物聯網ZigBee技術在套牌車監管中的應用研究

楊 博

（內江師范學院 國有資產與實驗設備管理處，內江 641112）

0 引言

套牌車在我國被明確禁止。套牌車不僅侵犯廣大合法車主的利益，擾亂正常交通秩序， 嚴重影響道路交通安全，還加劇了交管和公安等部門對違規、違法案件偵破查處的難度。同時，套牌車直接導致國家稅收、政府財政收入大量流失，據不完全統計，每年全國漏征養路費高達人民幣30～40億元。

而目前，我國對套牌車監管基本靠“望、摸、問、查”等傳統方式，其中望是指從形、色、字的角度觀察車牌外形。摸是指用手感知字體邊緣是否有棱角或牌照背面被敲打過。問是指詢問車主是否清楚正常領證程序等問題，以佐證是否套牌。查是指根據車牌號碼，通過網絡核查車輛登記檔案。這種傳統手工方式存在著漏查、誤查、稽查人員工作強度大等弊端，因此，套牌的監管治理亟需先進有效的技術手段。

本文通過深入分析研究Zigbee技術，嘗試提出了利用Zigbee技術對套牌車進行有效監管的方案，整個系統由植入到機動車中的無源電子標簽，ZigBee無線控制基站及后臺應用程序等三大部分組成。可以部署在城市停車場、加油站、收費站等機動車臨時停靠場所進行套牌車的識別和鎖定，為行政管理部門打擊套牌車提供了有力的技術支持。

1 ZigBee概述

ZigBee是遵循IEEE802.15.4協議標準的無線傳輸技術，適用于工業現場自動化控制、家庭自動化、工業與環境控制、醫療護理、環境監測等領域。具有如下顯著特點：

1）低功耗: ZigBee設備發射輸出功率區間為03.6dBm到3.6dBm，通信距離區間為30米到70米，可自動調整發射功率，保持最低限度功耗，支持休眠模式。目前，一對5號電池就能使得ZigBee設備工作3年。

2）成本低： ZigBee基站成本1000元/個較移動通信網絡基站成本百萬元而言，相當便宜。同時，ZigBee協議本身是免專利費的。

3）時延短: ZigBee節點入網耗時30 ms，較藍牙的3～10 s和WiFi的3 s耗時而言，ZigBee更適用短時延要求的無線控制應用。

4）安全可靠：CRC應用于ZigBee能保證數據完整性,同時,ZigBee系統支持無安全設定、ACL、AES128的三級安全模式。

綜上，根據本文方案需求，ZigBee以無可比擬的優勢顯示其適用性。

2 系統整體結構

本系統主要利用ZigBee無線網絡識別和鎖定套牌車，為交管和運輸部門打擊套牌車違法行為提供技術支持，其整體結構見圖1。

圖1 套牌車識別鎖定系統結構圖

在辦理牌照時，機動車主不僅要辦理實物車牌，交管部門還將在機動車中植入一個電子標簽，其中存儲了機動車的牌照號及發動機號等信息，數據信息經過加密，能有效防止數據被非法篡改或假冒，因此，電子標簽實質上等同于“電子車牌”，能保證牌照和發動機號唯一對應，隨時查驗。當機動車進入停車場、加油站、收費站等無線網絡覆蓋的區域時候，電子標簽中的信息自動被讀出并顯示在交管部門檢查點的終端屏幕上。沒有安裝電子標簽或標簽中關鍵信息與機動車實際信息不符都將被認定為套牌車，該電子標簽將被鎖定，系統報警；只有機動車主在接受處罰后或能有效證明不是套牌車后，系統才可以將該電子標簽解鎖。此外，套牌車的信息還將通過交通內網集中到交管部門的數據庫服務器中，便于交管部門統一對套牌車開展治理整頓行動。

3 系統設計及實現

本文整個ZigBee系統設計由硬件設計及軟件開發兩個部分組成。

3.1 硬件設計

1）ZigBee硬件設計

中心節點、路由器、放大電路等是ZigBee系統硬件的有機組成部分。整個系統硬件結構見圖2所示。

圖2 硬件結構圖

2）中心節點設計

ZigBee路由器、ZigBee終端節點及ZigBee中心節點三個部分構成了ZigBee的硬件系統。本文以ZigBee中心節點為例分析其硬件設計，中心節點的結構如圖3所示。

圖3 中心節點結構圖

其中，JN5121組成部分有16MHz的晶振、JN5121芯片、lM bitFLASH存儲、退耦裝置及天線等。將要運行的應用程序都存儲在JN5121模塊內部處理器FLASH里，啟動系統后，FLASH存儲里的程序被下載到RAM里運行。

3）ZigBee中心節點的供電電路設計

供電由ZigBee中心節點協調器控制板通過以下兩種途徑實現：①可以將中心節點協調器和具有串口的設備連接起來供電,適用于中心節點協調器相對固定的時侯，不需要更換電池；②當中心節點協調器需要移動時，2節1.5V電池就可以滿足供電的需求。供電電路如圖4所示。

圖4 中心節點供電電路圖

一個選擇跳線J2就可以實現上述兩種供電方式。其中，跳線的1和2引腳連接實現串口供電；跳線的2、3引腳連接實現電池供電。無論選擇前者還是后者都使用SW5電源開關。

3.2 軟件設計

1）通信功能軟件模塊設計

為判斷ZigBee網絡建立及數據收發的正確性，ZigBee系統通過串口將中心節點及終端節點上位機相連，即時監測階段接受和發送的數據。其中，LEDI處于常亮狀態表征中心節點及各終端節點上電。無線網絡建立成功后，表征無線網絡保持連接的是LED2閃爍1次/秒。ZigBee串口通信程序流程圖如圖5所示。

圖5 ZigBee串口通信程序流程圖

2）ZigBee 無線網絡建立及通信流程

ZigBeeWSN的建立流程如圖6所示。由中心節點協調器完成建立ZigBee網絡的功能，終端節點入網請求的電壓數據被傳輸到中心節點協調器后，由中心節點協調器通過串口與上位機進行通信，在得到上位機的控制命令數據后，中心節點協調器將自動分配具有唯一性的網絡地址給終端節點。當終端節點全部被并入WSN后，ZigBeeWSN就建立完成，表示可以開始數傳。

圖6 ZigBee無線網絡的建立流程

圖7 ZigBee中心節點和終端節點的通信流程

ZigBee中心節點協調器和終端節點的通信流程如圖7所示，無線網絡成功建立后，通過ZigBee無線網絡，需要傳輸的數據被終端節點傳輸到ZigBee中心節點協調器，終端節點如果到中心節點協調器距離值較大的情況下，數據傳輸就需要依靠ZigBee路由節點進行路由轉發。

ZigBee無線網絡在實際應用中呈現的拓撲結構可以是星型、網型和樹型，比較復雜。當數據信息被ZigBee終端節點通過ZigBeeWSN發送給中心節點協調器后，中心節點協調器就會向串口發送數據信息，上位監控平臺讀取數據信息并將讀到的數據信息做深入的分析處理，及時存儲。

4 結論

本文依據ZigBee網絡設計的識別套牌車的通信模塊經調試，該節點在模擬試驗中應用良好，可實現兩個節點間的無線通信，指示接收、發送和應答等信息能在LED中得到正常顯示，達到了設計要求。本方案軟件產品二次開發，可以根據車輛和車主信息數據庫，更為廣泛的應用于套牌車等違法車輛和交通違規、車肇事逃逸車等問題車輛的稽查，使得交通稽查成本在最大程度得以降低、稽查效率得以提高，同時，更重要的是在某種程度上保護了人們的生命財產，利于構建安全智慧的交通環境。

[1] Kinney P.ZigBee technology: wireless control that simply works[DB/OL].http://www.hom.etoys.com/htinews/oct03/articles/Kin-ney/ZigBee.htm, 2004-08-30.

[2] LAN/MAN Standard Committee.Part 15.4: Wireless medium access control(MAC)and physical layer(PHY)Specif i cations for low-rate wireless personal area networks[EB/OL].http://www.Zigbee.org/,2004-08-30.

[3] Morais R, Fernandes M A, Matos S G, et al.A ZigBee multipowered wireless acquisition device for remote sensing applications in precision viticulture[J].Computers and Electronics in Agriculture, 2008, 62(2).