利用RFID技术对广电窨井盖监控及拓展应用
来源:用户上传
作者:
摘 要：利用窨井盖底部的无源RFID射频识别卡，通过安装在道路电杆或立箱的读卡器，按无线现有GPS及移动通信技术，结合广播电视网络智能家居业务系统通过M2M（Machine to Machine,机器对机器）系统平台，已经有现成的解决方案，即在所有窨井盖上嵌入封装或加装无源RFID射频识别、读卡器、GPS定位及GPRS通信设备，实时将位置信息通过移动网络回传服务器M2M平台，发现位置变动及时发出报警信息，即时现场处置，对广电窨井盖实施有效监控，防止偷窃及由此产生的伤人、伤车安全事故。
关键词：RFID无源识别；广播频率；读卡器；GPS定位；无线传输；M2M系统平台管理。
中图分类号：TN711 文献标识码：A
一、利用RFID技术对广电窨井盖进行监控
无源射频识别
射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术（以下通称RFID技术）。射频卡实现了免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，无需可见光源，穿透性好，抗污染能力和耐久性强，而且可在恶劣环境下工作，对环境要求低，读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据，支持写入数据，无需重新制作新的标签，可以重复使用，并且使用了防冲撞技术，能够识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别的距离可达几十厘米至几米，且根据读写的方式，可以输入数千字节的信息，同时，还具有极高的保密性，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
随着信息化技术的不断发展和应用项目，要求对一定城市区域的所有广电窨井盖进行监控，防止偷窃及由此产生的安全事故。目前利用现有GPS及移动通信技术，已经有现成的解决方案，即在所有窨井盖上加装GPS定位及GPRS通信设备，实时将位置信息通过移动网络回传服务器，发现位置变动及时发出报警信息。RFID技术与互联网、现代通信等技术相结合，可实现较大范围内达到物品跟踪与信息共享。
但困扰着此方案链路上的取电问题有相当难度，GPS和通信模块都需要取用电源，安装在广电窨井盖上如何解决呢，如使用电池，由于体积大，挂在窨井盖下不现实，而且一般UPS使用时间不长，经常大面积更换又难；拉线接通电源，每个窨井盖拖着电源线插插座也不现实。
RFID系统的组成及其工作原理
RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和数据交换与管理系统（Processor）三大部分组成。电子标签（或称射频卡、应答器等），由耦合元件及芯片组成，其中饱含带加密逻辑、串行EEPROM（电可擦除及可编程式只读存储器）、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。
RFID卡与读写器实现数据通信过程中起关键的作用是天线。一方面,无源的RFID卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面,天线决定了RFID卡与读写器之间的通信信道及方式。一般是15米以内，GPS定位输出为每秒1次，经过CPU处理，向中心传输，一般30秒一个点，传输时间很短，就是GPRS上网时间。上网方式通常是HTTP或TCP，当然还有几种，如客户端方式等。
采用星形网络拓扑结构
以监控室为中心，通过无线公网与广电井盖报警器和巡检人员携带的定位器进行相关安防信息的互连通信。
监控中心通过广电人井报警监控管理软件、巡检跟踪定位管理软件实现接收现场井盖报警设备和巡检跟踪定位器发来的各类信息和向现场设备发送指令。同时结合人井资源管理系统软件(即电子地图地理信息系统资源管理软件)对上述各类信息和任务指令进行存储、显示和综合分析处理，实现现代化管线信息管理功能。
二、微功率（短距离）无线电设备的技术要求:F类设备
本类设备是指工作于2400-2483.5MHz频段，除数字无绳电话、蓝牙设备和无线局域网设备以外的其它短距离无线电设备。
1.使用频率：2400-2483.50MHz
2.发射功率限值：10mW（e.i.r.p）
3.频率容限：75kHz
低功耗网络
ZigBee是IEEE802.15.4协议的代名词，是一种短距离、低功耗的无线电通信技术。其最大特点是可自组网，特别是通过带有路由功能的节点，可以实现覆盖面积无限扩展。自动组网的一个典型应用是安防传感和危险物报警，多路由使网络的可用性大大提高。入侵者如果事先切断了家庭网关工作所依赖的电源，在瓦斯发生泄漏的情况下，煤气传感器会自动找到邻居的接入点，完成组网、上传报警的功能。与蓝牙技术相比，ZigBee技术可靠性更高，更能抵抗工业现场的各种电磁干扰。
三、随着应用范围的扩展，运营商的利益有足够的前景
为了将RFID技术在广电窨井盖监控的应用做到最大化，可以充分考虑：1、市政管理方面，尤其是各类窨井“吃人”事件在各大城市的频频发生，对市政给排水、共同管道的监管及其必要；2、交通车辆对公共自行车、公交车自动报站、闯红灯等车辆违章，读RF卡可比拍照准确快捷得多；3、社区新型管理，如老年人、小孩以及宠物的定位管理，当然可以经读卡器来读出监护人、主人信息，老人健康信息、宠物疫苗接种等数据，而这些都只需要社区人员拿一台移动式读卡器即可；4、其他如物流、安全监控等传统物联网领域尽可借助RF网络，更可以与手机支付等其他移动应用相结合。
一张普通RF芯片并不占用手机网络，卡的成本现在也相当低，那么假设运营商将读卡器布满一定城市区域后，发展到多业务的应用，如通信、电力、煤气、水务等相同或相关行业窨井盖的监控，同时实现下边际成本几乎为零，也无需要再添置昂贵的数据通信的终端设备，降低了网络结构的建设成本，发展RFID技术的拓展有更广的空间前景。
四、广播电视网络智能家居业务系统
广播电视网络智能家居业务系统通过M2M（Machine to Machine,机器对机器）系统平台，实现多种终端的接入管理、应用的接入管理，并实现终端监测控制、行业应用数据路由功能，为用户提供家居安防业务，烟感、门/窗磁、煤气、红外线传感、报警器相关业务。
广播电视网络智能家居业务系统包括图象语音系统、智能医疗系统、智能管理系统、物联监控系统等模块，能够完备、便携地实现对家庭的智能管理。其中，家庭网关是以上4个系统的数据处理中心和网络通信中扭。
主要特性如下：
支持USP2.0接口；
支持Ethemet接口，可以连接以太网；
支持串行接口；
视频通信最大时延200ms;
音频通信最大时延200ms;
集成无线通信模块；
作为智能医疗系统的数据上传网关；可实现烟感器件的数据读取，可实现感应数据向服务器端的发送；可作为视频监控的摄像头接入点；可以廉价有线数字电视机顶盒。
智能家庭系统可采用无线通信技术家庭内的各种智能终端的比较。
三部分的通信方式
1、远程管理与监测中心的终端计算机及家庭内部单元的嵌入式网关，通过基于TCP/IP协议的以太网通信；2、家庭内部数据采集子节点与主节点间无线通信，组成无线传感器网络；3、数据采集单元、嵌入式网关与无线模块之间的串口通信。
数据采集传感网络的特点
1、采集设备种类和数量多，低成本具有优势大；2、采集设备需要长时间不间断地运行，低功耗需求迫切；3、采集设备需要相对准确和稳定地采集数据，安全可靠性能较突出。
社区定位功能（适合小区窨井盖被撬动离开一定距离的情况）
在社区范围内多点部署标签阅读器，通过远距离自动阅读携带身份认证功能的“一卡通”，可以实现社区居民或保安的定时定位。在必要的情况下，系统可以自动向是社区管理人发送提示信息。
五、结束语
本文仅代表个人观点，其原创性及文中表达的意见、判断、数据、观点和陈述文字等内容与中国移动研究院无关。移动Labs博客致力于为ICT领域的研究者及从业者提供技术和业务交流的网络平台，对本文中全部或部分内容的真实性、完整性不作任何保证或者承诺，仅供读者参考交流。
参考文献：
[1]黄智伟.射频电路设计.电子工业出版社,2006年.
[2]（美）RonPrice著、冉晓雯、王彬、王锋 译.无线网络原理与应用.清华大学出版社，2008年.
[3]（美）Fette Aiello Chandra Dobkin Bensky Miron Lide Dowla Olexa著、李根强、匡泓、文志成译.射频和无线技术.电子工业出版社,2009年.
[3]谢锦辉、秦䶮龙、姚琼.物联网与广播电视.电子工业出版社, 2012年.
[4]希玉九.电子标签(RFID)技术及其使用的频率.中国无线电,2004年第12期.
[5]孔俊.利用RFID技术提升物联网的规模效应.移动Labs网站,2010、03.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-4817889.htm
