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1金属对电子标签的影响
1.1金属感应磁场对标签的影响
金属内部的涡流效应，可以使金属自身产生感应磁场，该感应磁场的磁力线与金属表面垂直，而射频场强的方向相反。射频场强的分布由于受到金属自身产生的感应磁场对原有的射频磁场的阻碍效果，所以射频场强在金属表面上“失真”，靠近金属表面附近的磁力曲线逐渐趋于平缓，在距离很近的区域内，甚至平行于金属表面。当标签附着在金属表面上或非常接近的时候，在金属表面附近的空间内实际上已经没有射频场分布，因此标签天线不能切割磁力线，从而无法获得电磁场的能量来驱动标签，这时标签无法正常工作，在这种情况下，金属对于标签的影响将达到最大值，使得标签根本无法正常的工作。
1.2能量转换对标签的影响
当金属靠近天线时，依据电磁感应原理，金属因为切割磁感线而使其金属内部产生涡流效应，同时金属介质吸收阅读器发射在空前场区的射频能量，并将其转换为金属自身的电场能，从而削弱了原有射频场强的总能量。在UHFRFID中，因金属对电磁波的反射作用，使金属自身产出电场能，当该电场恰好与原有电场位相相同时，那么该电场相对电子标签的感应强度不仅没有削弱，反而起到了增强的作用，当然标签在金属表面的读取率也相应的得到了提高。因此，金属表面对电磁波的二次反射，如果使金属产生的电场位相与原始电场位相相同，这便可以使得标签的读取率得到提高。
2UHFRFID系统硬件设计
读写器总体结构系统设计本读写器遵循ISO/IEC18000-6C标准，结合中华人民共和国《射频识别协议－第1类第2代UHFRFID860兆赫-960兆赫通讯协议》征求意见稿进行设计，读写器结构如图1所示。其中，中心频率定为915MHz，频率范围是902MHz～928MHz，通信方式为跳频通信。为了使设计相对简单，且可靠性更高，本读写器的硬件设计大部分采用模块化设计思想。读写器主要由3部分组成：主控制模块、射频模块和天线。1）主控制模块由MCU、外围电路和接口组成，其核心为MCU；2）射频模块包括载波信号合成模块、ASK调制模块、功率放大模块、信号隔离装置、包络检波电路、对数放大电路和信号整形电路等；3）天线部分由天线及其匹配电路组成。各部分的主要功能如下：1）主控制模块•与上层应用软件进行通信，并执行应用软件发来的命令；•控制与标签的通信；•信号的编码与解码。对于部分特定系统还有以下附加功能:•执行防冲突算法，包括标签密集型和读写器密集型两种情况；•对标签与读写器之间要传送的数据进行加密和解密；•进行标签与读写器之间双向的身份验证。2）射频模块•产生UHF频段的信号，以激活标签并为其提供能量；•对发射信号进行调制，用于将数据传送给标签；•接收并解调来自标签返回的射频信号。为了处理往来于标签的两个方向上的数据流，射频模块有两个不同的信号通道，传送到标签的数据通过发送单元处理，而来自于标签的数据通过接收单元处理。
本系统读写器进行射频识别的工作流程如下：1）发送读卡命令（1）MCU接收来自后台控制系统的读卡命令，启动读卡程序。（2）MCU对传来的读卡命令进行编码，输出相应的串行基带信号送至ASK调制模块。（3）载波信号合成模块输出稳定的载波信号，通过匹配网络后，送至ASK调制模块。（4）ASK调制模块根据接收到的基带信号对载波信号进行调制，通过匹配网络后，送至功率放大模块。（5）信号隔离装置将放大模块传来的已调幅信号送至天线，发送给标签。2）接收标签返回信号（1）标签接收到读写器发来的射频信号后，获得能量被激活，并开始执行读写器发来的命令，而后以反向散射调制方式将应答信息传送回读写器天线（对于Kill和Lock等命令，标签不返回任何信息）。（2）信号隔离装置将标签返回的射频信号传给接收单元进行解调。（3）检波管对接收到的已调信号进行检波，低通滤波电路去除检波管解调后输出信号的高频部分，并送入对数放大电路。（4）对数放大电路根据输入的信号的能量判断放大的级数，最少进行一级放大，最多可进行3级放大，信号经过对数放大后送入整形电路进行整形，最终得到正规、平稳的脉冲。（5）MCU将接收的基带信号进行奇偶校验与CRC校验，通过解码后形成标签的识别码等信息。（6）MCU将标签识别码等信息按照一定的规则传给后台处理系统。
该系统的建立是一个复杂的系统工程，系统构成的好坏不仅影响自己使用，直接关系到检测人员在河线海关的日常工作，系统也将对进一步促进产生深远的影响。因此，根据执法经验和集装箱监管海关官员多年来的实际需求，将以实用方便和可操作性强的特点进行设计。
网络体系结构设计是整个系统设计的一个重要组成部分，也是关键因素决定了整个系统开发的成败。通常情况下，系统的硬件和软件平台的设计之前，必须首先考虑系统的整个网络架构。基于物联网的海关集装箱车辆监管系统是传统有线网络传输系统，它是以RFID系统为主的数据采集层。电子车牌阅读器当发出一个查询的微波信号，电子车牌安装在车辆前挡风玻璃上的内置贴片天线的容器接收查询的微波信号，微波能量的一部分变成自己的工作电电路，后在电子车牌后的自身微波调制的另一部分，微波炉反射回来与自己的信息。同时间安装在汽车内部的中继器，把微波能量转发给集装箱内部的电子标签，并同时读取电子标签把集装箱内部的信息及时收集反馈给外部读写器。微波信号信息和具体的数据转发器接收由解调过程反映了电子车牌读者的反馈信息，识别码的信息，并得到里面存储在包含容器检测沟道区，入口后进入车辆的电子车牌的集装箱货物信息传感器检测拴激活读取器，读写器可在有效测距内读取汽车前挡风玻璃上的电子标签和汽车内部的中继设备，并同时对车辆的合法身份进行有效性检验，核对识别记录，检测车辆的进出口时间，进出情况查询，车辆装贼货物信息统计等。
车外读取装置与车辆信息管理系统联网，通过车辆信息管理系统的实时信息交换。当出现黑名单内车辆时，禁止车辆通行。外读写设备可以脱机工作无需联网，读取电子标签的信息，读写器内使用黑名单的存在进行检查，然后采取必要的措施。当离开被监视的区域中，出口感应线圈检测到车辆时，led显示车辆所在货物需要装卸的码头位置，车辆在开出检查站时清除当前车辆在led显示器上的信息，打开自动道阀，让车辆驶出检测通道，并将出入车辆数据提交到信息管理系统中心。在数据采集层，每片含携带RFID标签的容器车辆，标签，详细记录了有关内部集装箱装箱时间，货物信息，获取相关信息，车辆信息等，进出货柜通关或内部传输时间相应的RFID读写器底座（固定），该标签将读取内部存储的重要信息，并准备把这些信息反馈到数据处理中心转发。中间层充当手柄，存储和转发数据。当对应于集装箱和车辆数据传输了数据采集层，将通过有线LAN的内部客户数据被发送到数据处理中心。在数据处理中心，所有的数据将来自另外的处理进行传输，如冗余数据压缩，融合相关的信息，然后把处理的信息将被存储在指定的数据库服务器，因此作为一个层的Web访问数据服务。应当指出的是，中间层是最关键的层，它直接关系到集装箱和车辆监管数据保护，以提供海关官员是否正常工作的安全性。
一般情况下，这层仅局限于海关内部网络，一般设置严格的硬件和软件防火墙，外部未经授权的访问是禁止的。Web应用程序层是传统的有线网络和无线网络的集合，连接到外面的世界，提供互联网，主要负责日常办公海关官员。其实，这层是开放的，它通常是连接与海关门户网站，普通用户可以通过适当的公共网络访问。由浏览器或海关人员指定的访问地址类型，外部用户发送一个请求到Web服务器的访问，调用相应的业务逻辑处理模块在Web服务器上的请求访问数据库服务器，并及时结果页面将返回到该用户。Web应用程序层相对于其它两个独立的，并且所有合法用户可以访问。使用有线网络传输模式，将有助于保护容器从基本的监管数据采集，传输的安全性和稳定性，能胜任的存储过程。它提供对有线网络，同时消除传统的数据传输模式“盲区”的存在，使得数据可被传递到数据处理中心。该系统结合RFID数据采集的方法来自动，快速，可靠地识别和收集容器和车辆信息，从而进一步保证了全程追溯和海关集装箱和车辆的监管。
4结束语
对于中国内陆港，海关车辆检查管理具有相当的意义基于RFID的集装箱车辆监控系统。对于各种类似的系统也有许多不同之处：1）低系统成本。相较于近10,000元或2000元AIS终端GPS终端，为船户，100元只是有源电子标签显然更合适的价格，该系统还集成了投资的AIS基站系统与一个大约只有十分之一，GPS系统一般不支付长期运营成本，价格优势非常明显。2）监测是简单和可靠的。电子标签，只需要在车辆挡风玻璃上，没有复杂的操作，调整现有内河港口车辆司机前方安装。抗物理拆解的电子标签系统可以起到有效地降低蒙混过关不安全的司机和车辆的危险黑车，大大提高了监控的可靠性。再加上包下的有源电子标签可以与防雷，防水，防雾做的，没有损坏。3）监测稳定性好。RFID技术本身具有相当不错的抗污染和抗干扰能力，再穷能见度，路面状况多么复杂，周围建筑物密集的如何，系统的稳定性可以保证正常工作，不会因为冲击霜雪和干扰。4）功能扩展性强。RFID系统本身，除了实现此货柜车辆监控，自动签证通关等功能，还可以与集成的海关信息化管理平台，智能交通管理系统相结合。
作者：陈森 覃远年 单位：桂林电子科技大学信息与通信学院
