基于RFID的小区非机动车防盗系统的设计与实现
摘要：自行车、电瓶车等非机动车的盗窃问题一直是一个困扰老百姓的难题，在目前信息技术应用日新月异的背景下，借助于目前比较成熟的RFID技术，通过在非机动车上内置RFID电子芯片，并在住宅小区的出入口增加RFID识别设备，通过电子锁的方式对出入小区的车辆实施监控，车主可以通过正常渠道解锁，而非正常的出入则会触发报警，从而实现防盗功能。通过该技术的应用，在车主的物理锁之外相当于又加装了一把无形的锁，且这把锁及其隐蔽，不易被盗窃分子察觉，能实现出其不意的防盗效果，并通过实际应用证明该方案的有效性。
关键词：RFID，电瓶车，自行车，防盗
《真空》杂志创刊于1964年，由沈阳真空技术研究所主管，沈阳真空杂志社编辑出版，国内外公开发行。国家级刊物，首批列入我国“中文核心期刊要目总览”中工业技术类核心期刊，同时列为“中国科技论文统计与分析”首批统计刊源，首批入编“中国学术期刊光盘版”。
一.研究背景
随着物联网的不断发展，智能化和信息化已经被广泛应用到各个领域。目前的自动识别技术主要包括两个种类：条码技术和无线射频(RFID)技术。随着这两种技术的不断发展，自动识别技术已经在全世界具有了一定的发展规模。RFID(Radio Frequency Identification)技术作为构建“物联网” 的关键技术近年来受到人们的关注。从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器;而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器，目前为止，RFID技术已在生活的各种场景下广泛应用。
纵观各种居民小区，早期是自行车，目前是电瓶车，被盗的情况时有发生，虽然门口有保安，但有时候也是形同虚设，小区在物理结构上相对封闭，不像外面的大街和广场上，这就给集中管控提供了便利条件，既然机动车可以通过车牌识别进出，那么非机动车同样也可以使用类似的方式进行管理，但非机动车的车牌不规范，无法使用图像识别，此时RFID无线射频技术就非常适合该场合，形式多样的非机动车都可以通过内置安装RFID标签的形式纳入统一的识别管理，此时内置的RFID芯片就是这辆车的无形车牌，通过在小区出入口的识别起到管控的作用，如果是未解锁就出去的情况被视为非正常情况，从而触发报警并在保安控制室显示对应的电瓶车车牌号，可以帮助保安进行快速甄别和响应，从而实现防盗。
二.设计与实施方案
系统在设计和实现方式上要求小区的入口和出口分开设置，其中入口的系统部署结构如图1所示，出口如图2所示，目前大多数小区都是这样的模式，电瓶车在进入小区的时候被RFID读卡天线感应到并被记录下来，系统此时对其实施电子“加锁”操作，而当该电瓶车在出口经过的时候，出口的RFID读卡天线则会在识别到之后并迅速判断其是否是解锁状态，如果是非解锁状态则认为此时该电瓶车有被盗嫌疑进而触发报警装置实施报警，对于有条件的小区还可以辅助显示大屏提示出嫌疑的车辆牌号和该车登记的图片，迅速帮助保安锁定该车辆以进行进一步询查。当然，报警也可能因为车主忘记解锁导致，此时车主可以通过微信进入解锁程序解锁自己的车辆从而消除报警，而如果是真的盗窃由于无法解锁而很容易被识别。
在一些常规的RFID应用中，RFID电子标签通常都绑定在一些静止的物体上，比如固定资产，在这种场景下，系统对RFID的识别速度没有太苛刻的要求，毕竟对象静止不动，识别上多花点时间总归能识别到，而在本系统场景下则提出了不同的要求，非机动车特别是电瓶车是处于高速运动中的，要能在极短时间内感知到标签并从云服务器查询是系统要解决的关键问题，识别并进行决策的时效性直接牵涉到防盗报警的及时性，同时RFID读卡器对电子标签的扫描频度和算法的处理也是影响系统表现的重要性能指标，要保证多车辆同时经过感应区域的时候要做到没有漏网之鱼，都要能够被系统检测到，这决定系统的正确性。
首先，RFID识别器硬件性能的提升不是本系统研究的内容，本系统是在现有RFID识别器的基础上进行应用的研究，要保证要电子标签数据的时时无遗漏采集，取决于RFID天线部署的高密度、感应的最高强度以及一定长度的通道部署，不管是对于入库还是出口皆如此，在本方案中， 入口UHF天线通过底层的485网络将数据传输至主控单元，主控单元接收485串口数据并对数据通过调用网络接口进行上传至WEB服务器，通过该步骤完成车辆的电子加锁，出口的主控单元则以系统能承受的最大频率从服务器不间断地循环下载最新的加锁数据并用于和感应到的出口数据进行比对，如果出口感应到未解锁的标签，则认定为该标签所对应的车辆是“被盗”状态，此时主控单元启动声光报警器并将“涉事”车辆信息推送到保安室大屏显示，提醒保安进行下一步处理。在具体应用过程中，存在很多因为忘记自解锁而报警的情况，此时车主进行自解锁即可，解锁方式可在微信小程序中完成，车主通过在登记时注册的账号可以对自己的车辆进行加锁、解锁以及车辆信息维护的操作，其中的加锁主要用于防止入口自动加锁的失效，比如在极端状况下，该车辆在经过入口感应区时没能够被设备识别到或者由于一些客观因素如停电、维修等，此时车主便可使用这一功能进行自行加锁。
为了达到入口加锁和出口预警的精确效果，系统在算法设计上均采用了多线程并发处理，首先是入口的多线程，UHF超高频读写器对电子标签的感应和已经感应到标签的上传两个线程的并发，UHF超高频读写器往往会以很高的频率对电子标签进行感应，比如以1ms的频率感应电子标签，感应到电子标签后先进行缓存处理，此时上传标签的线程也在同步工作，但上传线程达不到毫秒级的标准，毕竟网络请求需要耗费较多时间，比如1s上传1次感应到的标签信息，这两者的并行处理虽然看似一个快一个慢，首先这是和两者各自的性能特点密切关联的，毕竟RFID读卡和网络请求不是一个快慢级别，其次基于实际的应用场景，车辆在进入小区后不可能1秒钟就被盗窃了，所以在实际的效果验证中，这两种速度设定是比较理想的设定，在需求和效能之间取得了很好的平衡，同样，在出口的软件设计逻辑中，同样存在下载已加锁电子标签数据和识别电子标签的线程并发，采用和入口相同的时间级别同样可以很好地满足应用。系统的支撑运行还包括其他一些外围功能的辅助，包括电子标签以及车辆信息的初始化入库，车主的微信小程序操作入口端以及保安控制室的大屏显示等，以不同的角色进行软件功能设定和开发即可。
三.实施效果及意义
按照上述方案进行系统设计及实现后，首先以我们校园的电瓶车作为应用对象，通过给每个电瓶车粘贴RFID电子标签并在两个校门口进行出入口分流式架设物理的超高频RFID读写器进行7*24小时的时时监控扫描可以做到对电瓶车的进入加锁，出门感应并进行“被盗”预警的目标，鉴于RFID信号扫描的特点，漏扫偶尔会有发生，但通过手动的加解锁操作亦可进行万一情况下的补充操作，同时防盗的目标可以进行任意扩展，学生可以将任何意向纳入防盗系统监控的对象通过申领并粘贴RFID标签的形式即可实现，比如比较贵重的笔记本或者其他财务，系统上线运行半年时间内，发现并成功阻止类似的盗窃案例数十起，对于高科技起到了应有的作用。
本文研究结论的现实意义在于，使用电子的防盗方式可以做到7*24小时的不间断监控，且一次投入后续除了标签的损耗外基本无其他开销，使用成本极低，改变了传统保安靠人为防范效率较低、效果欠佳且开销较大的弊端，增强了防盗效果，切实给非机动车的安全加上了一层无形的保护锁。同时对于防盗对象也可以进行无限扩展，对于不了解该特点的盗窃者来说其根本不知道这种防盗标签的存在，物理的锁很容易破坏，但这种电子锁可以能起到出其不意的效果，能带给盗窃者意想不到的“惊喜”。
参考文献
[1]基于RFID物联网技术的智能物流系统设计[J]. 李家华. 中国市场. 2017(15).
[2]UHF RFID在图书馆中应用的功能分析與拓展[J]. 刘绍荣. 图书馆学研究. 2012(03).
[3]Christian Nagel. C#高级编程[M]. 清华大学出版社，2017.
[4]虚拟校园卡在高校中的应用探索[J]. 邱凯. 计算机产品与流通. 2018(04).
[5]兰布里奇 . 嵌入式ARM开发实战[M]. 北京，清华大学出版社，2015.