Giải thích chi tiết về thiết kế hệ thống thiết bị đầu cuối xe IoT dựa trên công nghệ RFID

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của tin học hóa, việc ứng dụng thông tin số ngày càng hoàn thiện và nhiều ngành công nghiệp khác nhau sử dụng nó để tối ưu hóa cơ cấu công nghiệp và chiếm lĩnh thị trường. Hiện nay, hầu hết các Thiết bị đầu cuối gắn trên xe được sử dụng rộng rãi chỉ sử dụng chức năng ghi hình của camera và không thể truyền thông tin giám sát về trung tâm giám sát kịp thời. Chúng không phải là thiết bị đầu cuối giám sát từ xa theo thời gian thực thực sự và không thể đáp ứng nhu cầu vận hành tự động. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành logistics hiện nay, việc đưa công nghệ Internet of Things vào quản lý ngành logistics sẽ đóng vai trò cấp số nhân trong việc nâng cao hiệu quả của các công ty logistics. Hệ thống phương tiện Internet of Things dựa trên RFID được giới thiệu trong bài viết này là một hệ thống thông minh chạy trong nhà ga phương tiện. Nó được lắp đặt phía sau phương tiện vận chuyển. Thông qua công nghệ RFID và các công nghệ thu thập thông tin động khác, nó tự động liên lạc với trung tâm điều khiển mà không cần thao tác thủ công để thực hiện điều khiển phương tiện. Kiểm soát hoàn toàn quá trình.

1 Phân tích tổng thể hệ thống

Hệ thống phương tiện Internet of Things được phát triển trên nền tảng Linux sử dụng bộ xử lý nhúng ARM11 và sử dụng định vị GPS, công nghệ truyền thông GPRS, công nghệ tần số vô tuyến không dây RFID, v.v. Lớp dưới cùng của thiết bị đầu cuối gắn trên xe dựa trên nền tảng nhúng . Phần mềm nhúng được cấy vào thiết bị đầu cuối gắn trên xe hậu cần và việc điều khiển các mô-đun chức năng khác được hoàn thành thông qua chương trình điều khiển bằng văn bản để đạt được các chức năng sau:

1) Truyền tải thông tin hoàn chỉnh theo thời gian thực;

2) Một đầu đọc thẻ được gắn vào thiết bị đầu cuối từ xa để nhận dạng và ghi lại hàng hóa đã được nạp;

3) Đạt được vị trí chính xác trong toàn bộ quá trình;

4) Sử dụng thiết bị camera để thu được thông tin hình ảnh cần thiết;

5) Liên lạc với trung tâm điều khiển;

2. Thiết kế phần cứng hệ thống

Hệ thống thiết bị đầu cuối gắn trên xe hậu cần IoT chủ yếu bao gồm hệ thống lõi ARM11, mô-đun GPS, mô-đun GPRS, mô-đun nhận dạng RFID, mô-đun thu thập hình ảnh, v.v.

Hệ thống này yêu cầu truyền thời gian thực, vị trí GPS, thông tin nhận dạng RFID, v.v., theo dõi động theo thời gian thực của phương tiện và nhu cầu toàn diện từ mọi khía cạnh. CPU của hệ thống nhúng sử dụng bộ vi xử lý S3C 6410 của Samsung, tần số chính ổn định 667 MHz và tần số chính cao nhất. Tần số có thể đạt tới 800 MHz, tích hợp nhiều giao diện ngoại vi, có đặc tính hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp, không gian lưu trữ lớn và sức mạnh tính toán mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu của hệ thống này để xử lý và lưu trữ dữ liệu, đồng thời thực hiện các chức năng của phần khác nhau. .

Mô-đun định vị vệ tinh GS-91 GES được chọn cho mô-đun định vị GPS là bảng mạch thu vệ tinh GPS hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp. Nó là một máy thu định vị vệ tinh hoàn chỉnh với các chức năng toàn diện và độ chính xác định vị có thể đạt tới 10 m.

Mô-đun giao tiếp không dây sử dụng mô-đun SIM300 của Công ty SIMCOM. Đây là mô-đun GSM/GPRS ba băng tần có thể hoạt động ở 3 tần số: EGSM900 MHz, DCS 1 800 MHz và PCS 1 900 MHz trên toàn thế giới. Nó có thể cung cấp tới 10 loại đa kênh GPRS và hỗ trợ CS-1. CS-2, CS-3 và CS-4 4 sơ đồ mã hóa GPRS, được nhúng với giao thức TCP/IP, có thể truy cập Internet nhanh chóng thông qua các lệnh AT.

Nand flash là một thiết bị ngoại vi lưu trữ. Hệ thống này lưu trữ thông tin video trong nandflash. Đồng thời, Uboot, kernel, boot image và hệ thống file của LINUX cũng được lập trình thành nandflash.

Thiết bị đầu cuối từ xa sử dụng mô-đun máy ảnh để hoàn thành chức năng thu nhận hình ảnh. Mô-đun máy ảnh sử dụng máy ảnh USB Vimicro Z301P. Mô-đun được kết nối trực tiếp với nền tảng nhúng thông qua giao diện USB. Hệ thống nhúng lưu trữ hình ảnh, đảm bảo an toàn dữ liệu. Thông tin hình ảnh được thu thập sẽ được hệ thống nhúng tiếp tục nén và xử lý rồi gửi đến trung tâm điều khiển từ xa thông qua mô-đun giao tiếp không dây.

Mô-đun nhận dạng tần số vô tuyến sử dụng mô-đun tần số vô tuyến không dây nRF24L01. nRF24L01 là chip thu phát không dây đơn chip hoạt động ở dải tần ISM trên toàn thế giới từ 2,4 đến 2,5 GHz. Nó có mức tiêu thụ hiện tại cực kỳ thấp. Hệ thống đặt thẻ lên hàng hóa vận chuyển và sử dụng đầu đọc RFID trênthiết bị đầu cuối để xác định và quản lý hàng hóa đưa vào phương tiện vận tải.

3. Thiết kế phần mềm hệ thống

Hệ thống phần mềm của thiết bị đầu cuối gắn trên phương tiện hậu cần Internet of Things sử dụng hệ điều hành Linux nhúng làm nền tảng phát triển. Đầu tiên hãy xây dựng hệ điều hành Linux trên PC, sau đó thiết lập môi trường biên dịch chéo. Trong quá trình này, thông tin định vị GPS, truyền không dây GPRS, thu thập hình ảnh, thu thập thông tin nhận dạng RFID, v.v. đều được ghi trên PC bằng ngôn ngữ C, sau đó được biên dịch chéo để tạo các tệp thực thi và chạy trên S3C6410.

3.1 mô-đun GPS

Chương trình mô-đun GPS là chìa khóa và nền tảng của hệ thống này. Nó chủ yếu hoàn thành việc thu thập thông tin tự động như kinh độ và vĩ độ, tốc độ xe, gia tốc, độ cao và góc phương vị. Sau khi mở thiết bị, trước tiên bạn cần khởi tạo cổng nối tiếp, đặt tốc độ truyền, bit dữ liệu, bit dừng, bit kiểm tra và các thông số khác, sau đó mở cổng nối tiếp để đọc thông tin GPS gốc và cuối cùng gọi hàm gps_phame( char*line, GPS_INF0*GPS); Phân tích thông tin GPS.

3.2 mô-đun GPRS

Chương trình mô-đun GPRS là chìa khóa và nền tảng để hiện thực hóa mạng không dây từ xa và truyền dữ liệu thời gian thực. Nó chủ yếu hoàn thành các chức năng như giao tiếp dữ liệu tương tác, nhận và gửi SMS, cập nhật dữ liệu trực tuyến và điều khiển lệnh từ xa của trung tâm điều phối. Để tính đến cả chức năng giao tiếp dữ liệu và gửi và nhận SMS, mô-đun GPRS không sử dụng chế độ truyền trong suốt TCP/IP mà hoạt động ở chế độ lệnh AT. Truyền dữ liệu sử dụng giao thức TCP/IP. Định dạng truyền thông là chế độ mã hóa byte kép PDU tùy chỉnh. SMS sử dụng định dạng dữ liệu PDU tiêu chuẩn quốc tế.

3.3 Xem lại chuyến đi

Hệ thống này có thể định vị chiếc xe theo thời gian thực và lưu trữ lộ trình lái xe trong bộ nhớ flash nand. Thông tin video được thu thập tại nhà ga xe. Thông tin video cũng có thể được lưu trữ trong đèn flash nand và thông tin về lộ trình lái xe có thể được phát lại.

3.4 Mô-đun thu nhận hình ảnh

Hệ thống này sử dụng nhân Linux2.6.36, sử dụng khung trình điều khiển UVC v412 (viết tắt của video4linux2). v412 cung cấp một bộ thông số Kỹ thuật giao diện cho các chương trình thiết bị video Linux, bao gồm một bộ cấu trúc dữ liệu và giao diện trình điều khiển v412 cơ bản.

3.5 Thu thập thông tin nhận dạng

nRF24L01 giao tiếp với hệ thống Linux thông qua cổng nối tiếp UART. Nó có thể nhận dữ liệu từ 6 kênh khác nhau ở chế độ nhận. NRF24L01 được đặt ở chế độ thu có thể xác định được 6 máy phát này. NRF24L01 ghi lại địa chỉ sau khi xác nhận đã nhận được dữ liệu. Địa chỉ gửi tín hiệu phản hồi đến địa chỉ đích và kênh dữ liệu 0 ở đầu gửi được sử dụng để nhận tín hiệu phản hồi.

Phần khởi tạo nRF24L01 của mã như sau:

4 Kết quả và phân tích

Giao diện hoạt động giám sát và điều khiển máy tính phía trên của hệ thống này được phát triển bằng ngôn ngữ Java. Nền tảng quản lý kết hợp thông tin GIS để hiển thị vị trí địa lý của các phương tiện hiện được giám sát theo thời gian thực nhằm tạo điều kiện truy vấn thông tin liên quan và giám sát hiệu quả.

5. Kết luận

Bài viết này đề xuất hệ thống thiết bị đầu cuối phương tiện Internet of Things dựa trên công nghệ RFID, chọn hệ điều hành Linux nhúng và bộ xử lý S3C6410 làm nền tảng phần mềm và phần cứng và phát triển thành công nguyên mẫu. Thông qua việc giám sát từ xa phương tiện của các công ty hậu cần từ xa theo thời gian thực, hiệu quả hậu cần có thể được cải thiện và chi phí hậu cần có thể được tiết kiệm; thông qua định vị xe, giám sát thông tin tình trạng xe và các chức năng khác, toàn bộ quá trình lái xe của xe có thể được giám sát để cải thiện sự an toàn khi lái xe. Việc sử dụng thiết bị đầu cuối gắn trên xe hậu cần IoT dựa trên RFID đưa các khái niệm Quản lý hậu cần tiên tiến vào quy trình sản xuất và vận hành. Đồng thời, do hệ thống sử dụng mạng không dây nên có thể đạt được liên lạc thời gian thực với trung tâm điều khiển miễn là nó nằm trong vùng phủ sóng của mạng GPRS, điều này rất tốt. Việc thực hiện giám sát định vị chính xác theo thời gian thực có giá trị rất thiết thực.