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RFID与ETC两种新兴技术在门禁系统中的应用介绍

2019年01月09日

  2009年,温家宝总理在《让科技引领中国可持续发展》的讲话中指出:要着力突破传感网、物联网的关键技术,及早部署后IP时代相干技术研发,使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机。2010年的上海世博会自开幕以来,累计接待游客已突破1200万人次,这意味着已经有1200多万张世博门票经过验票闸机,带领游客们睁开世界之旅。世博门票设计制造方上海华虹集团副总裁陈剑波说:“可以说,是‘世博芯’这一具有自立知识产权的核心技术,让世博门票通过了入园大考”。“世博芯”是首次对无线射频识别技术(RFID技术)进行大规模的综合应用,证实了我国的RFID技术已经相称成熟。

  1 相干技术

  1.1 无线射频识别

  RFID(Radio Frequency Identification,无线射频识别)是一种非接触式的主动识别技术,它通过射频旌旗灯号主动识别目标对象并获取相干数据,可快速进行物品追踪和数据交换,其识别工作无需人工干预。

  RFID作为一种新的技术,是无线电技术与雷达技术的结合。1948年,哈里·斯托克曼发表的“行使反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。奠定RFID基础的技术最先在第二次世界大战中得到发展。当时为了鉴别飞机,又称为“敌友”识别技术,该技术的后续版本至今仍在飞机识别中使用。

RFID与ETC两种新兴技术在门禁体系中的应用介绍

  一个典型的RFID体系包括电子标签、读写器(含天线)和应用体系三个重要组成部分。电子标签是射频识别体系的数据载体,它由标签天线和标签专用芯片组成,能接收读写器的电磁场调制旌旗灯号并返回相应旌旗灯号,实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。读写器用于接收主机端饬令,并将存储在感应器中的数据以有线或无线的体例传回主机,它内含控制器和天线,假如读取距离较长,则天线会单独存在。应用体系是指用户原有的MIS体系。与RFID体系交互的应用体系的终端计算机,传递着应用体系发出的工作指令,并通过中心件控制电子标签和读写器之间的和谐工作,处理RFID体系采集的所稀有据,并进行运算、存储及数据传输。

  RFID体系工作原理为:当带有电子标签的物品进入读写器天线辐射范围时,接收读写器发出的无线射频旌旗灯号。无源电子标签凭借感应电流所获得的能量发送出存储在标签芯片中的数据,有源电子标签则自动发送存储在标签芯片中的数据,读写器一样平常配备了肯定功能的中心件,可以读取数据、解码并直接进行简单的数据处理,然后送至应用体系。应用体系根据逻辑运算判断电子标签的正当性,并针对不同的设定进行响应的处理和控制,由此实现RFID体系的基本功能。

  1.2 射频标签

  射频标签即射频卡,又称非接触式IC卡。由IC芯片、感应天线组成,芯片和天线无外露,被封装在一个标准的PVC卡片内。射频卡的读写过程,通常由射频卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合在一路,结束了无源和免接触这两大技术难题,这是电子器件领域的一大突破。

  按照标签的供电体例,射频标签可以分为有源和无源两种情势。有源标签使用标签内电源提供的能量,识别距离较远(可以达到几十米甚至上百米),但寿命有限,成本较高。无源标签内不含电源,工作时从读写器的电磁场中获取能量,其重量轻、体积小,寿命很长,成本很低,但通讯距离受到限定。

  按照工作频率的不同,RFID体系可分为低频、中高频、超高频和微波体系。低频体系的工作频率一样平常在30KHz~300KHz,其典型工作频率有125KHz和133KHz。其基本特点是标签的成本较低,标签内保存的数据量较少,读写距离较短(10cm左右),标签形状多样,阅读天线方向性不强,重要应用于畜牧业和动物管理等。中高频体系的工作频率一样平常在3MHz~30MHz,其典型工作频率有13.56MHz。其基本特点是标签和读写器的成本较低,标签内保存的数据量较大,读写距离较远(可达到1m以上),适应性强,形状一样平常为卡状,读写器和标签天线均有肯定的方向性,重要应用于二代身份证体系和一卡通体系等。超高频和微波体系的工作频率一样平常在300MHz~3GHz或者大于3GHz。其典型工作频率有433MHz、915MHz、2.45GHz和5.8GHz。根据各频段电波特点可适用于不同场合。例如,433MHz有源标签常用于近距离通讯及工业控制领域。915MHz无源标签式物流领域的首选。2.45GHz除广泛应用于近距离通讯之外,还广泛应用于我国的铁路运输识别管理。5.8GHz的RFID体系更是作为我国ETC的工作频段,并率先制订了国家ETC标准。

  1.3 电子一直车收费体系

  ETC(Electronic Toll Collection,电子一直车收费体系)是目前世界各国均在大力推许的先辈的收费体例。车主只需在车窗上安装电子标签,车辆在经过收费站时,通过收费站点设置的读写器对经过车辆的电子标签进行读写识别,并主动从预先绑定的射频卡或银行帐户上扣除响应费用,无需车主停车和人工缴费即可快速通过收费站点,真正实现一起通顺。

  ETC体系重要由车辆主动识别体系、中间管理体系和其他辅助设施组成。其中,车辆主动识别体系由OBU(On board unit,车载单元)、RSU(Road side unit,路边单元)、环路感应器等组成。OBU(即电子标签)储存了车辆的相干信息,一样平常安装在车辆的前挡风玻璃上。RSU(即读写器)安装在收费站旁边。环路感应器安装在车道地面下。中间管理体系存储了大量已注册车辆和车主的信息。当车辆通过收费站口时,环路感应器感知车辆,RSU发出扣问旌旗灯号,OBU做出相应,并进行双向通讯和数据交换,中间管理体系获取车辆识别信息后进行比较判断,根据不怜悯况来控制管理体系产生不同的操作,从而实现对行驶车辆的主动管理。

  ETC体系以专用DSRC(专用短程通讯)体例通过远距离(10m~30m)、完美的加密通讯机制(支撑3DES、RSA算法)、非接触体例(工作频段支撑915MHz、2.45GHz和5.8GHz)来交换ETC信息,实现车辆在快速移动状况下的主动识别,从而实现对目标的主动化管理。

  与以往的人工收费体系相比较,现行的ETC体系具有以下好处:第一,交通更流畅。驾驶者可以不用停车并直接通过ETC体系进行主动缴费,有用地进步了收费站的车辆通畅能力,避免了收费站造成的交通堵塞,进步了公路行使率。第二,缴费方便透明。驾驶者通过ETC体系缴费意味着单位时间内通过的车辆数量会更多,从而加快了缴费速度,进步了缴费服从,也杜绝了缴费工作中贪污腐败举动的发生。第三,节能环保。ETC体系削减了车辆在收费站人工缴费的等待时间,降低了油耗,削减了汽车怠速时的尾气排放,从而达到了节约能源,珍爱环境的结果。

  ETC体系的成熟应用,为往后的智能交通打下了坚实的基础,最近这项技术也被应用于城市中间区域的岑岭期拥堵收费。

  2 应用案例

  现在,绝大多数的门禁体系(包括车库门禁和楼宇门禁)仍然在使用高频射频卡进行管理。目前车库门禁体系和楼宇门禁体系在使用过程中存在如下一些题目。

  高频射频卡理论识别距离范围仅为2.5cm~10cm(射频卡与读卡器之间距离)。受环境影响,现实识别距离比理论识别距离还要短。

  对于车库门禁体系来讲,停车道闸票箱设置的位置要求驾驶人员在驾驶车辆时,主驾驶室位置要与停车道闸票箱位置靠得相称近,以便刷卡,从而增长了驾驶人员的驾驶难度,分外是停车道闸票箱设置在一边是平地、一边有坡度的车库入口处。一些驾驶人员索性先刷卡,竖起停车闸杆,然后再到车库发动汽车,驶离车库。此外,停车道闸票箱一样平常设置在车库入口处,接近于露天环境,对雷雨气候的防水防潮性能较差,从而增长了票箱内电气原件的故障发生率,造成停车道闸不能正常起落。

  对于楼宇门禁体系来讲,射频卡与读卡器之间距离也要靠得相称近,才能使门禁打开,分外是人员从雷雨气候的室外进入楼宇内部时,延伸了人员等待通过楼宇门禁的时间。

  针对当前门禁体系存在的一些题目,我们借鉴基于RFID技术的高速公路电子一直车收费体系的成熟应用经验,将ETC技术应用到当前门禁体系中(行使ETC体系中一直车功能模块,取消ETC体系中收费功能模块),为进步门禁体系的智能化和高效化水平,提出以下解决方案。

  ⑴ 停用车库门禁体系中目前使用的高频射频卡(工作频段:13.56MHz,识别距离范围:2.5cm~10cm),启用微波射频卡(工作频段:5.8GHz,识别距离范围:10m~30m)。微波读写器的三组天线成“品”字形分别安装在车库出入口墙顶和墙两侧,以充分采集车辆的微波射频卡的相干信息。

  ⑵ 取消ETC体系中的收费功能模块,增长视频图像识别和语音报警模块。当车辆经过预先埋设的地感线圈时,ETC体系中的车辆主动识别(包括无线射频识别和车牌图像识别)体系对该车辆进行主动识别。假如该车辆被识别为本车库已登记车辆时,停车闸杆主动竖起并放行;假如该车辆被识别为本车库未登记车辆时,中间管理体系及时报警并记录日志,提示安保人员及时到场处理。

  ⑶ 停用楼宇门禁体系中使用的高频射频卡,启用ETC体系中的微波射频卡。微波读写器设置在楼宇门禁入口处,以采集微波射频卡的相干信息。行使红外感应触发替代ETC体系中的地感线圈触发。当有人员经过时,红外感应触发微波读写器,对携带微波射频卡人员进行主动识别。假如确认是本楼宇已登记人员信息,则楼宇门禁会提前主动开启。

  ⑷ 针对一时车辆和一时人员的进出,可以通过管理员发放一时微波射频卡的体例解决。

  3 结束语

  RFID技术作为一种新兴的主动识别技术。分外是微波射频技术,因其所具备无屏障读取和远距离穿透、快速扫描、高储存量、体积小、安全保密性好等上风而备受各界瞩目,从浩繁的主动识别技术中脱颖而出,在各领域应用特别很是广泛,在我国拥有伟大的发展潜力。借鉴高速公路电子一直车收费体系的成熟应用经验,用微波射频技术替换当前门禁体系中广泛使用的高频射频技术,同时将ETC技术应用到上述门禁体系中,以进步门禁体系的智能化和高效化水平。

  ETC技术在门禁体系中具有广阔的应用前景,比如在智能化停车场管理方面正渐渐得到推广应用。但是,对于楼宇内部距离特别很是接近的多个门禁,因为红外感应范围的重叠,会同时触发多个微波读写器,导致对这些门禁均有权限的工作人员可以同时打开多个门禁的题目,必要进一步研究并加以解决。

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