CN105973302B - 一种车载式rfid环境监测系统及方法 - Google Patents

一种车载式rfid环境监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车载式RFID环境监测系统及方法，系统包括RFID阅读器(1)、智能移动终端(2)、环境监测传感器(3)和RFID标签(4)，所述的RFID阅读器(1)和智能移动终端(2)设置在移动监测车内，RFID阅读器(1)与智能移动终端(2)连接，所述的环境监测传感器(3)和RFID标签(4)设有多个，一一对应连接并分布于各环境监测点，移动监测车移动时，RFID阅读器(1)自动连接其识别范围内的RFID标签(4)，并获取RFID标签(4)内的位置数据和环境数据，实时发送至智能移动终端(2)。与现有技术相比，本发明具有系统架构简洁、操作方便、数据传输可靠、总体成本低廉的优点，可实现即刻采集和显示。

Description

一种车载式RFID环境监测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种环境监测系统，尤其是涉及一种车载式RFID环境监测系统及方法。
背景技术
射频识别技术，是当今IOT(Internet Of Things)物联网系统中核心技术之一。
目前RFID技术已经应用于许多领域，如物流运输仓储领域，高速道路ETC领域，贵重物品定位领域，智能小区数据采集领域等等。
而在环境检测和监控方面，虽然已有许多各种需求和应用，譬如重要路段噪声监测，重点区域PM2.5监测，工厂片区CO2排放监控，各区空气温度监测等等，其特点是区域内监测点较散，监测点多，采集数据种类繁多，由此造成数据收集手段单一，手工录入管理工作量较大，如全部组网则综合成本太高，集中信息的速度较慢。
例如，申请号为201120368394.8的中国专利公开了一种基于RFID技术的室内环境监测系统，该系统包括节点监测仪和中心节点监测仪，节点监测仪构成一ZigBee无线网络，节点监测仪包括传感器组件和RFID控制芯片，每一节点监测仪经ZigBee无线网络与中心节点监测仪连接，中心节点监测仪经GPRS无线网络与远程服务器连接。该系统通过分布各点的节点监测仪采集环境数据，再收集后上传至服务器，实现实时监测，然而该系统需要室内区域的每个房内范围Zigbee组网，系统成本较高，施工复杂程度及周期较大，系统数据传输的可靠性难以得到充分保证，RFID的无线技术特征没有得到充分利用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服以上现有技术及使用存在的缺陷而提供一种能够对城市各区域监测信息进行智能、实时、移动、批量获取的车载式RFID环境监测系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种车载式RFID环境监测系统，包括RFID阅读器、智能移动终端、环境监测传感器和RFID标签，所述的RFID阅读器和智能移动终端设置在移动监测车内，RFID阅读器与智能移动终端连接，所述的环境监测传感器和RFID标签设有多个，一一对应连接并分布于各环境监测点，移动监测车移动时，RFID阅读器自动连接其识别范围内的RFID标签，并获取RFID标签内的位置数据和环境数据，实时发送至智能移动终端。
优选的，所述的环境监测传感器与RFID标签成对连接并安装在建筑墙上、电线杆上或路示牌上等位置，根据监测要求和安装范围设置，环境监测传感器高度可达30米。
移动监测车检测范围为以某点为中心的圆形区域，环境监测传感器设置在圆形区域内；检测范围也可为沿着城市街道设置的线状区域，环境监测传感器沿线设置。
优选的，所述的RFID标签为带有控制模块的有源RFID标签，通过设置控制模块的参数阀值，接收来自环境监测传感器的所需数据。
优选的，所述的RFID标签内置有EEPROM，由传感器经控制模块输入的数据存储在EEPROM，设置为动态存储刷新，确保RFID标签内存储有效性和输出数据的最新性。
优选的，所述的RFID阅读器为带有全向天线的阅读器，确保同时监测和接收区域内的各类RFID标签的数据。
优选的，所述的RFID阅读器设有通信接口，所述的通信接口与智能移动终端连接。
优选的，所述的通信接口包括USB接口、WIFI模块、蓝牙模块和GPRS模块中的至少一个。
优选的，所述的智能移动终端包括手机和/或平板电脑。
优选的，所述的移动监测车为汽车，所述的RFID阅读器和/或智能移动终端通过车载方式设置在汽车上，即卡在车内的支架上。
优选的，所述的RFID阅读器和/或智能移动终端通过自带电源或车载电源供电。
一种环境监测方法，包括以下步骤：
S1，在环境监测区域内设置监测点，将传感器和RFID标签安装在对应监测点，环境监测传感器和RFID标签一一对应连接；
S2，将RFID阅读器和智能移动终端安装在移动监测车内；
S3，移动监测车向目标区域移动，RFID阅读器连接其识别范围内的RFID标签，并获取RFID标签内的位置信息和环境数据；
S4，RFID阅读器将收到的数据批量发送至智能移动终端进行显示和存储。
所述的RFID标签带有控制模块和EEPROM，控制模块设置RFID标签从环境监测传感器中读取数据的时间间隔和有效阈值，EEPROM用于存储数据，在步骤S3中，控制模块将RFID标签最新一次读取的数据和EEPROM中最后一次存储的数据进行比较，若两个数据差值的绝对值大于或等于有效阈值，则最新一次读取的数据存储于EEPROM中，否则此数据不被存储。
所述的智能移动终端显示数据ID、数据种类、采集时间和检测地点，并生成数据图表。其中，数据ID表明RFID标签的身份特征，数据种类表明环境监测传感器的数据种类，例如噪音数据、PM2.5数据等。
智能终端如没收到某点数据信息，可及时发现其所在位置及环境监测传感器种类，并在显示屏上相应点位有红色标记闪亮提示。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)可通过移动监测车的移动来获取想得到的信息，移动监测车开至目的地附近后RFID阅读器与RFID标签自动连接，通过智能移动终端实时显示位置和环境监测信息，无需停车，达到智能、移动、快速、简便、低价的监测技术效果。
(2)环境监测传感器无需组网，通过RFID技术实现数据传输，可操作性强、使用成本低、数据传输可靠、速度快。
(3)通过所接收到的RFID标签传来的数据，智能终端上可显示出数据来源(ID)、种类、时间、地点等。也可由图表，曲线等方式展示某监测点的某种类环境参数的状态纪录等，以便可进行趋势分析和预测。
(4)利用RFID标签的唯一身份特征和设置传感器地理位置映照性能，智能终端如没收到某点数据信息，可及时发现其所在位置及环境监测传感器种类，并在显示屏上相应点位有红色标记闪亮提示，从而快速找出故障位置。
(5)RFID标签为带有控制模块的RFID标签，根据监测要求，设置控制模块的阈值参数△x，即当在tn时传感器输入的数据与tn-1时的数据比较，二者差值的绝对值达到≥△x时，确定为所需有效数据，并纪录该数据的时间，输入至EEPROM存储，确保有效动态最新数据。
(6)RFID标签为有源RFID标签，支持前端设备的远距离识别。
(7)RFID阅读器和智能移动终端通过车载方式设置在汽车上，安装在仪表盘附近，简洁、灵活、方便观看数据。
附图说明
图1为本实施例系统的结构示意图；
图2为本实施例系统的一种应用场景示意图；
图3为本实施例方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种车载式RFID环境监测系统，包括RFID阅读器1、智能移动终端2、环境监测传感器3和RFID标签4，RFID阅读器1和智能移动终端2设置在移动监测车内，RFID阅读器1与智能移动终端2连接，环境监测传感器3和RFID标签4设有多个，一一对应连接并分布于各环境监测点，RFID标签4为有源RFID标签。
本实施例中，环境监测传感器3假设采用噪声传感器或PM2.5传感器，智能移动终端2包括手机和/或平板电脑。移动监测车为汽车，RFID阅读器1和智能移动终端2通过车载方式设置在汽车上，可类似车载导航安装，即在车内仪表盘附近安装一个带有伸缩爪、卡托或卡槽等支撑结构的支架，RFID阅读器1和智能移动终端2安插在此支架上，即插即用；或仅将RFID阅读器1安插在此支架上，副驾驶上有个测试管理员，智能移动终端2在其手上。
环境监测传感器3包括多个噪声传感器和多个PM2.5采集传感器。每个噪声传感器均与在同监测点的一个RFID标签4连接，每个PM2.5采集传感器均与在同监测点的一个RFID标签4连接，RFID标签4与RFID阅读器1为无线多对一通信方式连接，RFID阅读器1上设有通信接口，RFID阅读器1与智能移动终端2通信连接，通信接口包括USB接口、WIFI模块、蓝牙模块和GPRS模块中的至少一个。
噪声传感器主要用于检测该点的环境噪声程度，PM2.5传感器则主要收集该点的PM2.5浓度，传感器可安装在电线杆、路示牌或者建筑物墙上等位置。噪声传感器在工作时，由于接收到外界噪声的声波及变化量，由其声敏电容将其转化为电信号变量，测得实时的噪声数据并输入到控制模块作，比较为有效数据则输入至RFID标签4。RFID标签4采用有源RFID标签，其内存用来存储该点噪声的状态变化信息。当RFID阅读器1与RFID标签4在通信范围区域内，RFID标签4即将其ID信息，时间信息及噪声信息打包发送给RFID阅读器1。
同样，PM2.5传感器工作时，经风道采集到单位体积的空气，通过过滤膜获得0.3微米以下颗粒物，由传感器内激光束照射至该细颗粒物空间，当细颗粒物浓度增加时，使激光发生散射，而光电探测器接收到变化的散射光，由光电效应产生电流信号得到该时的PM2.5浓度值并输入到控制模块及RFID标签4。同上原理，RFID标签4将其ID信息，时间信息及变化的PM2.5信息打包发送给RFID阅读器1。
图2为依据本系统搭建的一种场景，当车载的RFID阅读器1进入射频识别范围内，通过射频识别技术可采集多个RFID标签4各自的ID信息及环境检测状态信息，并将存储于RFID阅读器1自身内存中，并可通过通信接口传输至智能移动终端2。智能移动终端2即刻显示噪声、PM2.5等各类数据并将各点信进行汇总，从而统计出各点、各路段的区域环境检测信息数据。
图2中虚线框内的内容用于表明RFID阅读器1和智能移动终端2安装在移动监测车内，以及表明RFID标签4与环境监测传感器3成对连接。
如图3所示的环境监测方法，包括以下步骤：
S1，在环境监测区域内设置监测点，将环境监测传感器3和RFID标签4安装在对应监测点，环境监测传感器3和RFID标签4一一对应连接；
S2，将RFID阅读器1和智能移动终端2安装在移动监测车内；
S3，移动监测车向目标区域移动，RFID阅读器1连接其识别范围内的RFID标签4，并获取RFID标签4内的位置信息和环境数据；
S4，RFID阅读器1将收到的数据批量发送至智能移动终端2进行显示和存储。
RFID标签4带有控制模块和EEPROM，控制模块设置RFID标签4从环境监测传感器3中读取数据的时间间隔和有效阈值，EEPROM用于存储数据，在步骤S3中，控制模块将RFID标签4最新一次读取的数据和EEPROM中最后一次存储的数据进行比较，若两个数据差值的绝对值大于或等于有效阈值，则最新一次读取的数据存储于EEPROM中，否则此数据不被存储。这样可以节省不必要的数据存储，筛选有效信息，观测出被监测地点的环境数据的明显变化。例如，某点的PM2.5数据值在上次读取时为50，阈值为5，则下次读取时，若数值在45～55之间，则视为该点的PM2.5值没有变化，不需要存储。节省前端设备的功耗、无效工作频次及内存。
智能移动终端2显示数据ID、数据种类、采集时间和检测地点，并生成数据图表。
本系统是通过阅读器借由无线频段电磁波信号与RFID标签之间进行数据信息交互，而标签内拥有ID标号(全球唯一代码)，还含有预先存在于标签内EEPROM电可擦除可编程只读内存中的各类信息数据。而阅读器与标签之间无需任何接触即可实现通信，并可根据所使用的国际ISM标准中不同的频段，在几十米范围内对RFID标签进行信息采集，而且阅读器可同时读取范围内不同位置多个标签内的各类批量数据信息。
基于RFID技术的环境监测系统将各类环境监测传感器应用到监测系统中，实现对环境生态的主动感知，无需人工干预，移动批量数据采集，智能信息显示汇总。极大节省了人力，时间和财力，实现了现代物联网技术的监测智能化。

Claims (5)

1.一种车载式RFID环境监测系统，其特征在于，包括RFID阅读器(1)、智能移动终端(2)、环境监测传感器(3)和RFID标签(4)，所述的RFID阅读器(1)和智能移动终端(2)设置在移动监测车内，所述的RFID阅读器(1)设有通信接口，所述的通信接口与智能移动终端(2)连接，所述的环境监测传感器(3)和RFID标签(4)设有多个，一一对应连接并分布于各环境监测点，所述的RFID标签(4)为有源RFID标签，移动监测车移动时，RFID阅读器(1)自动连接其识别范围内的RFID标签(4)，并获取RFID标签(4)内的位置数据和环境数据，实时发送至智能移动终端(2)，
所述的系统进行环境监测的方法包括以下步骤：
S1，在环境监测区域内设置监测点，将环境监测传感器(3)和RFID标签(4)安装在对应监测点，环境监测传感器(3)和RFID标签(4)一一对应连接；
S2，将RFID阅读器(1)和智能移动终端(2)安装在移动监测车内；
S3，移动监测车向目标区域移动，RFID阅读器(1)连接其识别范围内的RFID标签(4)，并获取RFID标签(4)内的位置信息和环境数据；
S4，RFID阅读器(1)将收到的数据批量发送至智能移动终端(2)进行显示和存储；
所述的RFID标签(4)带有控制模块和EEPROM，控制模块设置RFID标签(4)从环境监测传感器(3)中读取数据的时间间隔和有效阈值，EEPROM用于存储数据，在步骤S3中，控制模块将RFID标签(4)最新一次读取的数据和EEPROM中最后一次存储的数据进行比较，若两个数据差值的绝对值大于或等于有效阈值，则最新一次读取的数据存储于EEPROM中，否则此数据不被存储。
2.根据权利要求1所述的一种车载式RFID环境监测系统，其特征在于，所述的通信接口包括USB接口、WIFI模块、蓝牙模块和GPRS模块中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的一种车载式RFID环境监测系统，其特征在于，所述的智能移动终端(2)包括手机和/或平板电脑。
4.根据权利要求1所述的一种车载式RFID环境监测系统，其特征在于，所述的移动监测车为汽车，所述的RFID阅读器(1)和/或智能移动终端(2)通过车载方式设置在汽车上。
5.根据权利要求1所述的一种车载式RFID环境监测系统，其特征在于，所述的步骤S4中，所述的智能移动终端(2)显示数据ID、数据种类、采集时间和检测地点，并生成数据图表。
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