基于智能移动终端的RFID自动导览系统研究

2022-09-11

本系统利用嵌入式与RFID技术结合, 开发出一个自动导览系统。该系统在服务器端建立相关导览场景的文字、图片、语音以及视频介绍的数据库, 提供专门面向移动设备的访问服务。智能移动设备终端通过其附带的RFID读写器, 得到相关展品的EPC编码后, 可以根据用户需要, 访问数据库并得到该展品的文字、图片语音或者视频介绍等相关数据。

1 系统硬件平台要求

作为导览用的硬件平台要使用可移动的智能终端设备, 如PDA或智能手机。且该终端要内置RFID读写模块, 才可以识别展品或景点的信息。为了开发导览应用程序, 硬件平台要运行嵌入式操作系统。一般的移动终端多数运行Windows CE或Windows Mobile, 这给我们开发应用程序带来了很大的方便, 我们可以在P C机上利用V S.NET 2005工具来开发导览应用程序。此外, 智能终端设备为了能通过网络来与数据库连接, 随时更新数据, 需要其具有无线网络的连接功能。WiFi作为一个宽带无线通信技术, 具有速度快、可靠性高、传输距离远等特点, 配合无线接入点AP (Access Point) 来使用, 可以在景区内供多台移动终端来使用。

本系统采用国内傅立叶电子的PDACS110作为硬件终端平台, CPU采用S3C2410ARM9芯片, 内有64MB SDRAM和64MB Nandflash, 运行Windows Mobile操作系统。其内置RFID读写模块及无线网卡, 可以进行RFID标签的读写, 同时具有上网连接数据库的功能, 性价比高, 很适合作为导览系统的开发。

2 RFID数据读取

PDA内置的RFID读写模块采用串口来与PDA进行通信, 可以读取13.56MHz的标签。数据通讯协议采用半双工串口协议, 串口读写一帧的数据格式为:1个起始位, 8位数据位, 1个地址/数据标志位, 1个停止位, 波特率为38400, 使用串口4来读写。使用时首先要根据使用要求设置串口参数, 设定好之后即可打开串口, 然后可根据需求发送命令进行读写。读写后的具体的操作如图1所示。

2.1 读取命令

RFID标签数据读写按照一定的格式来进行, 具体数据帧内容如下。

模块地址{2Byte}+长度字 (1Byte) +命令字 (1 B y t e) +数据域 (n B y t e) +校验字 (1Byte) 。

在本导览系统中, 只用到了数据的读取命令, 因此只对该命令的介绍如表1所示。

在VS.NET 2005开发平台上, 利用VB语言编写发送读取标签程序, 串口的读写采用SerialPort元件来进行, 发送一条命令前, 首先修改串口检验位为MARKPARITY, 发送两个字节的地址:0x00, 0x00;然后修改串口检验位为SPACEPARITY, 发送命令数据包。

2.2 返回数据解析

由串口发出的读取指令传送到RFID读取模块后, 模块将向外发送射频信号, 寻找附近区域的标签, 如果有符合本系统规定协议的标签存在, 将返回一帧数据, 数据帧格式如下。

命令头 (2 Byte) +长度字 (1 Byte) +命令字 (1 Byte) +数据域 (n Byte) +校验位 (1Byte) 。

返回的数据校验通过后, 说明标签读取成功, 需要对数据进行解析, 即去掉命令字、长度字和校验字, 取出数据域中的4字节的数据, 即为标签的序列号码。

利用该号码来作为景点或展品的识别码, 将其与解说的影音资料形成一一对应关系。对应关系设定好之后, 导览时打开读取模块, 用读取到的标签号码作为影音资料的索引, 播放相对应的影音资料, 从而实现自动导览功能。

3 数据库的访问

因为需要下载导览用的影音资料到PDA上, 并在PDA上临时保存影音资料, 所以在PDA上需要有一个数据库系统。由于PDA资源有限, 不可能像PC机那样安装一个大型数据库, 需要选取一个精简的嵌入式数据库系统。对于运行的Windoww CE操作系统的PDA来说, 可用的数据库有Pocket ACESS与SQL Server CE。前者不支持PDA自动上、下传功能, 后者通过配合S Q L Server 2000或2005, 即可透过IIS Server完成数据的自动下载与上传操作。本系统选用的嵌入式数据库为SQL Server CE 2.0。在进行数据传输时, 需要考虑手持PDA上SQL Server CE2.0与数据中心SQL Server2000进行双向的数据同步问题。

3.1 Visual Studio.NET下开发SQL Server CE的方法

在基于Windows CE的嵌入式移动设备上开发SQL Server CE数据库应用可以使用的工具有EVB, EVC和Visual Studio.NET (Visual Studio.NET 2005或Visual Studio.NET 2008) (简称VS.NET) 。使用EVB或EVC时, 通过ADOCE或OLE DB for SQL Server CE访问SQL Server CE数据库, 编程比较繁琐。本文采用Visual Studio.NET来开发, 通过ADO.NET技术访问操作SQL Server CE数据库。使用Visual Basic.NET语言为嵌入式设备开发应用程序, 在.NET Compact Framework下通过ADO.NET可方便快捷的访问SQL Server CE数据库。VS.NET 2005中为了节省数据处理时间与数据库系统的负担, 设计了两种连线方式, 分别为即时连线 (On Line) 和离线存取两种。不同的连线方式所走的路经不一样, 但都必须要有SqlCeConnection和SqlCeCommand两个组件。离线操作要将数据更新会数据库中, 因此需由SqlCeCommandBuider来负责。

应用开发中, 根据不同的需求, 从System.Data.SqlServerCe命名空间中选择相应的类进行操作。例如:SqlCeEngine类包含了SQL Server CE引擎的属性、方法及其他对象, 可用来创建一个新的SQL Server CE数据库。

3.2 SQL Server CE与SQL Server 2000数据同步设计

SQL Server CE2.0与SQL Server之间可以通过RDA (Remote Data Access远程数据访问) 和Replication (合并复制) 两种方式进行数据同步。合并复制提供了内置和自定义的冲突解决功能, 通过复制可以同时对多个表中的数据进行同步等。但合并复制需要在服务器上进行繁琐的配置, 如要经过建立快照文件夹、发布数据库、权限设定、订阅数据等一系列过程, 不仅繁琐而且容易出错, 导致连接失败。对于数据流量不是很大的数据访问, 无需数据考虑冲突问题的尽可不必采用该机制进行数据同步。

远程数据访问RDA使移动应用程序能够访问远程SQL Server 2000数据库表中的数据, 并将这些数据存储在本地SQL Server CE 2.0数据库表中, 应用程序及可读取和更新本地数据库表。本地数据库的修改可由应用程序将本地数据表中更改过的记录更新回SQL Server表。在不需要使用SQL Server CE 2.0合并复制的全部功能 (包括冲突解决) 时, 宜使用RDA方式。

3.3 RDA的实现同步的方法

本系统中, 服务器端运行SQL Server2000并配置IIS (Internet Information Server) 构建应用服务器。移动终端采用PDA并配置SQL Server CE 2.0, 通过IIS代理访问服务器端, 对数据资料的同步处理采用RDA方式完成。RDA功能实现主要由三部分组成:SQL Server CE数据库引擎、SQL Server CE客户端代理和SQL Server CE服务器端代理。用户直接通过SQL Server CE客户端代理即可操作数据库。SQL Server CE客户端代理是RDA在移动设备上的主要组件, 它实现了RDA的主要功能, 可以通过程序调用它提供的接口以控制R D A;SQL Server CE服务器端代理位于服务器端, 它与SQL Server CE客户端代理通过H T T P协议进行通信, 接收并处理S Q L Server CE客户端代理的命令。

4 结语

本文介绍了利用智能移动终端通过RFID读取景点或展品数据, 实现自动导览的方法。并介绍了在.NET Compact Framework架构下, 利用VS.NET2005工具采用ADO.NET开发移动设备SQL Server CE数据库应用的新方法。同时研究了在不同应用环境中嵌入式移动数据库SQL Server CE2.0和SQL2000的数据同步问题。SQL Server CE是目前市场上较为成熟的嵌入式移动数据库产品, 应用领域正逐步扩大, 而采用.NET技术开发其相关应用将是今后的主流。

摘要：主要研究如何在嵌入式PDA上利用RFID技术、WiFi无线接入技术, 设计一个移动终端的自动导览系统, 透过IIS Server与RDA来进行数据库的操作, 可实时下载更新解说所需的影音资料, 为游客提供自动解说功能, 实现对景点自动导览。

关键词：RFID,嵌入式系统,嵌入式数据库,智能移动终端PDA