第4章

設(shè)備集成技術(shù)4.1設(shè)備集成概述4.2瀏覽器插件4.3USBKey4.4串口通信4.5RFID技術(shù)4.6攝像頭和云臺(tái)

4.1設(shè)備集成概述

4.1.1需求分析具體需求如下：

(1)針對(duì)B/S即瀏覽器/服務(wù)器模式的信息系統(tǒng)，硬件設(shè)備廠商通常會(huì)以瀏覽器插件的形式給出一些特定功能的交互模塊。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)差別的用戶(hù)體驗(yàn)，需要將其相關(guān)模塊集成到用戶(hù)的B/S信息系統(tǒng)中。

(2)針對(duì)有特定安全要求的信息系統(tǒng)，為了提升信息系統(tǒng)的安全防護(hù)能力，使用USBKey硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的安全性認(rèn)證。需要將該類(lèi)設(shè)備集成進(jìn)入信息系統(tǒng)的安全訪問(wèn)模塊中。

(3)收銀臺(tái)、短信貓、LED大屏、身份證閱讀器、射頻讀卡器、醫(yī)用設(shè)備和銀行POS機(jī)等硬件設(shè)備，一般通過(guò)串口數(shù)據(jù)對(duì)外提供服務(wù)通信。為了管理、監(jiān)控與使用該類(lèi)設(shè)備，需要通過(guò)串口通信的方式完成數(shù)據(jù)交互與功能調(diào)用。

(4)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日漸成熟，信息系統(tǒng)需要集成RFID設(shè)備、攝像頭與云臺(tái)等物聯(lián)網(wǎng)感知與監(jiān)控設(shè)備，以獲取傳感器下發(fā)的信息與數(shù)據(jù)。

4.1.2相關(guān)概念

1.瀏覽器插件

瀏覽器插件是基于瀏覽器的原有功能，對(duì)瀏覽器特定功能進(jìn)行補(bǔ)充并遵循瀏覽器接口規(guī)范的一種程序。瀏覽器插件的作用主要是擴(kuò)展應(yīng)用功能與豐富瀏覽體驗(yàn)，其功能包含了硬件專(zhuān)用軟件功能拓展、安全性提升、多媒體播放、即時(shí)消息通信等。

2.?USBKey

USBKey是一種USB(UniversalSerialBus，通用串行總線(xiàn))接口的硬件設(shè)備。其內(nèi)置單片機(jī)或智能卡芯片，有一定的存儲(chǔ)空間，可以存儲(chǔ)用戶(hù)的私鑰以及數(shù)字證書(shū)，可用于Web互聯(lián)網(wǎng)登錄、系統(tǒng)身份認(rèn)證、郵件加密、數(shù)字簽名、數(shù)字證書(shū)、數(shù)據(jù)簽名、硬盤(pán)數(shù)據(jù)加密等。

3.串口通信

串口通信用于在兩個(gè)設(shè)備之間通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的線(xiàn)路(稱(chēng)為串行端口)傳輸數(shù)據(jù)，在不同領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于工控自動(dòng)化、商業(yè)零售設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備與外部信息系統(tǒng)的交互。

4.?RFID

RFID(RadioFrequencyIdentification)即無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)，是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種。通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)記錄媒體(電子標(biāo)簽或射頻卡)進(jìn)行讀寫(xiě)，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的。RFID主要應(yīng)用于物流、交通、身份識(shí)別、防偽、資產(chǎn)管理、信息統(tǒng)計(jì)、安全控制等領(lǐng)域。

4.2瀏覽器插件4.2.1功能作用在B/S信息系統(tǒng)中，純粹的客戶(hù)端代碼難以實(shí)現(xiàn)部分特定功能，因此需要借助瀏覽器插件的方式實(shí)現(xiàn)，具體作用如下：

(1)訪問(wèn)硬件設(shè)備提供的特定軟件模塊，如調(diào)用手寫(xiě)板的簽名模塊、讀卡器的讀寫(xiě)模塊、計(jì)算機(jī)攝像頭的管理模塊等。

(2)增強(qiáng)本地安全，接管用戶(hù)輸入并進(jìn)行混淆，如網(wǎng)上銀行的密碼輸入框、系統(tǒng)登錄的驗(yàn)證碼等。

(3)表現(xiàn)HTML難以描述的特殊展現(xiàn)形式以及觸發(fā)本地事件，如單擊下載或直接播放。

4.2.2ActiveX技術(shù)

1.工作原理

ActiveX是Microsoft公司提出的一組使用COM技術(shù)使得軟件部件在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行交互的技術(shù)集，與具體的編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)。ActiveX控件可以使COM組件從外觀和使用上能與普通的窗口控件一樣，還提供了類(lèi)似于設(shè)置Windows標(biāo)準(zhǔn)控件屬性的屬性頁(yè)，從而能夠在容器程序的設(shè)計(jì)階段對(duì)ActiveX控件的屬性進(jìn)行可視化設(shè)置。ActiveX控件可基于瀏覽器的信任對(duì)本地硬件設(shè)備進(jìn)行功能調(diào)用，如圖4-1所示。

圖4-1瀏覽器通過(guò)ActiveX調(diào)用本地硬件設(shè)備

2.開(kāi)發(fā)模式

ActiveX控件的開(kāi)發(fā)模式包含以下三種：

(1)直接用COM技術(shù)的API開(kāi)發(fā)。該方法獨(dú)立于開(kāi)發(fā)組件與平臺(tái)，但是其開(kāi)發(fā)難度大，方法較為復(fù)雜，代碼編寫(xiě)與調(diào)試也較為困難，一般不予考慮。

(2)基于傳統(tǒng)的MFC(MicrosoftFoundationClasses，微軟基礎(chǔ)類(lèi)庫(kù))套件，將COM的基本功能封裝在若干MFC的C++?類(lèi)中，開(kāi)發(fā)者通過(guò)繼承類(lèi)屬性得到配套功能支撐。該方法比較適合開(kāi)發(fā)桌面ActiveX控件。

(3)基于ATL(ActiveTemplateLibrary，活動(dòng)模板庫(kù))開(kāi)發(fā)。該方法使用C++的模板技術(shù)，在運(yùn)行時(shí)不需要依賴(lài)于類(lèi)似MFC程序所需要的龐大的代碼模塊，更適合于Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

3.調(diào)用策略

在客戶(hù)端對(duì)ActiveX控件調(diào)用時(shí)，ActiveX使用了安全級(jí)別和證明等兩個(gè)安全性補(bǔ)充策略，確保能通過(guò)Internet發(fā)行。Microsoft提供了驗(yàn)證代碼工具對(duì)組件進(jìn)行簽名，同時(shí)需要從證書(shū)授權(quán)機(jī)構(gòu)獲得一個(gè)數(shù)字證書(shū)，明確對(duì)象并防止隨意篡改信息。因而，在IC卡信息調(diào)用、客戶(hù)端驗(yàn)證等需要使用ActiveX控件的場(chǎng)景中，客戶(hù)端對(duì)ActiveX控件及配套證書(shū)的部署較為煩瑣，有時(shí)甚至需要調(diào)整設(shè)置IE的安全級(jí)別。

4.2.3Applet技術(shù)

1.工作原理

Applet是采用Java編程語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序，作為Web頁(yè)面的一部分運(yùn)行，由支持Java的瀏覽器解釋執(zhí)行。當(dāng)用戶(hù)訪問(wèn)這樣的網(wǎng)頁(yè)時(shí)，Applet被下載到用戶(hù)的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。由于Applet是在用戶(hù)的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的，用戶(hù)可更好地欣賞網(wǎng)頁(yè)上Applet產(chǎn)生的多媒體效果。

在B/S架構(gòu)下經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端的硬件(讀卡器)設(shè)備通信，得到硬件(讀卡器)的數(shù)據(jù)。在此，與硬件設(shè)備通信的C語(yǔ)言或其他語(yǔ)言一般由設(shè)備商提供，系統(tǒng)集成商只負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)JavaScript與Applet的通信，以及JNI(JavaNativeInterface，Java本地接口)與C的通信，工作原理如圖4-2所示。圖4-2瀏覽器Applet通過(guò)JNI調(diào)用本地硬件設(shè)備

2.調(diào)用策略

在客戶(hù)端對(duì)Applet控件調(diào)用時(shí)，需要具備JVM(JavaVirtualMachine，Java虛擬機(jī))環(huán)境，它可以是Web瀏覽器的一個(gè)插件，或一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境。當(dāng)用戶(hù)瀏覽包含Applet的網(wǎng)頁(yè)時(shí)，Applet代碼實(shí)際上是從遠(yuǎn)程服務(wù)器上下載到本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的，因而Applet本身設(shè)定了相應(yīng)的安全規(guī)則來(lái)保證用戶(hù)的系統(tǒng)安全。這些規(guī)則包括：

(1)?Applet無(wú)法調(diào)用/運(yùn)行本地計(jì)算機(jī)上的可執(zhí)行程序。

(2)?Applet除了與所在的服務(wù)器聯(lián)系外，無(wú)法再同任何其他的服務(wù)器取得聯(lián)系。

(3)?Applet不能對(duì)本地文件系統(tǒng)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

4.3USBKey

4.3.1功能

USBKey是一種USB接口的硬件設(shè)備。其內(nèi)置單片機(jī)或智能卡芯片，有一定的存儲(chǔ)空間，主要用作基于公鑰體系的數(shù)字證書(shū)和私鑰的安全載體。由于USBKey本身作為密鑰存儲(chǔ)器，其自身的硬件結(jié)構(gòu)決定了用戶(hù)只能通過(guò)廠商編程接口訪問(wèn)數(shù)據(jù)，這就保證了保存在USBKey中的數(shù)字證書(shū)無(wú)法被復(fù)制，并且每一個(gè)USBKey都帶有PIN(PersonalIdentificationNumber，個(gè)人識(shí)別密碼)碼保護(hù)，形成了“Key+PIN碼”的雙因子認(rèn)證模式，保障了數(shù)字證書(shū)和私鑰的合法使用。

如果用戶(hù)PIN碼被泄露，只要保存好USBKey的硬件就可以保護(hù)自己的證書(shū)不被盜用；如果用戶(hù)的USBKey丟失，獲得者由于不知道該硬件的PIN碼，也無(wú)法盜取用戶(hù)保存在USBKey中的私鑰。并且與PKI(PublicKeyInfrastructure，公鑰基礎(chǔ)設(shè)施)技術(shù)的結(jié)合，使USBKey的應(yīng)用領(lǐng)域從僅確認(rèn)用戶(hù)身份，擴(kuò)展到可以使用數(shù)字證書(shū)的所有領(lǐng)域，廣泛用于安全交易等場(chǎng)合。其功能層次如圖4-3所示。圖4-3USBKey功能層次圖

4.3.2技術(shù)特點(diǎn)

USBKey作為新一代的身份認(rèn)證產(chǎn)品，具有以下特點(diǎn)：

(1)雙因子認(rèn)證。USBKey用作基于公鑰體系的數(shù)字證書(shū)和私鑰的安全載體。通過(guò)采用“Key+PIN碼”的雙因子認(rèn)證，既可以保護(hù)密鑰，又可以保護(hù)數(shù)字證書(shū)。

(2)帶有安全存儲(chǔ)空間。USBKey具有一塊8～128?KB的安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，對(duì)該空間的讀寫(xiě)操作必須通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)，用戶(hù)無(wú)法直接讀取，因此存儲(chǔ)于該空間的用戶(hù)私鑰是不可導(dǎo)出的。這也就防止了其他人復(fù)制數(shù)字證書(shū)或偽造用戶(hù)身份信息的可能。

(3)硬件實(shí)現(xiàn)加密算法。USBKey通過(guò)內(nèi)置CPU或智能卡芯片，可實(shí)現(xiàn)PKI體系中使用的數(shù)據(jù)加解密、簽名驗(yàn)簽、消息摘要等各種算法，保證了密鑰的不可復(fù)制性，從而杜絕了用戶(hù)密鑰被黑客截取的可能性。

(4)便于攜帶，安全可靠。USBKey類(lèi)似于U盤(pán)，非常小巧，便于攜帶。Key中的證書(shū)和密鑰不可導(dǎo)出，硬件不可復(fù)制，更加安全可靠。

4.3.3使用方式

1.身份認(rèn)證應(yīng)用

基于USBKey的簽名和驗(yàn)簽機(jī)制，利用PKI數(shù)字證書(shū)機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶(hù)端的雙向身份認(rèn)證，通過(guò)驗(yàn)證用戶(hù)證書(shū)的有效性和合法性，來(lái)確認(rèn)用戶(hù)具有系統(tǒng)賦予的角色權(quán)限。通過(guò)交易系統(tǒng)的用戶(hù)名、密碼結(jié)合證書(shū)的方式，甚至不需要用戶(hù)名、密碼的方式就可登錄系統(tǒng)，確定用戶(hù)身份。平臺(tái)服務(wù)器可配置服務(wù)器證書(shū)，建立起SSL(SecureSocketLayer，安全套接層)安全通道，用戶(hù)或者客戶(hù)端必須使用證書(shū)才能登錄到系統(tǒng)，通過(guò)雙向的認(rèn)證機(jī)制，保證登錄者的真實(shí)身份。身份認(rèn)證應(yīng)用流程如圖4-4所示。圖4-4身份認(rèn)證應(yīng)用流程

2.數(shù)字簽名應(yīng)用

使用數(shù)字簽名中間件，可對(duì)文字、表格、文件、圖像、圖形等類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，制作數(shù)字信封、證書(shū)解析、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)摘要、獲取數(shù)據(jù)原文等功能。通過(guò)將網(wǎng)上交易平臺(tái)與數(shù)字簽名中間件結(jié)合，當(dāng)用戶(hù)要提交電子數(shù)據(jù)時(shí)，客戶(hù)端程序通過(guò)簽名中間件讀取用戶(hù)的個(gè)人證書(shū)，驗(yàn)證個(gè)人證書(shū)信息及有效性，然后使用簽名中間件的標(biāo)準(zhǔn)簽名方法對(duì)電子文件進(jìn)行簽名，最后發(fā)送到網(wǎng)上交易平臺(tái)。數(shù)字簽名應(yīng)用流程如圖4-5所示。圖4-5數(shù)字簽名應(yīng)用流程

3.數(shù)據(jù)加密應(yīng)用

通過(guò)USBKey技術(shù)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸和存儲(chǔ)的機(jī)密資料，可以通過(guò)兩種方法進(jìn)行保護(hù)：一是建立SSL安全通道，保證傳輸安全；二是對(duì)機(jī)密信息進(jìn)行加密處理后再傳輸和存儲(chǔ)。USBKey采用非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)，發(fā)送方用接收方的公鑰對(duì)原文進(jìn)行加密，接收方用自己的私鑰進(jìn)行解密。因?yàn)橹挥薪邮辗讲艙碛凶约旱乃接忻荑€，所以即使其他人得到了經(jīng)過(guò)加密的會(huì)話(huà)密鑰，也無(wú)法進(jìn)行解密，從而保證了傳輸文件的安全性。USBKey數(shù)據(jù)加密應(yīng)用如圖4-6所示。圖4-6USBKey數(shù)據(jù)加密應(yīng)用

4.4串口通信4.4.1基本原理通常可按以下四步實(shí)現(xiàn)串行通信：

(1)按協(xié)議的設(shè)置初始化并打開(kāi)串口，通知操作系統(tǒng)本應(yīng)用程序需要調(diào)用串口，封閉其他應(yīng)用程序的重復(fù)占用。

(2)配置串口通信參數(shù)。

(3)在串口上往返傳輸數(shù)據(jù)，并在傳輸過(guò)程中進(jìn)行校驗(yàn)。

(4)關(guān)閉串口，即釋放串口以供其他應(yīng)用程序使用。串行通信數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如圖4-7所示。圖4-7串行通信數(shù)據(jù)傳輸示意圖

1.上位機(jī)和下位機(jī)

接口技術(shù)有上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)重要概念。這兩種稱(chēng)謂是相對(duì)的，區(qū)分的方式是確定主動(dòng)方與被動(dòng)方。

(1)上位機(jī)。也就是通信雙方較為主動(dòng)的一方，也稱(chēng)為主機(jī)，可以是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中的其中一臺(tái)，可以是兩臺(tái)設(shè)備間的其中一臺(tái)，也可以是計(jì)算機(jī)與設(shè)備間的其中一臺(tái)，關(guān)鍵是看哪一方處于比較主動(dòng)的位置。

(2)下位機(jī)。通信雙方相比而言處于較為被動(dòng)的一方，一般是指設(shè)備(如單片機(jī))，也可以是某臺(tái)計(jì)算機(jī)。

2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

對(duì)于串行通信而言，在傳輸一個(gè)字符時(shí)，總是以“起始位”開(kāi)始，以“停止位”結(jié)束，字符之間沒(méi)有固定的時(shí)間間隔要求。對(duì)于串行傳輸?shù)拿恳粋€(gè)字符，第一位(起始位)以低電平開(kāi)始，字符內(nèi)容由7位數(shù)據(jù)位組成，其后面是一位校驗(yàn)位(檢驗(yàn)位可以是奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無(wú)校驗(yàn)位)，最后是停止位(停止位通常為一位、一位半或二位)。停止位后面是不定長(zhǎng)的空閑位，停止位和空閑位都規(guī)定為高電平。實(shí)際傳輸時(shí)，每一位的信號(hào)寬度與波特率有關(guān)，波特率越高，寬度越小，在進(jìn)行傳輸之前，雙方一定要使用同一個(gè)波特率設(shè)置。串行通信字符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。圖4-8串行通信字符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.參數(shù)設(shè)置

串口通信主要參數(shù)是波特率、起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位和空閑位等。對(duì)于兩個(gè)需要進(jìn)行串口通信的端口，這些參數(shù)必須匹配，這也是能夠?qū)崿F(xiàn)串口通信的前提。其主要設(shè)置參數(shù)內(nèi)容如下：

(1)波特率。波特率是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)，表示每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)。

(2)起始位。起始位必須是持續(xù)一個(gè)比特時(shí)間的邏輯0電平，表示傳輸一個(gè)字符的開(kāi)始，接收方可用起始位使自己的接收時(shí)鐘與發(fā)送方的數(shù)據(jù)同步。

(3)數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。

(4)奇偶校驗(yàn)位。奇偶校驗(yàn)位僅占一位，是串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式，用于進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，奇偶檢驗(yàn)位不是必須有的。

(5)停止位。停止位是按長(zhǎng)度來(lái)算的。串行異步通信從計(jì)時(shí)開(kāi)始，以單位時(shí)間為間隔(一個(gè)單位時(shí)間就是波特率的倒數(shù))，依次接收所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位，并拼裝成一個(gè)字符的并行字節(jié)；此后應(yīng)接收到規(guī)定長(zhǎng)度的停止位“1”。

(6)空閑位。空閑位是指從一個(gè)字符的停止位結(jié)束到下一個(gè)字符的起始位開(kāi)始，表示線(xiàn)路處于空閑狀態(tài)，必須用高電平來(lái)填充。

4.通信模式

串口通信的通信模式主要包括單工模式、半雙工模式和全雙工模式三種，其示意圖如圖4-9所示。圖4-9串口通信模式示意圖

4.4.2通信方法

1.?Windows串口通信方法

Windows系統(tǒng)函數(shù)已經(jīng)包含了上述通信支持與中斷功能。Windows系統(tǒng)每接收一個(gè)字符，系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)低級(jí)硬件中斷，Windows系統(tǒng)中的串行驅(qū)動(dòng)程序就取得了控制權(quán)，并將接收到的字符放入輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后將控制權(quán)返回正在運(yùn)行的應(yīng)用程序。如果輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)已滿(mǎn)，串行驅(qū)動(dòng)程序用當(dāng)前定義的流控制機(jī)制通知發(fā)送方停止發(fā)送數(shù)據(jù)。隊(duì)列中的數(shù)據(jù)按“先進(jìn)先出”的次序處理。其串口通信具體流程如圖4-10所示。圖4-10實(shí)現(xiàn)串口通信的過(guò)程

2.?Linux串口通信方法

在Linux系統(tǒng)中串口以設(shè)備文件的形式存在，可以使用系統(tǒng)調(diào)用/函數(shù)來(lái)訪問(wèn)它。在Linux系統(tǒng)環(huán)境下處理串口通信的流程和Windows環(huán)境下的處理流程基本一致，包括打開(kāi)串口、串口初始化、讀取或?qū)懭氪?、關(guān)閉串口等過(guò)程。但Linux系統(tǒng)中卻有一個(gè)稍微不方便的地方，那就是普通用戶(hù)一般不能直接訪問(wèn)設(shè)備文件，必須改變?cè)O(shè)備文件的訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置或以root超級(jí)用戶(hù)的身份運(yùn)行程序。

4.4.3串口服務(wù)器

串口服務(wù)器提供串口的網(wǎng)絡(luò)通信功能，能夠?qū)S-232/485/422串口轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)RS-232/485/422串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。通過(guò)串口服務(wù)器，串口設(shè)備能夠立即具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，極大地?cái)U(kuò)展通信距離。串口服務(wù)器的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)例如圖4-11所示。圖4-11串口服務(wù)器的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)例

串口服務(wù)器的通信模式如下：

(1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。串口轉(zhuǎn)換器成對(duì)使用，一個(gè)作為服務(wù)器端，一個(gè)作為客戶(hù)端，兩者之間建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸。該模式適用于將兩個(gè)串口設(shè)備之間的總線(xiàn)連接改造為T(mén)CP/IP網(wǎng)絡(luò)連接。

(2)使用虛擬串口通信模式。一個(gè)或者多個(gè)轉(zhuǎn)換器與一臺(tái)計(jì)算機(jī)建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸。由虛擬串口軟件管理下面的轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬串口對(duì)應(yīng)多個(gè)轉(zhuǎn)換器。該模式適用于串口設(shè)備由計(jì)算機(jī)控制的RS-485總線(xiàn)或RS-232設(shè)備連接。

(3)基于網(wǎng)絡(luò)通信模式。應(yīng)用程序通過(guò)基于Socket(套接字)協(xié)議的通信策略，調(diào)用轉(zhuǎn)換器的Socket協(xié)議通信，從而控制串口設(shè)備。

4.5RFID技術(shù)

4.5.1基本組成

RFID系統(tǒng)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，它通過(guò)射頻無(wú)線(xiàn)信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，通常由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)三部分組成，如圖4-12所示。圖4-12RFID系統(tǒng)組成圖

RFID系統(tǒng)各部分分別介紹如下：

(1)電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽由無(wú)線(xiàn)通信天線(xiàn)和芯片組成，一般附著于物體上，用于識(shí)別目標(biāo)對(duì)象。作為被識(shí)別物的“身份卡”，其內(nèi)部存儲(chǔ)著獨(dú)立且唯一的電子編碼，通過(guò)它能區(qū)分不同的被標(biāo)識(shí)物。

(2)讀寫(xiě)器。讀寫(xiě)器是對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫(xiě)操作以及向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，主要包括射頻模塊和數(shù)字信號(hào)處理單元兩部分。讀寫(xiě)器通過(guò)天線(xiàn)向電子標(biāo)簽發(fā)送射頻調(diào)制信號(hào)，同時(shí)通過(guò)天線(xiàn)接收從電子標(biāo)簽返回載有信息的射頻調(diào)制信號(hào)，經(jīng)處理后傳給中間件或應(yīng)用系統(tǒng)。

(3)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息數(shù)據(jù)中心以及用于管理和控制的應(yīng)用系統(tǒng)組成，其可以通過(guò)API接口與RFID讀寫(xiě)器建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和功能調(diào)用，完成由多個(gè)讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽組成的復(fù)雜RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理與通信功能。

相較于傳統(tǒng)的條碼技術(shù)，RFID技術(shù)具有識(shí)別距離遠(yuǎn)、標(biāo)簽?zāi)陀?、?biāo)簽防偽、存儲(chǔ)信息量大、可并發(fā)識(shí)別等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如表4-1所示。

4.5.2RFID工作原理

1.工作流程

RFID系統(tǒng)的一般工作流程如下：

(1)讀寫(xiě)器將設(shè)定數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)電波經(jīng)過(guò)發(fā)射天線(xiàn)向外發(fā)射。

(2)當(dāng)電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器天線(xiàn)的距離達(dá)到一定閾值時(shí)，電子標(biāo)簽的天線(xiàn)由于電磁感應(yīng)的作用會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)該電流達(dá)到一定程度后，電子標(biāo)簽就會(huì)被激活。電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息就會(huì)被內(nèi)置的天線(xiàn)通過(guò)載波發(fā)送出去。

(3)讀寫(xiě)器天線(xiàn)接收到該載波信號(hào)，并傳送給讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，并送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理。

(4)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該電子標(biāo)簽的合法性，如果合法，就根據(jù)不同的事先設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，并向讀寫(xiě)器下發(fā)相應(yīng)的指令。

(5)讀寫(xiě)器獲取指令后，根據(jù)指令進(jìn)行不同的操作。

RFID系統(tǒng)的基本工作原理如圖4-13所示。圖4-13RFID系統(tǒng)工作原理圖

2.頻率分類(lèi)

RFID技術(shù)根據(jù)工作頻率的不同通?？煞譃榈皖l系統(tǒng)、高頻系統(tǒng)、超高頻系統(tǒng)和微波系統(tǒng)等，性能對(duì)比如表4-2所示。

3.標(biāo)簽分類(lèi)

根據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同，電子標(biāo)簽可分為無(wú)源標(biāo)簽、半有源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽。

(1)無(wú)源電子標(biāo)簽不含電池，它接收到閱讀器發(fā)出的微波信號(hào)后，利用閱讀器發(fā)射的電磁波提供能量。無(wú)源標(biāo)簽一般免維護(hù)，重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、較便宜，但其閱讀距離受到閱讀器發(fā)射能量和標(biāo)簽芯片功能等因素限制。

(2)半有源標(biāo)簽內(nèi)部帶有電池，但電池僅為標(biāo)簽內(nèi)部需維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或遠(yuǎn)距離工作時(shí)供電，電池能量消耗很少。

(3)有源標(biāo)簽工作所需的能量全部由標(biāo)簽內(nèi)部電池供應(yīng)，且它可用自身的射頻能量主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)給閱讀器，閱讀距離很遠(yuǎn)(可達(dá)30?m)，但壽命有限，價(jià)格較貴。

4.5.3關(guān)鍵技術(shù)

1.?RFID中間件

RFID中間件扮演RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，在應(yīng)用程序端使用RFID中間件所提供的一組通用應(yīng)用程序API接口，既能夠同RFID讀寫(xiě)器相連，又能夠讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)

為了能夠保證數(shù)據(jù)的完整性，可以對(duì)傳輸數(shù)據(jù)使用校驗(yàn)法來(lái)判斷數(shù)據(jù)的傳輸錯(cuò)誤并進(jìn)行必要的修正，最常用的校驗(yàn)方法是奇偶校驗(yàn)法以及冗余校驗(yàn)法。數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，需要在一定的范圍內(nèi)來(lái)保證其安全性。在進(jìn)行RFID硬件設(shè)備的調(diào)試過(guò)程中，可以通過(guò)在閱讀器與標(biāo)簽之間建立密鑰來(lái)對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，來(lái)達(dá)到安全的目的。

3.多目標(biāo)識(shí)別技術(shù)

讀寫(xiě)器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射能量形成電磁場(chǎng)，如果多個(gè)附著有RFID電子標(biāo)簽的物品位于讀寫(xiě)器的電磁場(chǎng)區(qū)，就會(huì)在同一時(shí)刻有多個(gè)RFID電子標(biāo)簽向讀寫(xiě)器傳輸信息，從而產(chǎn)生沖突。由于射頻識(shí)別技術(shù)的獨(dú)特性，通常采用反碰撞算法解決這些標(biāo)簽沖突問(wèn)題。

4.無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)

越來(lái)越多的廠商開(kāi)始使用RFID作為室內(nèi)或者數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備的定位實(shí)現(xiàn)技術(shù)。它為在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理系統(tǒng)中資產(chǎn)的區(qū)域定位和軌跡跟蹤提供了實(shí)現(xiàn)技術(shù)，也為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理系統(tǒng)中設(shè)備的自動(dòng)管理提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

4.6攝像頭和云臺(tái)

4.6.1攝像頭

1.種類(lèi)劃分按照接口類(lèi)型劃分，攝像頭可以分為USB、手機(jī)、模擬、網(wǎng)絡(luò)等攝像頭。其中，USB攝像頭采用USB接口；手機(jī)攝像頭采用DVP(DigitalVideoPort，數(shù)字視頻端口)和MIPI(M