基于無線射頻技術的不停車收費系統(tǒng)的設計

1、第一章 緒論1.1 引言 近年來，隨著各類車輛特別是私家車的快速增長，由于大多中小城市高速公路收費站仍采用人工收費方式，使得車輛在交費時需完全停止，引起的交通擁擠、延誤等問題不斷出現，在交通高峰期擁堵現象尤為嚴重。在如何提高收費結算率、避免擁堵方面，收費站已成為高速公路的“瓶頸”問題。另外車輛頻繁的啟動、剎車也造成了能源浪費和環(huán)境污染，同時也加快了車輛部件的磨損，帶來交通隱患?；赗FID技術的高速公路自動收費系統(tǒng)采用無線方式，通過安裝在車輛前部的射頻卡(繳費卡)和置于收費站內的讀卡器進行信息交換，是一種全自動收費方式.該系統(tǒng)的開發(fā)與實現，可以消除人為因素帶來的影響，對于提高收費效率，降低車輛

2、擁堵率具有積極作用。本文結合射頻識別技術的應用提出了一種基于射頻識別技術的高速路不停車電子收費系統(tǒng)(或稱電子收費系統(tǒng)Electronic Toll Collection system，通常稱為ETC)。這個電子收費能夠讓汽車正常速度形式過收費站，很大程度加強了高速公路的流量接受度;推動高速公路的收費方式向電子化發(fā)展，減少了高速公路的運營成本，對于運輸行業(yè)的營運收益會有很大提升;ETC收費站比人工收費站的規(guī)模小，節(jié)約基建費用和管理費用;杜絕了傳統(tǒng)的收費方式的缺點和人工收費的舞弊行為，保證了高速公路收費系統(tǒng)的公平性和高效性;很大程度減少了汽車經過收費站的等待時間，節(jié)約了能耗，減少了污染。簡而言之，

3、它使高速公路管理更有效率，更加規(guī)范化和智能化。1.2 國內外發(fā)展現狀1.2.1國內電子收費系統(tǒng)發(fā)展情況 我國最早的ETC 系統(tǒng)應用開始于1996 年10 月，廣東省路路通有限公司引進美國TI 公司的ETC 收費設備，開發(fā)了ETC 收費系統(tǒng)軟件，并在佛山、南海、順德等地方的收費公路上建立了ETC 車道并投入運營，發(fā)行了一萬多張電子標簽。1998 年，北京首都機場高速公路采用美國MTECH公司的產品，開通了兩條ETC 車道，發(fā)行了500 多張電子標簽。2001 年，廣東省采用組合式ETC技術在廣韶公路、虎門大橋完成ETC 示范工程并使組合式ETC技術進入了真正的可操作階段。2003 年，長沙機場高

4、速路開通了當時最先進的路橋不停車收費系統(tǒng)。2004 年，成都機場高速公路啟用不停車收費系統(tǒng)。2005 年，北京機場高速公路收費站“升級版”的不停車收費系統(tǒng)投入運行，新系統(tǒng)增加了抓拍取證、違章稽查等功能。2006 年12月31日，八達嶺高速與京津塘高速的15個收費站將試行不停車收費系統(tǒng)。2007 年4月，廈門高速公路不停車收費系統(tǒng)運行。目前，我國提出“雙界面CPU卡+兩片式電子標簽”的組合式聯網收費技術方案，并采用人工半自動付費方式和電子不停車收費相結合方式，這種收費方式在很大程度上解決了大規(guī)模路網內電子不停車收費問題。組合式聯網收費系統(tǒng)適合我國高速公路收費發(fā)展的特點和需要。組合式收費系統(tǒng)可以在

5、已建系統(tǒng)上新增電子預付費業(yè)務，避免了重復投資或浪費的問題。我國在進行ETC系統(tǒng)建設時，只需對交通擁堵的收費站或有特別需求的收費站進行改造，涉及的主要是局部車道改造，而無須讓ETC系統(tǒng)自身單獨構成一個封閉式網絡。 最近幾年來，隨著我國高速公路聯網收費的發(fā)展，國內眾多省市高速公路已開通電子不停車收費（ETC）車道。區(qū)域內聯網收費已很成熟，但區(qū)域間聯網收費卻存在系統(tǒng)兼容問題，阻礙了我國高速公路的健康發(fā)展。2007 年 3月 19日，電子不停車收費系統(tǒng)標準正式出臺，該標準從物理層、數據鏈路層、應用層、設備應用和物理層主要參數測試方法五方面做出了相應規(guī)定。 從 1996年至今，我國范圍內己經有26個省市

6、相繼開通了共6800多條ETC車道。并且通過實踐證明，大多數ETC系統(tǒng)是安全、穩(wěn)定、可靠的，并且取得一定規(guī)模和經濟效益。截至2013年底，我國的ETC用戶數量已經超過600萬，根據2014年3月，交通部發(fā)布的交通運輸部關于開展全國高速公路電子不停車收費聯網工作的通知的內容：到2015年底，全國ETC聯網，建成較為完善的ETC基礎設施網絡，主線收費站ETC覆蓋率達到100%;建立多元化的用戶發(fā)展模式，全國ETC用戶數量達到2000萬。未來我國ETC的市場前景巨大。1.2.2 國外電子收費系統(tǒng)發(fā)展情況 國際上，美國、歐洲、日本諸國很早就針對不停車收費系統(tǒng)中的研發(fā)技術、工程實施和標準規(guī)范進行了深入研

7、究，并向國際標準化組織提交了有關不停車收費標準的草案，歐洲和日本提出的標準較為成熟，獲得了較廣泛的廠商支持。自從1988 年美國Lincon 隧道首開不停車收費系統(tǒng)以來，目前美國已有十多個運輸管理機構在進行這方面的工作，大量的不停車收費車道已在美國國內的高速公路上開通。不停車收費系統(tǒng)已經成為美國回收公路投資的有效手段。三菱株式會社、豐田株式會社是日本國內不停車收費系統(tǒng)研究的領先者，并在世界各地廣泛地開展不停車收費系統(tǒng)驗證實驗。1995 年，日本建設省和公路管理公司組織國內10 多家單位在全國各地進行不停車收費系統(tǒng)的現場實驗。1997 年，編制了不停車收費標準草案并提交給國際標準化組織ISO/2

8、04 委員會，并于1998 年在全國推廣不停車收費系統(tǒng)。歐洲在不停車收費方面起步更早，1986 年挪威的Bergen 首次開通不停車收費系統(tǒng)以來，意大利、西班牙、英國、法國等國先后在國內開始了ETC 的應用。1997 年在歐洲標準化委員會（CEN）的協調下，歐洲的不停車收費標準草案順利通過。 國外的不停車收費技術發(fā)展應用已20多年，主要集中在美國、日本、意大利、法國、新加坡等發(fā)達國家，由于研究起步較早，成果比較顯著，技術的使用及系統(tǒng)的管理也相當成熟、完善，并且逐步形成規(guī)模效益。1.3 不停車收費系統(tǒng)的優(yōu)缺點 優(yōu)點: (1)車輛經過收費站不需停車，節(jié)省時間，提高高速公路通行能力。 (2)計費合理

9、，能夠根據路程長短公平收費。 (3)自動收費，減少了收費員的勞動，杜絕了舞弊行為。 缺點: 初次投入資金比較大，維護費用昂貴。ETC對于技術要求較高，國內通過多年的試探階段 ，目前已形成一定的規(guī)模和經濟效益。1.4 不停車收費系統(tǒng)的發(fā)展方向 國內的不停車收費系統(tǒng)經過近幾年的探索、研究與實踐，技術上己經達到推廣的要求?，F在國內所使用的ETC系統(tǒng)收費大多使用的技術都是基于射頻技術的不停車收費系統(tǒng)。不停車收費技術剛開始興起的時候，由于國際上沒有形成規(guī)模，沒有統(tǒng)一的標準，各地使用的技術也不盡相同。未來ETC的方向是朝著國際化，規(guī)范化發(fā)展。我國目前正在制定的相關的技術標準。 近年來，ETC建設在國內越來

10、越受到重視，隨著電子收費的使用，國內許多路段開始走向聯網收費模式。在聯網收費實施的進程中，各地必須統(tǒng)一標準，協調技術上的困難。目前的情況，讓我們認識到了ETC聯網收費的實現還有許多需要解決的問題: 1.首先，每個城市內部的ETC技術必須有統(tǒng)一的標準，進行小范圍內的聯網收費。 2.目前的ETC系統(tǒng)的設備和關鍵技術大多是國外引進，造價比較高。國內的技術有待進一步發(fā)展。收費站，目前國內建成的收費站，結構上不能滿足ETC車道要求。如果另外建設ETC成本較高。 總之，我國的近幾年ETC的發(fā)展雖然遇到很多問題，但也取得了不小的進步。目前國內許多省份己經擁有多條ETC車道。與人工收費方法比較，ETC收費系統(tǒng)

11、的市場適應性更強，要求國內機構加強這方面的發(fā)展。目前，國內大多數收費方式還是以人工收費方式為主。1.5本文的結構 第一章：提出目前國內交通量增加，交通擁堵問題的出現。采用了具體的ETC解決方案。并介紹國內外ETC發(fā)展現狀，以及ETC的優(yōu)缺點。 第二章：ETC系統(tǒng)概述，介紹ETC收費系統(tǒng)的收費方式、組成、工作原理以及關鍵技術。 第三章：RFID系統(tǒng)設計，介紹射頻系統(tǒng)的工作原理，以及組成部分和各部分的設計。第四章：不停車收費系統(tǒng)的設計方案。第五章：總結1.6本章小結本章分析了目前國內高速公路交通擁堵的實際情況，采用了ETC方式收費的解決方案。介紹了ETC收費系統(tǒng)的收費方式和國內外的發(fā)展情況以及經濟

12、、社會效益、環(huán)境效益和經濟效益。第二章 不停車收費系統(tǒng)的概述2.1不停車收費系統(tǒng)的定義 電子不停車收費系統(tǒng)(Electronic Toll Collection System，簡稱ETC系統(tǒng))利用專用短程通信技術(Dedicated Short Range Communication，縮寫為DSRC)，通過安裝在收費車道旁邊的設備裝置(RUS)與安裝在汽車前擋風玻璃上的電子標簽裝置(OBU)之間的信息交互，實現車輛自動識別(Automatic Vehicle Identification簡稱 AVI)技術，車輛自動分類(AVC, Automatic Vehicle Classification

13、)技術和視頻監(jiān)控技術(VES , Video Enforcement System)，采用電子用非現金方式支付，不停車方式實現自動收取車輛通行費的收費方式。簡而言之，即安裝ETC電子標簽的車輛可以以不停車方式行使通過ETC收費站，安裝在收費站的設備自動對同行車輛完成收費的操作過程。ETC收費的方式主要有兩類:記賬式和IC卡扣除式。2.1.1記賬式自動收費方式 記賬自動收費方式是由收費站讀取設備和汽車駕駛員使用的電子IC卡組成。此系統(tǒng)的工作方式是:當汽車通過收費車道時，置于汽車前端的擋風玻璃上(如圖2.1所示)的電子標簽將被OBU設備激活，讀取IC卡內的信息(卡號、車型、車牌號碼、車主姓名等信息

14、)傳輸到站臺計算機，站臺計算機將這些數據信息進行驗證、處理后，根據車型、路程計算出應該支付的通行費，然后將該車的所有信息以及通過時間做1條記錄存儲在數據庫中，以備事后在該用戶IC卡的車輛賬戶上扣除通行費用，或者通知該賬戶的車主交通行費用，這樣就完成了一次記賬式不停車收費的全過程。 圖2.1電子標簽安裝方法2.1.2 IC卡扣除式自動收費方式 IC卡扣除式自動收費方式由路側單元設備、車載兩片式電子標簽機和雙界面電子IC卡組成。此系統(tǒng)的工作方式是:當裝有兩片式電子標簽機和雙界面電子IC卡，并且IC卡上有資金卡的車輛駛入收費車道第一通訊區(qū)域時，收費車道上的天線就被激活，并發(fā)射微波信號激活車載電子標簽

15、，識別該車輛并和車輛內部的電子標簽進行信息交換。天線將讀取車載電子標簽機和雙界面電子IC卡的車主信息、車型、IC卡號、卡內資金余額等信息發(fā)送給收費車道旁邊的路側單元設備，通過計算機對數據檢測可行后，通過車載兩片式電子標簽機在IC卡上扣除金額，當車載兩片式電子標簽機完成扣款后，車輛進入下一通訊區(qū)時，路側單元設備接受兩片式電子標簽機送回扣除的結果消息，若發(fā)回操作完成消息，則控制路側單元設備的計算機將對車輛的信息、出入口、收費金額等信息做1條記錄存儲在數據庫，這樣就完成了一次IC卡扣除式自動收費。 記賬式自動收費方式需交互的數據比較少，效率高，車輛可在高速行駛的狀態(tài)下完成收費交易，路側單元設備比較簡

16、單，并且銀行會幫助扣除通行費用，不需要運營單位直接與道路使用者之間進行金錢交易，這樣會減少之間的矛盾。用戶可以定期去銀行繳納通行費，一般不會出現逃費、透支的現象。 IC卡扣除式自動收費方式由于需交互的數據量大，路側單元設備比較復雜、設備技術要求嚴格、還需要進行現場扣除費用，需要的設備比較復雜，投入資金較大。2.2不停車收費系統(tǒng)的的組成及工作原理依據國內目前高速公路的現狀和電子不停車收費系統(tǒng)的發(fā)展情況，目前國內的ETC收費系統(tǒng)普遍應用技術上比較成熟的5.8GHz微波頻段的專用短程通訊技術，此收費系統(tǒng)的車載電子標簽(OBU)普遍使用兩片式電子標簽和雙界面CPU卡組合工作的形式，達到了使電子不停車收

17、費技術和人工收費技術的成功結合。目前在我國正在推廣使用階段。2.2.1 ETC車道系統(tǒng)構成 ETC系統(tǒng)分為前臺和后臺兩部分。其中，前臺系統(tǒng)包括車輛自動識別系統(tǒng)(Automatic Vehicle Identification, AVI)、車輛自動分類系統(tǒng)(Automatic Vehicle Classification, AVC)和視頻稽查系統(tǒng)(Video Enforcement System, VES)三個核心系統(tǒng);后臺系統(tǒng)包括計算機管理系統(tǒng)、道路運營管理系統(tǒng)、結算中心管理系統(tǒng)、銀行管理系統(tǒng)、客戶服務中心管理系統(tǒng)等。兩者的結構圖分別如圖2- 2, 圖2-3所示。圖2-2 ETC收費系統(tǒng)前臺系

18、統(tǒng)結構圖車輛自動識別系統(tǒng)(AVI)，其主要功能是識別用戶身份并判斷其有效性，包括激光設備與無線電調頻設務兩大類。激光設備通過掃描車輛外側的條碼獲取用戶身份信息，而無線電調頻設備則是通過設備終端發(fā)出的無線波與車載用戶身份標識卡之間的通信完成用戶信息識別過程的。相比之下，激光設備容易受環(huán)境距離等因素影響，無線電調頻設備可靠性更高。 車輛自動分類系統(tǒng)(AVC)，其主要功能是借助傳感器組傳送的信息確定車輛的收費類別。該系統(tǒng)分為傳感器系統(tǒng)和事務處理系統(tǒng)，由前置線圈、感應踏板、發(fā)射光塔、掃描儀和高速攝像等設備組成。其中，傳感器系統(tǒng)用于識別車輛的體積、重量、裝載人數、車軸或車輪的數目、車輛的用途等等，傳感器

19、將包含車輛信息的信號提交事務處理系統(tǒng)后，其中的車輛分類單元根據這些信息確定車輛的收費類別。 視頻稽查系統(tǒng)(VES)，其主要功能是自動獲取違章車輛的車牌號碼。該系統(tǒng)的核心是利用API編程、單片機編程、快速查詢算法、模糊識別等關鍵技術，借助光學字符識別設備實現非法用戶的識別。過程包括感應觸發(fā)、圖像的俘獲、識別、儲存、處理和刪除等。 后臺系統(tǒng)的工作任務主要是為前臺系統(tǒng)提供保障以及對前臺工作的補充和完善。內容包括向客戶發(fā)售車載標識卡、費用的補交與查詢、存儲和管理抓拍圖像等。后臺系統(tǒng)實際上是一個連接各終端的計算機網絡，并具有財務結算性質。收費系統(tǒng)軟件車道收費業(yè)務管理財務管理圖像監(jiān)控上下崗處理，后臺處理及

20、通訊軟件系統(tǒng)管理數據監(jiān)控數據稽查交通分析報表打印數據查詢圖像捕捉查詢圖像收費軟件補票收費 軟 件圖2-3 ETC收費系統(tǒng)后臺系統(tǒng)結構圖 2.2.2不停車收費系統(tǒng)的工作原理 不停車收費系統(tǒng)，通過應用微波自動識別技術和設備，可以將收費工作快速的完成。因為汽車的電子標記就是電子標簽，所以，所有車輛都要有電子標簽，電子標簽大部分都是安裝在車輛前而的擋風玻璃上，它主要應用射頻信號空間耦合來交換數據。一旦持卡的車輛進入不停車收費車道，這個車的車型就能被車型識別設備自動檢測到，這輛車電子標簽卡的信息就能被射頻自動識別讀寫器讀出來，然后將識別采集到的數據傳送到車道控制服務器內中，并進行比較，如果黑名單上沒有這

21、輛車的車號，經設備識別出來的車型和記錄的車型一樣，電子卡中的剩余金額不小于上繳金額，那么，這個電子卡就是有效的，否則，它就是無效的。如果這輛車的電子標簽卡是有效的，那么，欄桿就會自動抬起，通行信號燈就會從紅燈變成綠燈。當車輛離開檢測范圍之后，欄桿就會自動關閉，通行信號燈就會從綠燈變成紅燈一在這個過程中，駕駛員可以在不停車的情況下就可以順利經過不停車收費系統(tǒng)收費車道。 2.3 不停車收費系統(tǒng)的工作流程 ETC是一個集中了射頻識別、計算機網絡、信息處理以及自動控制等多項高新技術，在公路自動收費綜合系統(tǒng)中的應用。它利用車載RFID電子標簽自動與安裝在路側或門架上的RFID閱讀器進行信息交換，中心控制

22、計算機根據RFID電子標簽中存儲的信息識別出車主信息，然后自動從車主的銀行賬號中扣除通行費。ETC收費系統(tǒng)可以做到通行車輛不停車、車輛通行時無人操作與無現金交易。ETC收費系統(tǒng)效果圖如圖2.4所示。 圖2 .4 ETC收費系統(tǒng)的示意圖 高速路收費站ETC通道采用智能型遠距離非接觸RFID閱讀器，當車輛駛抵收費站ETC通道入口時，RFID閱讀器將收費站入口信息數據寫入車載RFID電子標簽內。該車輛在駛至下個收費站ETC通道出口時，RFID讀寫器讀取出車載RFID電子標簽的信息并將讀取到的信息傳送到ETC后臺管理系統(tǒng)。經ETC后臺收費管理系統(tǒng)核對無誤后完成一次網上銀行的自動收費，并開啟綠燈或其他放

23、行信號，控制道閘抬桿，指示車輛正常通過。如果核對該車輛通行合法性有誤，則維持紅燈或其他停車信號，指示該車輛屬于非正常通行車輛，同時安裝的高速攝像系統(tǒng)能將車輛的有關信息數據快速記錄下來并通過管理人員進行處理。該系統(tǒng)的工作流程如下: (1)車主辦理ETC通行以及網上銀行業(yè)務。車主到高速公路管理部門購置RFID電子標簽。由發(fā)行系統(tǒng)向RFID電子標簽輸入車輛識別碼，并在數據庫中存入該車輛的全部有關信息，并在銀行系統(tǒng)開通網上銀行業(yè)務，使銀行賬戶與車主信息綁定。 (2)車輛信息入庫。發(fā)行系統(tǒng)將上述車主、車輛信息輸入收費計算機系統(tǒng)。RFID電子標簽貼在車上相應的部位，可以立即使用。 (3)收費站ETC通道入

24、口寫信息。當車輛通過高速公路ETC通道入口時，該站的收費系統(tǒng)的RFID閱讀器發(fā)出射頻信號，由RFID電子標簽的天線接收射頻信號，激活RFID電子標簽后，該RFID讀寫器同時還向RFID電子標簽寫入入口信息。寫入信息也由電子標簽的天線接收，寫入RFID電子標簽芯片中。 (4)收費站ETC通道出口讀信息。當車輛通過高速公路ETC通道出口時，該站的收費系統(tǒng)的RFID閱讀器發(fā)出射頻信號，由RFID電子標簽的天線接收射頻信號，激活RFID電子標簽后，RFID讀寫器讀寫出RFID電子標簽中存儲的入口信息。 (5)車輛處理。收費計算機系統(tǒng)向執(zhí)行機構輸出執(zhí)行信號。當網上銀行的儲值，即結余金額足夠支付過站的費用

25、時，出站口綠燈亮，給予放行;若結余金額己不多，處于警告值以下，則黃燈亮，提示車主應再購買儲值，但仍予以放行;若結余金額不足或己無余款，則紅燈亮，不予放行。對于闖紅燈的車輛，將由站內攝像機自動攝下站牌號，并由計算機系統(tǒng)記錄沖紅燈的時間，以便追究其責任。 (6)收費完成。上述過程，均于瞬間完成，ETC系統(tǒng)可保證車輛高速通過收費站，收費計算機系統(tǒng)將通過該站的車輛識別碼及其新儲值等信息，經通信網絡，送至有關中心與其他收費系統(tǒng)中。 2.4 本章小結 本章對不停車收費系統(tǒng)定義作了詮釋，介紹ETC收費系統(tǒng)的收費方式、組成、工作原理以及工作流程。 第三章 RFID識別系統(tǒng)研究3.1射頻識別系統(tǒng)的概念RFID即

26、無線射頻識別，俗稱電子標簽，是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。它通過射頻信號自動識別目標對象并對其信息進行標志、登記、儲存和管理，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。 3.2射頻識別系統(tǒng)的組成及工作原理3.2.1 RFID系統(tǒng)組成 一般來說，射頻識別系統(tǒng)由射頻標簽、讀寫器和應用系統(tǒng)三部分組成，其組成結構如圖3.1所示。其中射頻標簽由天線和芯片組成，每個芯片都含有唯一的識別碼，一般保持有約定的電子數據，在實際的應用中，射頻標簽粘貼在待識別物體的表而，其分類、特點及應用領域見表1。讀寫器是根據需要并使用相應協議進行讀取和寫入標簽的信息的設備。它通過網絡系統(tǒng)進行通信，從而完成對射

27、頻標簽信息的獲取、解碼、識別、和數據管理，有手持的或者固定的兩種。應用系統(tǒng)主要完成對數據信息的存儲和管理，并可以對標簽進行讀寫的控制。應用系統(tǒng) 讀 寫 器 電 子 標 簽接 口 模 塊 數 據 庫 管 理 系 統(tǒng) 天 線 射 頻 模 塊 控 制 模 塊 接 口 模 塊時 鐘存儲器編碼器 電源調制器控制器 天 線圖3.1射頻識別系統(tǒng)的組成結構參數低頻率高頻率超高頻率微波125134kHz13.56MHz868915MHz2.45.8GHz讀取距離1.2m1.2m4m15m速度慢中等快非?？飙h(huán)境影響無影響無影響影響較大影響較大全球接收頻率是是部分（歐美）部分（非歐盟）主要應用畜牧業(yè)和動物管理智能卡

28、、門禁、產品標識物流和供應管理不停車收費、貨盤標識的管理 表1 電子標簽分類及特性3.2.2 RFID工作原理 RFID技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現的無接觸式信息傳遞并通過所傳遞的信息達到自動識別的技術。其工作原理和過程概述如下: 1)工作原理。利用射頻信號和空間耦合傳輸特性實現對被識別物體的自動識別。射頻標簽與讀寫器之間通過耦合元件實現射頻信號的空間(非接觸)耦合。在耦合通道內，根據時序關系，實現能量的傳遞和數據的交換。以RFID卡片閱讀器及電子標簽之間的通信及能量感應方式來看大致可以分成:電感耦合及電磁反向散射耦兩種，如圖3.2所示。一般低頻的RFID大都采用

29、電感耦合，通過空間高頻交變磁場實現耦合，依據的是電磁感應定律。而高頻大多采用電磁反向散射耦合(如雷達原理模型)，發(fā)射出去的電磁波，碰到口標后反射，同時攜帶回目標信息，依據的是電磁波的空間傳播規(guī)律。電感耦合 電磁反向散射耦合N讀卡器SS標簽N讀卡器SS標簽圖3.2無線電子標簽工作原理 2)工作過程。當帶有電子標簽的物品在讀寫器的可讀范圍內時，讀寫器發(fā)出磁場，查詢信號將會激活標簽，標簽根據接收到的查詢信號要求反射信號，讀寫器接收到標簽反射回的信號后，通過內部電路的解碼處理無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的口的。然后進一步通過計算機及計算機網絡實現對物體識別信息的采

30、集、處理及遠程傳送等管理功能。3.3本章小結本章對無線射頻技術的定義作了詮釋，對射頻識別系統(tǒng)的組成、工作原理以及工作過程作了介紹。第四章 不停車收費系統(tǒng)的設計方案 完整的不停車收費系統(tǒng)車道系統(tǒng)框圖如圖4所示。ARM嵌入式系統(tǒng)主要完成總體控制，MSP430單片機主要負責車輛繳費信息的顯示，二者互為冗余且都可以控制整個系統(tǒng)，一旦一方出現異常，另一方即可發(fā)出報警信息，在故障排除前代其行使職責，以保證不停車收費系統(tǒng)車道的正常工作。上位機FLASHMSP430ARM單色LED屏CC1100聲光報警整形道閘垂直極化平板天線LC振蕩垂直極化平板天線地感線圈 圖4不停車收費系統(tǒng)車道系統(tǒng)框圖4.1車輛檢測器的設

31、計 車輛檢測器是高速公路交通管理與控制的主要組成部分之一，是交通信息的采集設備。它通過數據采集和設備監(jiān)控方式，在道路上實時地檢測交通量、車輛速度、車流密度和時空占有率等各種交通參數，這些都是智能交通系統(tǒng)中必不可少的參數。檢測器檢測到的數據通過通信系統(tǒng)傳送到本地控制器中或直接上傳至監(jiān)控中心計算機中，作為監(jiān)控中心分析、判斷、發(fā)出信息和提出控制方案的主要依據。 設計中主要使用車輛檢測器作為整個系統(tǒng)的啟動開關，當道路檢測器檢測到有車輛進入時，就發(fā)送一個電信號給RFID讀寫器的主控CPU，由主控CPU啟動整個視頻識別系統(tǒng)，對來車進行識別，并完成自動收費。常用的車輛檢測器種類很多，有電磁感應檢測器、波頻車

32、輛檢測器、視頻檢測器等，具體的有環(huán)形地感線圈檢測器、磁阻檢測器、微波檢測器、超聲波檢測器、紅外線檢測器等，其中，地感線圈檢測器和超聲波檢測器都可做到高精度檢測并且受環(huán)境以及天氣的影響較少，更加適用于不停車收費系統(tǒng)。 但是，超聲波檢測器必須放在車道的頂部，而讀寫器的天線也需要放置在車道比較靠上的位置，二者就有可能會互相影響，且超聲波檢測器價格更高，故在性價比上要遜于地感線圈，更重要的是，地感線圈的技術更加成熟，因此系統(tǒng)采用的是地感線圈檢測器。地感線圈的原理結構如圖4.1所示，其工作原理是在地而下埋設環(huán)形電感線圈，這樣，當有車經過時就會引起電路諧振頻率的上升，只要檢測到此頻率隨時間變化的信號，就可

33、以檢測出是否有車輛通過。環(huán)形線圈的尺寸可隨需要而定，每車道埋設一個，計數精度可達到2%。環(huán)行線圈調節(jié)電壓相位比較器輸入放大器相位鎖定器電流源輸出圖4.1地感線圈的原理結構圖4.2雙核冗余控制設計 考慮到不停車電子收費系統(tǒng)需要常年在室外環(huán)境下工作，一般會受到各種惡劣天氣的影響以及各種污染的侵蝕，所以系統(tǒng)采用了雙核控制的策略一嵌入式系統(tǒng)和單片機的冗余控制。這一策略的具體內容是，平時二者都處于工作狀態(tài)，嵌入式系統(tǒng)負責總體控制，單片機負責大屏幕的顯示，相互通信時都先檢查對方的工作狀態(tài)，一旦某一個CPU狀態(tài)異常，另一個就立即啟動設備異常報警，并暫時接管其工作以保證整個系統(tǒng)的正常工作，直到故障排除恢復正常狀態(tài)。這種冗余設計的實現主要是通過兩套控制系統(tǒng)完成，即嵌入式系統(tǒng)和MSP430單片機各有一套控制板，可以與射頻收發(fā)芯片進行信息交換，都可以采集地感線圈的脈沖信號，都可以控制道閘、紅綠燈、