RFID技术在CNG加气站网络化监控系统中的应用

能源工业是国民经济的重要支柱，其信息化工作历来受到人们高度关注。早在1997年全国的加油站就开始实行IC卡加油，并逐步实现卡机联动自动化管理，随着近年来压缩天燃气(CNG)技术的不断发展，天然气汽车的数量日渐增多，CNG加气站的工作量变得越来越繁琐，同时，收费、销售、结算；记账或现金交易中存在人工工作量大、生产成本高、管理漏洞大等缺点。如何提高工作效率，减少数据错误率，节约生产成本，进一步提高CNG加气站网络化智能监控能力。
 
　　应用通过收费系统使用电子标签读卡器给司机发放描述车辆信息的无源电子标签，此标签与CNG加气机测控系统中的近距离读写器之间进行无线数据通讯，进行车辆自动识别和有关收费数据的交换，对CNG加气机进行智能化控制，同时，利用计算机联网对收费数据进行传输、处理，实现CNG加气站的自动收费，从而达到前述的目的。

1 技术原理与RFID技术

　　1．1 技术原理
    
　　系统是通过近距离、非接触采集射频卡的信息，实现车辆在CNG加气站加气时的自动识别，从而实现目标的自动化管理。该系统产品集计算机软硬件、无线通信、信息采集处理、数据传输、网络通讯、自动控制和智能卡制作等技术综合应用为一体，属于先进的智能信息采集设备和高安全性的智能身份识别系统，是一种能有效对车辆进行自动识别和联网监管的重要技术手段。

1．2 RFID技术
    
　　射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术在CNG加气站的应用日趋成熟，CNG加气站网络化监控系绕中使用的RFID技术一般由3部分组成： 
    
　　(1)电子标签(Tag)由耦合元件及其他器件组成，每个标签具有唯一的电子编码，安装在车辆上标识车辆信息，其中保存有约定格式的电子数据；当受到无线电射频信号照射时，反射回携带有数字字母编码信息的无线电射频信号，供阅读器处理识别。其工作频率一般在13．56 MHz以上，分为有源和无源。
    
　　(2)阅读器(Reader)用以产生、发射无线电射频信号并接收由电子标签反射回的无线电射频信号，可无接触读取并识别电子标签中保存的车辆数据信息。从而达到自动识别车辆的目的。还可向标签写入信息，进一步通过计算机及计算机网络实现车辆信息的采集、处理及远程传送等管理功能。采用广播发射式射频识别和反射调制式射频识别。 

　　(3)微型天线(Antenna)，用于在电子标签和阅读器间传递射频信号。

　　2 技术系统组成

　　2．1 硬件系统构成
    
　　RFID相关应用的硬件系统包括CNG加气站加气机测控系统(又称CNG加气站数据采集部分)、数据传输部分、监控管理部分三部分组成。CNG加气站数据采集设备主要是近距离非接触采集车辆加气的耐间、站号、枪号、加气体积与金额等信息。其硬件系统构成如图1所示。 

图１　硬件系统构成图

每台加气机均需要配备一套电脑测控系统和其它部件。在电脑测控系统中，通过微控制器从数采模块采集数据、通过RFID读写器读取司机所用的射频卡以获取卡片信息，通过运算，将中间或者结果数据送EEPROM存储、送LCD显示、异常情况用蜂鸣报警，并控制输出模块，再经过数据传输模块与应用服务器进行交互远传数据。
    
　　每个CNG加气站基本配置至少满足4种设备；近距离RFID读写器、若干台CNG加气站数据采集设备、应用服务器、不间断电源。
    
　　数据采集系统(电脑测控系统)主要实现快速读取射频卡卡号、采集加气相关数据，并上传至应用服务器，应用服务器根据需要继续上传到更大的网络范围中去；判断CNG汽车司机所持射频卡卡号的合法性，控制CNG加气机动作；对持有有效卡的车辆允许加气；持无效卡的车辆禁止加气；对无卡车辆在CNG加气站员工确认情况下，进行现金加气。
    
　　应用服务器是系统中的基本管理单元，其数据通过网络联接，将CNG加气机采集的相关资料经专用电缆(通常采用双绞屏蔽线)传输至应用服务器。再通道计算机网络准时实时传输至其它加气站，从而达到数据共享的目的。
    
　　数据传输主要是完成CNG加气机与CNG加气站应用服务器室之间的网络连接，根据需要在各个CNG加气站之间的网络连接。

　　2．2 软件系统组成
    
　　文中所介绍的软件系统组成是针对单站环境下而言。软件系统功能在CNG加气站划分为2部分：实时监控采集系统与监控管理系统。具体的软件系统组成图如图2所示。 

图2　软件系统组成图

实时监控采集系统主要实现实时采集和实时控制2个功能。
    
　　在实时采集功能中主要采集加气枪号、车牌号、加气体积，加气金额、单价、总累体积、总累金额、员工号、加气状态等信息。
    
　　枪号：加气机的枪号，在实时监控采集系统中的枪号是顺序命名。在进行物理连接时，要求加气机的枪号与实时监控采集系统中的枪号一致。
　　车牌号：刷卡消费时显示正在加气的车牌号。加气时未显示车牌号，则表示现金加气。
　　加气体积：当前单笔加气记录已经记录的气量(单位：方)。
　　单价：物价部门规定的当前正在使用的加气单价(单位：元／方)。
　　加气金额：当前单笔加气记录已经记录的金额(单位：元)。加气金额=加气气量×单价。
　　总累体积：从加气机投入使用到现在的所有加气气量值(单位：方)。
　　总累金额：从加气机投入使用到现在的所有加气金额值(单位：元)。
　　员工号：正在操作加气机的加气员的员工号。
　　状态说明：系统中的状态提示。
　　在实时控制功能中主要控制CNG加气机相关参数的设置控制、手动停机、时间校准等内容。
　　监控管理系统主要实现系统登录、系统配置、IC卡管理、IC卡查询、操作员管理、用户管理、综合业务等功能。
　　系统登录：所有用户必须通过系统身份验证才能操作相关功能。
　　系统配置：对系统基本参数根据实际情况进行配置，便于系统运行，其主要功能包括；修改用户密码、修改卡片密码、充值预警设置、记账信用设置、交接班设置、RFID卡配置、卡号管理。
　　RFID卡管理：系统对司机所持有的RFID卡(又称消费卡，分为记账卡、充值卡、普通卡)进行发放、信息修改、挂失、解挂、注销等进行操作，对充值卡进行充值，对记账卡进行结算，对卡片操作日志进行管理。
　　RFID卡查询：系统对各种消费卡进行全面信息查询，并提供导出Excel和打印功能，其主要功能包括：记账卡查询(单卡基本信息、结算信息、消费信息)、充值卡查询(单卡基本信息、充值信息、消费信息)、普通卡查询(单卡基本信息、消费信息)、RFID卡日志查询、RFID卡综合查询、充值记录流水、结算记录流水、单位结算流水。
　　操作员管理：操作员是指操作加气机的加气站员工。监控管理系统实现加气机操作员的信息管理，并发放员工卡卡片。
　　用户管理：用户是指使用监控管理系统软件的加气站员工。监控管理系统实现用户信息管理以及用户权限的分配管理。
　　综合业务：主要实现班报、月报的导出Excel和打印，实现加气流水综合查询与结果导出Excel和打印(可以根据卡号、枪号、交易类型、员工号、起止交易时间、车牌号、单位名称进行全方位的综合查询)；实现交接班交班流水信息与结果导出Excel和打印。

3 结语
    
　　RFID技术在今后相当长的一段时间内，仍将在各行业具有广泛的应用。本文在分析RFID技术原理的基础上，针对目前CNG加气站存在的主要问题，提出RFID技术在CNG加气站网络监控系统中的应用方案，提出以RFID卡为载体实现CNG加气站自动监控采集系统和监控管理系统，可较好解决目前的问题。该项技术对RFID技术在工业生产环境中的应用具有一定的参考价值。如何利用RFID技术在CNG行业、甚至其它行业提出更多、更深层次的应用是今后需要进一步研究的课题。