24GHz有源RFID技术的物流车辆管理应用方案Word下载.docx
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第二部分需求及分析
二.1用户需求
二.1.1背景
物流运输在生活中无处不在，为了保证在物流过程中的货品安全，需要对厢式货车，集装箱卡车等物流车辆进行监管。
目前一般采取对物流车辆的箱门加装铅封，钢封或者塑封，当抵达货运目的地时，收货方检验封条的完整性，以确认箱门是否非法开启。
封条完整则证明箱门未被开启，货品安全，可以收货。
二.1.2问题
传统封条的确在一定程度上保证了货品运输的安全，保证了收货方得利益。
但是鉴于传统封条均采用比较简单的设计，没有信息化的要素设计，因此，在实际使用中还是存在如下弊端：
⏹防伪能力差
传统铅封，钢封或塑封均为纯机械性封条，且设计较为简单，防伪措施较少，也很难加载强度较高的防伪设计。
因此，这类物流封条很容易被仿制，甚至呈现一个产业链，需求方一个电话，很短的时间就可以获得号码一致的封条，明目张胆的对货品进行盗取或以假换真，最后重新施封，这都给货主造成巨大的损失。
可是，由于传统物流封条具有较低的防伪性，非专业人员也很难识别已经被调换的假封条。
⏹功能太单一
随着物流运输行业日益发展，对封条的功能要求也日益提高，越来越多的场合，除了具有传统铅封，刚封或塑封的基本功能，还要求封条具有数据存储，状态监测，进出自动识别，称重关联等业务功能。
纯机械封条，显然不能满足这种需求。
⏹一次性使用
随着物流运输的业务日益复杂，经常会出现多家货物拼车运输，这样在抵达第一家货主后就需要剪断封条，那么在接下来几家货品的运输过程中就会出现因为封条已被剪断而出现的箱门不规范施封，从而给货品带来安全风险。
由于传统封条多为一次性使用，无法满足反复利用的要求。
虽然传统封条成本较低，但是长久使用来看，经济性和环保性都存在问题。
二.1.3需求
根据上述应用背景及存在问题，客户提出的物流封条需求如下：
⏹通过手持设备对封条进行施封，解封
⏹封条内可以存储一定的信息，通过手持设备可以读取
⏹封条内可以存储多组密钥，通过手持设备实时获取系统发出的对应密钥，实现一车多点的货品运输。
在每一个卸货点通过对应密钥解封。
⏹手持设备具有封条识别，数据读写，GPS定位，3G传输功能
⏹封条要具有锁定功能，不可轻易被拔下，拆解
⏹封条要牢靠，防护能力强，满足日常各种气象条件下的运输使用
二.2需求分析
二.2.1分析
通过对上述需求分析，我们定义该产品为：
“电子封锁”。
需要满足如下功能需求：
功能编码
电子封锁功能需求说明
F01
具有机械锁定机构及信息处理模块
F02
机械机构在电子机构的驱动下实现“锁”、“解锁”功能
F03
机械机构在“锁”的状态时，要承受足够大的拉力
F04
电子机构包含：
RFID、存储模块，电机驱动模块，电池模块
F05
具有唯一的ID编码，且该编码通过射频信号发出
F06
具有连续工作3年功能
F07
具有监测电量、并提示用户的功能
F08
具有信息安全加密机制
F09
具有IP65的防护等级
F10
具有较宽的温度适应性
二.2.2结论
电子封锁实现2.1.4所述的各项功能要求，可以满足2.1.3提出的各项需求
第三部分系统方案
三.1设计原则
根据核心需求，整个方案按照如下原则进行设计规划：
三.1.1稳定性
为了保证系统稳定性指标，在整个方案设计中均采用成熟，稳定，先进的技术来实现需求。
在成熟技术的基础上进行可靠的创新，使整个系统既能可靠运行，又具有创新特色。
系统中采用的2.45GHz射频识别技术，125KHz区域定位技术，高增益定向天线区域控制和距离控制技术，数据传输技术等都是相对应用较多，比较成熟的技术。
三.1.2实时性
作为信息采集系统，整个系统的信号识别，采集，处理，决策的快速实现非常重要，这就要求软硬件的设计要充分考虑这些。
要充分利用2.4G高速，大范围，大容量，抗冲突性能佳的特点来进行设计。
三.1.3安全性
2.45GHz无线射频通讯及数据传输过程中均采用安全加密算法，保证了数据安全。
同时系统具有较高的实时报警响应速度，保证了及时预警，安全提示作用。
在系统的操作规范设计等方面也需要考虑，可实施性，安全性。
三.1.4经济性
整个系统构成要有较高的性价比，尽量做到资源共享，较低的维护成本。
三.2设计要点
针对上述应用需求，系统采用如下关键技术。
⏹2.45GHz射频通讯技术
⏹125KHz低频通讯技术
⏹可靠地锁定与解锁机构设计
⏹软硬件的低功耗控制技术
⏹数据通讯加密技术
三.3系统业务流程
一般物流车辆的运输业务包括如下几个流程，如下图所示：
从上图可以看出，基于一个完整的物流过程会涉及到货场电子封锁信息写入，货场施封，卸
货点解封，卸货点施封，货运结束后的电子封锁回收及初始化。
系统需要简便可靠的完成这
些业务过程。
三.4系统功能目标
本系统需要达成如下功能目标：
⏹电子封锁具有数据写入及读取功能，存储空间要满足物流信息所需。
⏹电子封锁对每次施/解封操作均进行记录
⏹电子封锁的数据读写及操作设备要有室内型，室外型及便携型，通过这些设备完成不同环境下的业务操作
⏹电子封锁的施/解封驱动机构要可靠，并具有一定的强度，人力不可拉开
⏹系统要具有动态密码授权解封机制
⏹系统设备间的无线通讯具有加密机制
⏹系统软件具有PC端（B/S架构）和安卓端APP
三.5系统拓扑图
三.6系统功能模块
根据系统拓扑结构，本系统分为如下所示几个功能模块：
三.6.1数据及记录读写模块
本模块主要完成电子封锁的数据写入或读取操作。
电子封锁的存储区分为两类数据。
⏹货品数据
货品数据的写入操作一般发生在物流运输的第一步，由货场工作人员通过桌面式阅读器向电子封锁内的存储单元写入当前物流任务涉及的单号，货品信息及货主信息。
通过便携终端可以在物流过程中快捷的读取货品信息。
⏹操作记录
电子封锁的每次施封或解封操作都会自动形成记录保存，通过各种类型的阅读器可以进行读取。
⏹系统关联
在货品数据写入的同时，系统需要完成本次物流运单号和电子封锁唯一ID编码的
系统绑定。
这样保证了电子封锁和物流运单的一一对应。
每次使用前都需要进行此绑定操作。
三.6.2施封模块
电子封锁完成运单绑定及数据写入后，就可以进行施封操作，即将电子封锁锁缆穿过物流车辆的箱门，并将锁舌插入锁孔，通过手持终端发出指令，电子封锁锁定执行机构完成锁舌的锁定，同时自动产生一条施封记录。
手持终端发出施封指令的同时会将操作人员的代码，操作地点的GPS信息，及时间信息打包发送给电子封锁。
这些信息同施封指令一起组合形成一条施封记录。
锁定完成后，电子封锁会反馈给手持终端成功执行指令的回复，手持终端收到此回复后通过3G网络上传给系统，并在系统数据库中形成记录。
三.6.3进出识别判断模块
电子封锁完成施封操作后，原则上讲，物流车辆就可以开始物流运输了。
为了更加规范货场的进出有序及权限管理，在货场大门的进出口配置出入口道闸系统。
施封完成的物流车辆在大门前通过固定式阅读器实现车辆身份的识别，自动开闸放行。
同时将此信息上传系统，形成一条物流车辆准确的离场记录。
这些信息都便于后续的物流查询。
如果是带地磅的卡口，同时可以和称重数据一起关联。
三.6.4解封模块
物流车辆经过路途运输抵达目的地，就开始进行卸货操作，在此之前需要对电子封锁
进行解封操作。
鉴于安全方面的考虑，解封操作需要手持终端向系统申请授权秘钥，如果该秘钥和电子封锁预存的授权秘钥吻合，且解封地点GPS信息和电子封锁内预存的目的地GPS信息相符，授权人员代码同时相符，则电子封锁执行解封操作，同时将时间信息，地点信息，操作人员信息打包形成一条解封记录。
电子封锁成功执行解封操作后，会反馈给手持终端一条成功回复，手持终端通过3G系统将此信息传送给系统，并在系统数据库中记录。
三.6.5初始化模块
电子封锁完成一轮物流运输，需要进行回收，读取数据记录备档后，将存储区内的数据和记录清除，以为下一次的使用做好准备。
三.7系统优势
⏹可靠的2.4G通讯传输
⏹系统构成简洁，实施方便
⏹可靠的电机锁定驱动机构
⏹严密的通信安全加密算法
⏹严格的权限管理及密钥体系
⏹良好的扩展性
三.8系统软件功能
系统软件有PC端和安卓端两套，PC端为B/S架构，主要进行电子封锁的综合管理，记录查询，权限密钥管理等功能。
安卓端APP主要完成现场的施封，解封，记录查询等功能。
三.8.1PC端管理软件
⏹电子封锁注册
⏹电子封锁数据写入，读取
⏹电子封锁与运单绑定
⏹解封密钥的生成，比对，下发，管理
⏹操作人员，运单信息及密钥的综合匹配管理
⏹软件采用B/S架构
三.8.2安卓端管理软件
⏹扫描电子封锁
⏹读取电子封锁数据
⏹施封
⏹解封申请
⏹解封
⏹GPS定位
⏹软件为安卓平台APP
第四部分硬件产品
四.1系统构成
产品名称
功能描述
备注
电子封锁
具有2.4G收发，电机驱动锁定机构，数据存储，安全加密
物流车辆箱门安装
手持终端
具有3G智能手机的所有功能，此外具有2.4GRFID阅读器功能，安卓平台，4.0寸屏幕，1800mAh电池
现场识别，施封，解封，记录查询
桌面式阅读器
具有2.4G收发功能，RS485接口，精确距离控制
货场电子封锁数据写入，初始化操作
固定式阅读器
具有2.4G收发功能，RS485接口，高增益定向天线
货场大门进出识别
PC端管理软件
电子封锁注册
电子封锁数据写入，读取
电子封锁与运单绑定
解封密钥的生成，比对，下发，管理
操作人员，运单信息及密钥的综合匹配管理
物流过程综合管理平台
安卓端管理软件
现场物流业务过程管理平台
四.2产品说明
四.2.1产品执行技术标准
本系统所有硬件产品均为上海秀派自主研发，生产具有自主知识产权。
产品符合下述
各项标准：
⏹《上海秀派通用阅读器企业标准》
⏹《上海秀派通用电子标签企业标准》
⏹射频空口符合GB/T28925-2012标准
⏹通讯接口满足GB/T17626.2-2006第五款（空气放电8KV，接触放电6KV）静电抗扰度要求
⏹满足并测试通过GB/T17626.3-2006第五款射频电磁场辐射抗扰度要求
⏹满足并测试通过GB/T17626.4-2008第五款电快速瞬变脉冲群抗扰度要求
⏹满足并测试通过GB/T17626.5-2008浪涌冲击抗扰度要求
⏹满足并测试通过GB/T2423.4-1993交变湿热要求
⏹满足并测试通过GB/T2423.10-2008环境要求
⏹满足并测试通过GB/T2423.56-2006环境要求
⏹电磁辐射符合ANSI/IEEEC95.1-2005人体安全辐射标准
⏹电池符合GB8897.4-2008/IEC60086.4:
2007电池安全要求测试
四.2.2电子封锁
⏹产品外观
⏹应用场合
本产品防护等级为IP65，适合户外环境安装，全天候工作。
一般用于物流车辆，集装箱车辆，油罐车及危化品运输等车辆运输过程中重要节点的监管。
电子封锁通过锁缆穿过箱门锁孔进行锁定。
⏹主要功能
本产品主要完成2.4GHz信号的发射，内部存储区德数据读写，锁定机构的开关锁驱动控制，低电压检测等功能。
⏹设备参数
序号
产品参数
规格
1
电气参数
额定电压
DC3.0V
额定电流
200mA
存储类型
EEPROM1KB
电池类型
锂二氧化锰软包电池DC3.0V1500mAh
低电压检测
有
2
射频参数
上行
调制方式
GFSK
通讯速率
2000Kbit/s
下行
频率
2.4GHz～2.4835GHz
发射功率
≤0dBm（可软件调整）
天线极化
线极化
微波通讯距离
0～100m
微波通讯检错
CRC16循环冗余校验
通讯加密
算法暂不公开
位误码率/B.E.R
10（-7次方）
3
机械参数
外形尺寸
100mm×
68mm×
32mm
重量
256g
外壳材料
杜邦70G15
颜色
黑色
安装方式
通过安装背板固定在需要锁定的箱门附件，然后通过锁缆穿过箱门锁孔进行锁定。
锁定机构
电机驱动，程序控制锁定
4
环境参数
使用温度
-25℃～+60℃
保存温度
-30℃～+80℃
四.2.3手持终端
本产品防护等级为IP65，防水，防尘，防爆，满足危险环境下的防护要求及电气安全要求。
可用于矿山，石化等企业较为恶劣的工作现场使用。
也可用于安保，巡更，仓储物流领域内的日常业务操作。
本产品为一款基于安卓智能手机平台，同时整合2.4GHzRFID读写模块于一体的三防标准手持终端。
具备3GWCDMA制式通讯功能，短信功能，GPS定位，蓝牙，500万像素拍照，4寸触摸电容屏，1800mAh锂电池，同时具有2.4GHz电子标签的识别，数据读写功能。
是一款功能强大，适应性强，功能扩展性强的手持终端产品。
DC3.7V
最大电流
小于400mA
待机电流
≤40mA
基站传输参数
无线接入方式
WCDMA
QPSK，BPSK
1920MHz～1980MHz
2110MHz～2170MHz
发射场强
-50dBm/m～-30dBm/m
接收灵敏度
≤-85dBm/m
通信距离
200米（空旷无障碍，相对基站）
≤3dBm（可软件调整）
读写区域
180度定向
20m左右
131mm×
71mm×
16mm
182g
PC+玻璃纤维
黑色主体，红色装饰边条
大气压力
80kPa～106kPa
环境噪声
≤65dB
振动
20m/s2
冲击
500m/s2
四.2.4桌面式阅读器
本产品防护等级为IP54，适合户内环境使用。
一般用于管理中心发卡使用，对标签进行验证，识别，授权，数据读写，初始化等操作。
识读距离一般较近，在几十厘米以内。
本产品主要完成2.4GHz电子标签的识别，数据读写，授权，初始化等操作，并根据通讯协议将数据上传系统。
DC12V
100mA（RS485），500mA（RJ45）
通信接口
RS485
2.4GHz～2.525GHz
圆极化
短距全向
50cm左右
140mm×
86mm×
31mm
400g
金属
桌面放置使用
-40℃～+85℃
抗电磁干扰
10V/m0.1～1000MHzAM调幅电磁波
可靠性
MTBF≥70000小时
四.2.5固定式阅读器
一般安装在需要识别电子标签的门侧，路侧，出入口侧等户外环境，通过立杆或龙门架方式安装。
本产品主要完成2.4GHz电子标签的识别，数据读写，并将根据通讯协议将数据上传系统。
同时完成各项参数调整功能。
RS485/RJ45
高增益定向或者全向
射频衰减
0-31dB数字衰减可调（拨码或软件调节）
300mm×
65mm
1.5kg
ABS
灰白
抱杆或横梁安装
第五部分应用案例
五.1上海港集装箱物流运输监管项目
五.1.1项目简介
该项目为上海秀派与上海港务集团共同合作，根据上海港在集装箱物流过程中提出的
若干需求，委托上海秀派设计世界首创的集装箱电子封条。
上海秀派公司充分运用自主知识产权的专利技术开发了基于微波频段RFID技术的电
子施封设备：
SP-sLock-100电子封锁、SP-RFS-300固定式标准阅读器、SP-RCF-100移动式阅读器，可广泛应用于公路、铁路、水运、空运集装箱（货柜）、物流周转箱的安全施封及信息化管理系统，进一步保障及提高物流业货物的安全及效率，使之达到国际领先水平。
本次在航线中使用的SP-sLock-100电子封锁采用0.18uM的微波芯片技术，并在秀派独创3大技术平台：
μWatt（微功耗）、HSecu（高安全）、SuperEOS（嵌入式操作系统）基础上，解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动以及中低频电磁波技术感应距离短防冲突能力差等难题，并可以重复使用，寿命达10年。
为集装箱物流电子封条锁的远距离识别、开关锁功能提供了有效的技术保障
上海秀派公司配合上海港与Savannah港分别进行了三次“港到港”、“门到门”两种工艺流程的实船测试。
测试结果显示，系统运行正常，箱、货等数据均能准确录入电子标签，并通过无线局域网传送到数据中心，合法和非法开箱的时间和地点均能准确记录并在网站实时显示。
国际上不少航运公司均对集装箱电子标签系统展开研究，但是将集装箱物流全程实时在线监控系统全面投入国际集装箱航线营运，“中国上海港－美国Savannah港”示范航线在国际上尚属首例。
我国开通了世界上首条“集装箱电子标签”国际航线，即在集装箱上安装智能电子标签的“中国上海港－美国Savannah港”示范航线。
集装箱物流全程实时在线监控系统的成功运行，对提高集装箱运输的安全性和可靠性意义重大。
上海-萨瓦那集装箱电子标签中美航线开航仪式
五.1.2项目产品
用途
产品图片
应用数量
电
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