基于RFID的小區非機動車防盜系統的設計與實現

　　摘要：自行車、電瓶車等非機動車的盜竊問題一直是一個困擾老百姓的難題，在目前信息技術應用日新月異的背景下，借助于目前比較成熟的RFID技術，通過在非機動車上內置RFID電子芯片，并在住宅小區的出入口增加RFID識別設備，通過電子鎖的方式對出入小區的車輛實施監控，車主可以通過正常渠道解鎖，而非正常的出入則會觸發報警，從而實現防盜功能。通過該技術的應用，在車主的物理鎖之外相當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，能實現出其不意的防盜效果，并通過實際應用證明該方案的有效性。

　　關鍵詞：RFID，電瓶車，自行車，防盜

　　《真空》雜志創刊于1964年，由沈陽真空技術研究所主管，沈陽真空雜志社編輯出版，國內外公開發行。國家級刊物，首批列入我國“中文核心期刊要目總覽”中工業技術類核心期刊，同時列為“中國科技論文統計與分析”首批統計刊源，首批入編“中國學術期刊光盤版”。

　　一.研究背景

　　隨著物聯網的不斷發展，智能化和信息化已經被廣泛應用到各個領域。目前的自動識別技術主要包括兩個種類：條碼技術和無線射頻(RFID)技術。隨著這兩種技術的不斷發展，自動識別技術已經在全世界具有了一定的發展規模。RFID(Radio Frequency Identification)技術作為構建“物聯網” 的關鍵技術近年來受到人們的關注。從概念上來講，RFID類似于條碼掃描，對于條碼技術而言，它是將已編碼的條形碼附著于目標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物的RFID標簽，利用頻率信號將信息由RFID標簽傳送至RFID讀寫器，目前為止，RFID技術已在生活的各種場景下廣泛應用。

　　縱觀各種居民小區，早期是自行車，目前是電瓶車，被盜的情況時有發生，雖然門口有保安，但有時候也是形同虛設，小區在物理結構上相對封閉，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，既然機動車可以通過車牌識別進出，那么非機動車同樣也可以使用類似的方式進行管理，但非機動車的車牌不規范，無法使用圖像識別，此時RFID無線射頻技術就非常適合該場合，形式多樣的非機動車都可以通過內置安裝RFID標簽的形式納入統一的識別管理，此時內置的RFID芯片就是這輛車的無形車牌，通過在小區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，從而觸發報警并在保安控制室顯示對應的電瓶車車牌號，可以幫助保安進行快速甄別和響應，從而實現防盜。

　　二.設計與實施方案

　　系統在設計和實現方式上要求小區的入口和出口分開設置，其中入口的系統部署結構如圖1所示，出口如圖2所示，目前大多數小區都是這樣的模式，電瓶車在進入小區的時候被RFID讀卡天線感應到并被記錄下來，系統此時對其實施電子“加鎖”操作，而當該電瓶車在出口經過的時候，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，如果是非解鎖狀態則認為此時該電瓶車有被盜嫌疑進而觸發報警裝置實施報警，對于有條件的小區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行進一步詢查。當然，報警也可能因為車主忘記解鎖導致，此時車主可以通過微信進入解鎖程序解鎖自己的車輛從而消除報警，而如果是真的盜竊由于無法解鎖而很容易被識別。

　　在一些常規的RFID應用中，RFID電子標簽通常都綁定在一些靜止的物體上，比如固定資產，在這種場景下，系統對RFID的識別速度沒有太苛刻的要求，畢竟對象靜止不動，識別上多花點時間總歸能識別到，而在本系統場景下則提出了不同的要求，非機動車特別是電瓶車是處于高速運動中的，要能在極短時間內感知到標簽并從云服務器查詢是系統要解決的關鍵問題，識別并進行決策的時效性直接牽涉到防盜報警的及時性，同時RFID讀卡器對電子標簽的掃描頻度和算法的處理也是影響系統表現的重要性能指標，要保證多車輛同時經過感應區域的時候要做到沒有漏網之魚，都要能夠被系統檢測到，這決定系統的正確性。

　　首先，RFID識別器硬件性能的提升不是本系統研究的內容，本系統是在現有RFID識別器的基礎上進行應用的研究，要保證要電子標簽數據的時時無遺漏采集，取決于RFID天線部署的高密度、感應的最高強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網絡將數據傳輸至主控單元，主控單元接收485串口數據并對數據通過調用網絡接口進行上傳至WEB服務器，通過該步驟完成車輛的電子加鎖，出口的主控單元則以系統能承受的最大頻率從服務器不間斷地循環下載最新的加鎖數據并用于和感應到的出口數據進行比對，如果出口感應到未解鎖的標簽，則認定為該標簽所對應的車輛是“被盜”狀態，此時主控單元啟動聲光報警器并將“涉事”車輛信息推送到保安室大屏顯示，提醒保安進行下一步處理。在具體應用過程中，存在很多因為忘記自解鎖而報警的情況，此時車主進行自解鎖即可，解鎖方式可在微信小程序中完成，車主通過在登記時注冊的賬號可以對自己的車輛進行加鎖、解鎖以及車輛信息維護的操作，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，該車輛在經過入口感應區時沒能夠被設備識別到或者由于一些客觀因素如停電、維修等，此時車主便可使用這一功能進行自行加鎖。

　　為了達到入口加鎖和出口預警的精確效果，系統在算法設計上均采用了多線程并發處理，首先是入口的多線程，UHF超高頻讀寫器對電子標簽的感應和已經感應到標簽的上傳兩個線程的并發，UHF超高頻讀寫器往往會以很高的頻率對電子標簽進行感應，比如以1ms的頻率感應電子標簽，感應到電子標簽后先進行緩存處理，此時上傳標簽的線程也在同步工作，但上傳線程達不到毫秒級的標準，畢竟網絡請求需要耗費較多時間，比如1s上傳1次感應到的標簽信息，這兩者的并行處理雖然看似一個快一個慢，首先這是和兩者各自的性能特點密切關聯的，畢竟RFID讀卡和網絡請求不是一個快慢級別，其次基于實際的應用場景，車輛在進入小區后不可能1秒鐘就被盜竊了，所以在實際的效果驗證中，這兩種速度設定是比較理想的設定，在需求和效能之間取得了很好的平衡，同樣，在出口的軟件設計邏輯中，同樣存在下載已加鎖電子標簽數據和識別電子標簽的線程并發，采用和入口相同的時間級別同樣可以很好地滿足應用。系統的支撐運行還包括其他一些外圍功能的輔助，包括電子標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，以不同的角色進行軟件功能設定和開發即可。

　　三.實施效果及意義

　　按照上述方案進行系統設計及實現后，首先以我們校園的電瓶車作為應用對象，通過給每個電瓶車粘貼RFID電子標簽并在兩個校門口進行出入口分流式架設物理的超高頻RFID讀寫器進行7*24小時的時時監控掃描可以做到對電瓶車的進入加鎖，出門感應并進行“被盜”預警的目標，鑒于RFID信號掃描的特點，漏掃偶爾會有發生，但通過手動的加解鎖操作亦可進行萬一情況下的補充操作，同時防盜的目標可以進行任意擴展，學生可以將任何意向納入防盜系統監控的對象通過申領并粘貼RFID標簽的形式即可實現，比如比較貴重的筆記本或者其他財務，系統上線運行半年時間內，發現并成功阻止類似的盜竊案例數十起，對于高科技起到了應有的作用。

　　本文研究結論的現實意義在于，使用電子的防盜方式可以做到7*24小時的不間斷監控，且一次投入后續除了標簽的損耗外基本無其他開銷，使用成本極低，改變了傳統保安靠人為防范效率較低、效果欠佳且開銷較大的弊端，增強了防盜效果，切實給非機動車的安全加上了一層無形的保護鎖。同時對于防盜對象也可以進行無限擴展，對于不了解該特點的盜竊者來說其根本不知道這種防盜標簽的存在，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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