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RFID(Radio Frequency Identification；無(wú)線(xiàn)射頻識別)技術(shù)有非接觸、閱讀速度快、閱讀信息量大、可讀可寫(xiě)、識別率極高、不受環(huán)境的影響、便于調試和安裝、保密性強、無(wú)磨損、壽命長(cháng)、能同時(shí)識別多個(gè)目標等特點(diǎn)和優(yōu)勢。將RFID應用于車(chē)輛的自動(dòng)收費系統是十分理想的。 在國外RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛地應用于高速公路的車(chē)輛不停車(chē)自動(dòng)收費系統。山西省高速公路網(wǎng)規劃將在原有基礎上增加2 110 km，2009年高速公路建設里程將超2 000 km。隨著(zhù)中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展及2009年經(jīng)濟危機背景下發(fā)布的汽車(chē)工業(yè)發(fā)展計劃，車(chē)輛保有量出現了飛速的增長(cháng)，也推動(dòng)了我省的高速公路發(fā)展。與此同時(shí)，原有的以人工為主的收費系統因為效率低下，逐漸無(wú)法適應當前的狀況�；谏漕l識別(RFID)技術(shù)的自動(dòng)收費系統為解決這一矛盾提供了可能。本文提出了一種基于nRf2401無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的ETC系統。 1 硬件設計 考慮到安全，車(chē)輛通過(guò)收費口時(shí)車(chē)速時(shí)速不應超過(guò)60 km／h。本系統采用的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊通信距離為30 m，則總的通信時(shí)間應控制在1．8 S以?xún)��？紤]到環(huán)境干擾等因素，應將總的通信時(shí)間控制在1 S以?xún)�。識別率為99．9 。 1．1 系統總體結構 系統分為讀寫(xiě)器、上位機及電子標簽三部分。電子標簽安置在車(chē)輛前檔風(fēng)玻璃下，讀寫(xiě)器安裝在收費口外側，共兩個(gè)。上位機安裝在高速入口原收費崗內，便于保護貴重的電腦系統。讀寫(xiě)器和電子標簽8O 硬件電路相同，可以減少開(kāi)發(fā)費用、降低生產(chǎn)成本。如圖1所示： 1．2 電子標簽硬件設計 無(wú)線(xiàn)通信采用nRF2401單片射頻收發(fā)芯片，工作頻率2．4 GHz ISM 頻段。芯片能耗非常低，以0．032 mW 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有lO．5 mA，接收時(shí)工作電流只有18 mA，其DuoCeiverTM 技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線(xiàn)，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數據。 nRF2401有工作模式有四種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機模式。 控制器采用AT89S52，TQFP封裝。At89s52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。擁有靈巧的8位CPU 和在系統可編程FLASH。另外，AT89S52可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。在休眠狀態(tài)，單片機僅消耗5OμA的電流，可以大幅延長(cháng)標簽內部電池壽命。標簽電源采用CR2032電池，屬3 V扣式鋰錳電池，CR這電池的國際IEC編號，2O代表此款電池的直徑是20 mm，32代表此款電池的厚度為3．2mm。標稱(chēng)電壓為3．0 V，額定容量為220 mAh。一枚CR2032可以使電子標簽最長(cháng)工作0．5年。 1．3 讀寫(xiě)器硬件設計 無(wú)線(xiàn)通信部分采用nRF2401；控制器部分采用AT89S52。硬件電路與電子標簽相同。讀寫(xiě)器包含RS232通信接口與上位機進(jìn)行通信，傳送車(chē)輛信息。當上位機與讀寫(xiě)器無(wú)法通信時(shí)，車(chē)輛信息會(huì )臨時(shí)儲存在讀寫(xiě)器中。電源包括220 V交流和鋰電池，220 V整流穩壓后為電路提供電能，當220 V 電源不可用時(shí)，由鋰電池繼續供電維持讀寫(xiě)器工作。 2 系統工作流程 高速入口： (1)讀寫(xiě)器會(huì )不停的向周?chē)l(fā)射詢(xún)問(wèn)信號。當有車(chē)輛進(jìn)入外側讀寫(xiě)器信號覆蓋范圍，車(chē)上的電子標簽會(huì )被詢(xún)問(wèn)信號喚醒。 (2)標簽向讀寫(xiě)器發(fā)出握手信號，提出通信申請。握手信號中包含電子標簽擁有的唯一的ID號。讀寫(xiě)器接受握手信號后，向電子標簽發(fā)出確認握手信號。在接收到確認握手信號前，標簽將會(huì )不斷發(fā)射握手信號。 (3)電子標簽接受到握手信號后，向讀寫(xiě)器發(fā)出請求認證信號，包含加密信息。讀寫(xiě)器接受到請求認證信號后，如加密信息確認，則發(fā)送認證完成信號給電子標簽，信號中包含高速路口代碼和當前時(shí)間。如加密信息沒(méi)有確認，讀寫(xiě)器將返回錯誤信號給電子標簽。 (4)讀寫(xiě)器向上位機發(fā)送確認信號，上位機將此時(shí)的時(shí)間及高速人口代碼存儲進(jìn)數據庫。 (5)電子標簽接受到認證完成信號后，將當前時(shí)間和高速人LI代碼記錄進(jìn)存儲器。若接受到錯誤信號，標簽會(huì )再次發(fā)送認證信號。 高速出口： (1)～(2)與入口流程相同。 (3)標簽向讀寫(xiě)器發(fā)出握手信號，提出通信申請。握手信號中包含電子標簽擁有的唯一的ID號和標簽存儲的人口時(shí)間和人口代碼。讀寫(xiě)器接受握手信號后，向電子標簽發(fā)出確認握手信號。在接收到確認握手信號前，標簽將會(huì )不斷發(fā)射握手信號。 (4)標簽收到確認握手信號，將入口信息清空。 (5)讀寫(xiě)器將人口時(shí)間和代碼發(fā)送給上位機。 (6)上位機通過(guò)與當前出口代碼比較，計算出兩個(gè)路口之間的距離并計算出相應費用。 (6)人工收費后，開(kāi)啟橫桿放行車(chē)輛。 3 關(guān)鍵技術(shù) 3．1 車(chē)輛識別技術(shù) nRF2401具有發(fā)射功率可調功能。當讀寫(xiě)器發(fā)射功率為0．1 mW ，試驗證明可以在10 m范圍內檢測到車(chē)輛上的電子標簽。在出人口設置2個(gè)讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器相距20 m。在讀寫(xiě)器中間設置微波感應器。當兩個(gè)讀寫(xiě)器同時(shí)檢測到同一個(gè)電子標簽，且微波感應器感應到車(chē)輛，則系統判斷出一個(gè)車(chē)輛正在通過(guò)出入口。這樣保證車(chē)輛通過(guò)時(shí)能正確識別車(chē)輛。如圖2所示： 3．2 信息加密技術(shù) 為保證通信信息在傳輸中的安全性，防止信息被篡改和偽造，信息在傳輸過(guò)程中進(jìn)行了加密處理。讀寫(xiě)器和電子標簽首次通信采用明碼，確認對方存在。然后由讀寫(xiě)器發(fā)送一串加密的隨機數給電子標簽，標簽解密后重新加密再發(fā)送給讀寫(xiě)器，若讀寫(xiě)器判斷解密后的數字與隨機數相同，則握手成功，此后電子標簽和讀寫(xiě)器之間的通信數據全部加密；若不相同則停止與這個(gè)電子標簽通信，ID列入黑名單。 4 結論 通過(guò)試驗，本系統達到了預期的效果。試驗2O次，識別成功20次，成功率100 。試驗到5O次，識別成功49次，成功率98％。該系統可以有效解決高速公路收費堵車(chē)的問(wèn)題，實(shí)現了無(wú)人值守不停車(chē)自動(dòng)收費，提高收費工作的效率。 |
