基于RFID射頻識別技術的道路交通管理系統設計與開發

溫 雯，高 歌

（內蒙古建筑職業技術學院，呼和浩特 010070）

基于RFID射頻識別技術的道路交通管理系統設計與開發

溫 雯，高 歌

（內蒙古建筑職業技術學院，呼和浩特 010070）

0 引言

目前，全國公路交通隨著快速增長的汽車數量呈現出秩序紊亂、疏導壓力驟增的狀況，高速路超速、超重現象比比皆是，事故頻發。市區交通車輛擁塞常態化。為加強路面交通管理，路政、交通管理部門紛紛采用增加人力、警力、安裝先進檢測設備等手段來強化交通管制與疏導，如：采用感應線圈測速、雷達測速、視頻測速、激光測速等多種測速系統對違章行為進行監督。但是，各種應用技術的局限性也影響其廣泛的應用，雷達檢測技術成熟，但測量精度低；感應線圈需要安裝在地下且維護工作量大，激光測速測速精度高，可是受天氣影響大且價格昂貴視，視頻測速安裝維修方便，測量精度高而且可以提供多種交通資料越來越受到人們的重視。但這些測速方法依靠的還是要投入大批警力，并且這些治理方法無法全面、實時、有效地實現路面交通監控。射頻技術與壓電電纜的綜合應用為解決交通管理問題提供了非常好的前景，無線射頻識別是二十世紀90年代興起的一項非接觸的自動識別技術。它利用射頻信號通過空間藕合實現無接觸的信息傳遞, 并通過所傳遞的信息達到識別目的。它與條形碼技術、磁卡技術、光學符號識別等技術相比較具有精度高、防水、防磁、耐高溫、存儲數據容量大、存儲信息更改自如、抗干擾強、操作快捷等許多優點。已被廣泛應用于商業自動化、工業自動化、交通運輸控制管理等眾多領域。融合傳感器技術，可將重量信號、速度信號通過RFID卷標（安裝在機動車上）, 與公路沿線布置的多個讀寫器構成監控網絡，不僅可實現對機動車超速、超重的全程實時監測而且可實現市區交通違章自動記錄并語音通知駕駛員，預防交通事故的發生等作用。

1 RFID應用技術體系

RFID 應用技術體系包括RFID標簽和讀寫器兩個部分，RFID 標簽可以分為有源、無源和半有源三種；按照工作頻率的不同，RFID 標簽可以分為超高頻（UHF）、微波頻率（MW）、低頻（LF）和高頻（HF）四種。其中，具有遠距離識別和低成本特點的當屬UHF標簽，它容易實現規?；慨a，作為智能交通管理系統中重要的一次元件能夠很好地與計算機系統結合并快速處理相關的信息，由此構成完整的RFID應用體系。RFID標簽是將多個功能模塊集成在芯片中實現與讀寫器的通信。芯片存儲了多種信息，如車主姓名、車輛型號、車牌號等，芯片外圍需配合以天線與電源，可以設置識別碼和身份驗證標志等。讀寫器基本上由發射單元、接收單元、信號處理控制單元和電源組成，又稱作收發器。

2 系統設計

RFID射頻識別電子標簽的架構可選用比較成熟的nd2401+AT89C51組對，由于nrf2401芯片使用2.4 GHz全球開放頻段，頻道數達到125個，能很好地滿足調頻及多頻需要，數據吞吐量較大，速率在1 Mbit/s,且外圍元件不多，一般連入一個晶振和一個電阻即可實現射頻電路設計，工作頻率和發射功率等全部工作參數均可通過軟件來進行設置，電源電壓較小，范圍在1.9 V～3.6 V之間，該芯片的內部設有穩壓電路，因此，不論使用DC電源還是DC開關電源，均能達到穩定的通信質量和效果，利用軟件可在芯片上設置40b地址，當收到本機地址時才會將數據輸出，有關協議和CRC糾錯硬件電路均內置在芯片里。

AT89C51是一種8位單片機，具有低功耗高性能的特點，內嵌一個4 K字節的Flash可編擦除只讀存儲器，它采用了高密度非易失性存儲器技術和CMOS工藝，由ALU、專用寄存器組、定時控制部件等組成的央處理器，其調用、跳轉、判斷的能力較為強大并具有豐富的數據傳輸功能，還有提供存放中間結果、常用參數寄存器等功能。為方便高頻（工作頻率為13.56MHz）RIDF標簽貼附在機動車表面，感應器線圈不能繞制，而要采用腐蝕或者印刷的方式制作成天線。當接通和斷開感應器上的負載電阻時，讀寫器天線上的電壓就會發生變化，從而可以利用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調制。負載電壓的接通和斷開則可以通過數據來進行控制，迅捷地將數據從感應器傳輸到讀寫器。限重路段可通過設置路面壓力應變區段，當路面壓力超限時，壓電電纜感應器發出超載信號的同時，讀卡器采集超載車輛信息，傳入交通監控系統進行處理。RFID標簽模塊采用有源標簽。由車載電源供電。讀卡器模塊位于路口，可采用32位微處理器，將識別的信息通過RS-485總線發送至路口的交通信號控制機，也可通過網口將信息直傳監控中心的管理計算機，每一個十字路口可安裝多臺讀卡器，至少安裝4臺讀卡器，使其位于道路右側，為防止讀卡器出現誤讀，可將（至少）4臺讀卡器放置在彼此距離較遠的安全位置上。當采集到的機動車速度超過限速值如60KM/H（市區）或120KM/H或載重超限時，該超限數據送到AT89C51的串口緩沖器中被RIDF標簽采集后可無線傳送給聯網的讀寫器和控制中心, 從而實現對機動車的分布式全程實時監測。

RFID射頻識別交通管理系統可以根據被管理對象狀況靈活構建，從功能上滿足不同的機動車監控要求，一般由如下子系統構成：

1）交通違章檢測子系統

由RFID閱讀器、車輛過往檢測單元、交通信號燈狀態檢測單元和用于在通過交通信號燈狀態檢測單元判定當前交通信號燈處于紅燈狀態且通過車輛過往檢測單元,檢測到有車輛經過時判定該車輛違章并控制RFID閱讀器讀取該車輛RFID身份標簽的控制單元。這樣構成的檢測裝置可在車輛闖紅燈時有效獲取車輛身份信息，并抓拍現場畫面以提供有效證據，以及回傳RFID身份標簽和現場畫面，解決現有闖紅燈攝像裝置圖片模糊等問題。如圖1所示。

圖1 系統構成示意圖

2）超速檢測子系統

系統包括測速單元和記錄單元，即射頻識別標簽、射頻識別讀取器、信息傳輸單元、監控中心計算機系統；射頻識別標簽存儲車輛的信息，并貼附在機動車輛上；由射頻識別讀取器完成對車輛的識別、車輛信息的讀取、違規車輛信息的記錄；射頻識別讀取器與信息傳輸單元連接并通過信息傳輸單元發送和接收信息；信息傳輸單元采用有線連接通訊技術或無線通訊技術，將信息發送到監控中心的計算機系統，或將監控中心發送的命令傳送給射頻識別讀取器進行相應的操作；監控中心計算機系統存儲射頻識別讀取器發送來的信息并做相應處理，同時發送控制射頻識別讀取器的指令。如圖2所示。

圖2 超速檢測系統示意圖

3）超載檢測子系統

壓電薄膜交通傳感器檢測，經過傳感器的輪胎,會對壓電薄膜產生壓力形變，輸出一個與所收壓力成正比的模擬信號, 其輸出的周期與輪胎經過傳感器上的時間相同。每一個輪胎碾壓傳感器時,傳感器就會即時產生一個新的電子脈沖。利用壓電薄膜傳感器對行駛車輛稱重的檢測原理是對受力產生的信號積分?？刹捎秒姼芯€圈+ 壓電傳感器的方案，既可測得軸數又可測得車數，兩個傳感器之間的距離L一般取3 米,或短于3 米(也可根據需要確定)。動態稱重系統同時具備識別單、雙輪胎的能力,即通過斜埋壓電電纜3就可解決這個問題。Φ一般取30°～50°。對經過車輛通過身份識別后，讀取壓力傳感器數據，將身份數據與載重數據送入上位機進行超載檢測，應用壓電電纜進行動態超載檢測的布置如圖3所示。

圖3 壓電電纜埋設示意圖

3 系統設計及運行應考慮的問題

在系統設計時，應采用有源RFID標簽來標識車輛，因有源RFID標簽具有投入成本低、可靠性高，維護簡便、定位精確等優點，安裝實施簡單。無須對（市區）原有紅綠燈設備進行拆卸，只需在車輛上安裝粘貼相應的電子標簽，而在原來有紅綠燈基礎上安裝RFID讀寫設備及調整信號燈控制器軟件即可實行。

由于道路的情況復雜，很容易對標簽的微波信號進行反射與衍射，為防止同一RFID卡號被多個讀卡器讀取到，從而導致對請求信號的誤判，可通過軟件設定一旦讀到RFID標簽信號，則后續讀卡器在規定時間內(如30秒)對此RFID卡號進行屏蔽，這樣可以避免同一ID號被一條道路上兩臺讀卡器讀到后造成對信息的誤判。而對多個信號的識別本著時間優先的原則進行處理。數據采集及處理流程如圖4所示。

圖4 數據采集與處理流程

4 結束語

本文對一種集機動車超速、超載監測與市區交通路口違章監控功能于一體的路面交通管理系統的構成做了分析，認為該系統能夠完成對機動車行駛車速、超載、違章信號的采集、無線傳輸及處理，當機動車的實際行駛速度、載重超過限定值，或是交通路口違章時,系統能及時發現、及時處理，該系統進一步的完善應用，將會為嚴肅交通秩序，強化交通管理提供一種有效的管理手段，具有良好的產業化前景和推廣價值。

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RFID radio frequency identification technology based on road traffic management system design and development

WEN Wen, GAO Ge

本文介紹了一種由基于射頻識別技術的芯片與微控制器組成的射頻標簽與讀卡器系統。文中闡述了系統的設計，包括標簽模塊，讀卡器模塊，通信模塊，以及各種主要單元模塊的功能和工作過程。并將這一系統應用于實際的道路交通，對于強化交通管理、維護交通秩序能發揮良好的作用。

射頻識別；交通違章；速度檢測；超載檢測

溫雯（ 1963－），女，副教授，高級工程師，主要從事電氣工程設計、智能化工程技術系統開發和教學工作。

TP315

A

1009-0134(2011)4(下)-0151-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).45

2010-11-22