息例如050901，3931.4449，N，11643.5123，E，70。其中，“050901”表示时间05时09分01秒，“3931.4449，N”表示北纬39度31.4449分,“11643.5123，E”表示东经116度43.5123分，“70”表示当前地面上的速度为70km/h。

所述作业设备感测模块4包括传感器和AD转换器，用于感测车载作业设备运行状态信息，AD转换器用于将状态模拟量转化成数字信号。例如环卫车洒水开关信息等，当洒水成正在洒水作业时，洒水开关打开，即该模块所感测到的开关量为“1”，当洒水开关关闭时，即该模块所感测到的开关量为“0”。

所述GPRS模块5采用SIM300模块，用于开机自动连接GPRS网络、掉线自动重连以及发送数据等，实现连接网络和发送***信息的功能。该联网模块首先获取读取RFID标签信息、车载关键设备运行状态信息、车辆当前的时间、经纬度和车速信息，所读取到的所有信息按照格式为“EPC编码，车载关键设备运行状态信息，车辆当前时间，车辆当前经纬度，车速”(例如E20090025911011822602C8B，1，050901，3931.4449，N，11643.5123，E，70)，通过GPRS无线网络发送至云端数据库。后台管理员按照规定格式编辑短信发送至GPRS模块，能够修改各模块的信息采集时间间隔T和GPRS模块数据发送的IP地址信息。通过修改该IP地址，可实现远程管理控制器的数据传输流向，满足多个用户使用需求。该联网模块具备自动重连功能，当设备因过隧道或服务器忙碌等特殊原因而与服务器失去连接导致信息发送失败时，将会自动重连网络。

所述核心控制模块6选用TI公司的Cortex-M3群星系列控制芯片为微控制器，该32位RISC指令***单片机具配置256KB单周期Flash***内存、4个通用定时器模块(GPTM)、2个用于控制各个模块可编程16C550-type UART接口、独立和差分输入配置ADC以及256KEEPROM等。同时该微控制器附带看门狗功能，具有非常稳定的自我保护措施。当车辆遇到剧烈颠簸、强电磁干扰、突然掉电等突发异常情况，将自动保存当前信息，关机保护，当正常启动后继续处理传输数据。该模块的存储元件用于存储启动装载器(BootLoader)、嵌入式操作***内核、设备驱动程序、防碰撞算法、多频模拟电路逻辑控制固件、自动联网程序、RFID获取程序、GPS定位程序、关机保护程序以及数据发送程序。

语音提示模块7用于语音提示车辆控制人员是否在规定的时间和作业区域内实时作业。

如图2所示，根据预先设定的判定策略，基于射频标签技术的职能车辆监控***的具体流程为：

(1)设备开机自检，当检测到有错误时，语音提示模块发出语音提示，告知车辆控制人员该监控设备出现故障；若无故障，则进行(2)；

(2)启动车载超高频RFID读写器2、GPS模块3、作业设备感测模块4、GPRS模块5；

(3)若车载超高频RFID读写器2检测到有源RFID标签1信息，则进行(4)；若车载超高频RFID读写器2未检测到有源RFID标签1时，，则进行(5)；

(4)车载超高频RFID读写器2读取安装路灯杆上有源RFID标签1信息，例如，读取到的EPC编码为“E20090025911011822602C8B”。GPS模块3采集车辆当前的GPS数据信息，包括经纬度、车速、时间等。作业设备感测模块4采集车辆车载作业设备当前的状态信息，若作业设备打开，则采集到的数字信号为“1”，若设备未打开，则采集到的数字信号为“0”。GPRS模块将所采集到的EPC编码、GPS信息和车载设备运行状态信息通过网络上传至上位机。上位机首先根据所采集到的EPC编码查询数据库中所对应的车辆作业位置和时间信息，然后将该位置和时间信息与在数据库中预先设定的车辆作业区域信息和作业时间信息进行比对。对比结果分为以下四种情况：

1)当两者对比结果完全相匹配，即EPC编码所对应的位置和时间信息均在预先设定的车辆作业区域和时间范围内，则判定车载作业设备当前的状态。若车载作业设备开启，上位机不发出指令；若车载作业设备未开启，则上位机发出指令，通过网络传输至GPRS模块，由核心控制模块解析指令并控制语音提示模块发出提示音1，告知车辆驾驶人员目前已在指定的作业区域，及时开启车载作业设备进行工作；

2)当两者对比结果为作业区域相匹配但作业时间信息不相匹配，即EPC编码所对应的位置在预先设定的车辆作业区域内但当前时间未在预先设定的作业时间范围内，则判定车载作业设备当前的状态。若车载作业设备开启，语音提示模块均发出提示音2，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业时间，及时关闭车载作业设备；若车载作业设备未开启，上位机均不发出指令。

3)当两者对比结果为作业时间相匹配但作业区域信息不相匹配，即EPC编码所对应的作业时间在预先设定的作业时间范围内但作业位置未在预先设定的车辆作业区域内，则判定车载作业设备当前的状态。若车载作业设备开启，语音提示模块均发出提示音3，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域，及时前往作业区域并及时关闭车载作业设备；若且车载作业设备未开启，上位机均不发出指令；

4)当两者对比结果完全不相匹配，即EPC编码所对应的位置和时间信息均不在预先设定的车辆作业区域和时间范围内，则判定车载作业设备当前的状态。若车载作业设备开启，语音提示模块均发出提示音4，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域和作业时间，及时关闭车载作业设备；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机均不发出指令；

(5)GPRS模块将所采集到的GPS信息和车载设备运行状态信息通过网络上传至上位机。上位机首先根据所采集到时间信息与在数据库中预先设定的车辆作业时间信息进行比对。对比结果分为以下两种情况：

1)当两者对比结果完全相匹配，即当前时间在数据库中预先设定的作业时间范围内，则判定车载作业设备当前的状态。若车载作业设备开启，则上位机发出指令，通过网络传输至GPRS模块，由核心控制模块解析指令并控制语音提示模块均发出提示音3，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域，及时前往作业区域并及时关闭车载作业设备；若在车辆作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机不发出指令。

2)当两者对比结果为作业时间信息不相匹配，即当前时间未在数据库中预先设定的作业时间范围内，则判定车载作业设备当前的状态。若车载作业设备开启，语音提示模块均发出提示音4，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域和作业时间，及时关闭车载作业设备；若车载作业设备未开启，上位机不发出指令。

Claims (5)

1.一种基于射频标签技术的职能车辆监控方法，其特征在于将RFID技术、GPRS、GPS和传感技术相结合，检测作业车辆是否在规定的作业区域和作业时间内开启车载作业设备进行作业活动，并根据预先设定的判定策略语音提示车辆控制人员相关信息；具体的判定策略如下：

1)当车载超高频RFID读写器检测到安装于道路两侧路灯杆内的有源RFID标签信息时，上位机首先根据所采集到的存储于RFID标签内的EPC编码查询对应的车辆位置信息，然后将该位置信息与预先设定的车辆作业区域进行比对；当两者相匹配时，若在车辆作业时间段内且车载作业设备开启，上位机不发出指令；若在车辆作业时间段内且车载作业设备未开启，则上位机发出指令，通过网络传输至GPRS模块，由核心控制模块解析指令并控制语音提示模块发出提示音1，告知车辆驾驶人员目前已在指定的作业区域，及时开启车载作业设备进行工作；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备开启，语音提示模块均发出提示音2，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业时间，及时关闭车载作业设备；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机均不发出指令；

当两者不相匹配时，若在车辆作业时间段内且车载作业设备开启，语音提示模块发出提示音3，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域，及时前往作业区域并及时关闭车载作业设备；若在车辆作业时间段内且车载作业设备未开启，则上位机均不发出指令；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备开启，语音提示模块发出提示音3，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域，及时前往作业区域并及时关闭车载作业设备；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机均不发出指令；

2)当车载超高频RFID读写器未检测到RFID标签信息时，上位机首先根据所采集到时间信息与在数据库中预先设定的车辆作业时间信息进行比对；若在车辆作业时间段内且车载作业设备开启，则上位机发出指令，通过网络传输至GPRS模块，由核心控制模块解析指令并控制语音提示模块均发出提示音3，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域，及时前往作业区域并及时关闭车载作业设备；若在车辆作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机不发出指令；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备开启，语音提示模块均发出提示音4，告知车辆驾驶人员目前未在指定的作业区域和作业时间，及时关闭车载作业设备；若在车辆非作业时间段内且车载作业设备未开启，上位机不发出指令。

2.根据权利要求1所述的基于射频标签技术的职能车辆监控方法，其特征在于所述RFID标签信息包括一串全球唯一的EPC编码；在后台数据库中，管理人员均预定义每一串EPC编码所相应的RFID标签当前所在的位置信息。

3.根据权利要求1所述的基于射频标签技术的职能车辆监控方法，其特征在于所述超高频RFID读写器、GPS模块、作业设备感测模块、GPRS模块、核心控制模块和语音提示模块均集成在基于射频标签技术的职能车辆监控装置内，该监控装置则安装于城市职能车辆上适当的位置。

4.根据权利要求3所述的基于射频标签技术的职能车辆监控方法，其特征在于所述车载超高频RFID读写器实时检测周围环境中的有源RFID标签信息；GPS模块实时定位车辆当前的位置、车速和时间信息；作业设备感测模块实时检测车载作业设备的运行状态；语音提示模块用于提示车辆驾驶人员是否在规定的时间内和范围内实施作业；核心控制模块实现RFID标签数据校对、读写器协调、数据传送、数据存储和任务管理功能，主要用于控制车载超高频RFID读写器、GPS模块和作业设备感测模块同步进行数据采集。

5.根据权利要求4所述的基于射频标签技术的职能车辆监控方法，其特征在于所述的GPRS模块则将RFID超高频读写器、GPS模块和作业设备感测模块所采集到的信息通过网络发送至后台，同时也接收来自后台上位机所发送的信息；若车载超高频RFID读写器未检测到RFID标签信息，则GPRS模块每隔时间T将GPS模块和作业设备感测模块收集到的数据通过网络发送至后台；若车载超高频RFID读写器检测到RFID标签信息，则GPRS模块每隔时间T将RFID读写器、GPS模块和作业设备感测模块收集到的数据通过网络发送至后台；其中，时间间隔T可以由后台管理员按照规定格式编辑短信发送至GPRS模块内的指定号码进行修改；上位机主要通过软件实现城市职能车辆监控***的管理。