基于RFID射频识别技术的道路交通管理系统设计与开发

温 雯，高 歌

（内蒙古建筑职业技术学院，呼和浩特 010070）

基于RFID射频识别技术的道路交通管理系统设计与开发

温 雯，高 歌

（内蒙古建筑职业技术学院，呼和浩特 010070）

0 引言

目前，全国公路交通随着快速增长的汽车数量呈现出秩序紊乱、疏导压力骤增的状况，高速路超速、超重现象比比皆是，事故频发。市区交通车辆拥塞常态化。为加强路面交通管理，路政、交通管理部门纷纷采用增加人力、警力、安装先进检测设备等手段来强化交通管制与疏导，如：采用感应线圈测速、雷达测速、视频测速、激光测速等多种测速系统对违章行为进行监督。但是，各种应用技术的局限性也影响其广泛的应用，雷达检测技术成熟，但测量精度低；感应线圈需要安装在地下且维护工作量大，激光测速测速精度高，可是受天气影响大且价格昂贵视，视频测速安装维修方便，测量精度高而且可以提供多种交通资料越来越受到人们的重视。但这些测速方法依靠的还是要投入大批警力，并且这些治理方法无法全面、实时、有效地实现路面交通监控。射频技术与压电电缆的综合应用为解决交通管理问题提供了非常好的前景，无线射频识别是二十世纪90年代兴起的一项非接触的自动识别技术。它利用射频信号通过空间藕合实现无接触的信息传递, 并通过所传递的信息达到识别目的。它与条形码技术、磁卡技术、光学符号识别等技术相比较具有精度高、防水、防磁、耐高温、存储数据容量大、存储信息更改自如、抗干扰强、操作快捷等许多优点。已被广泛应用于商业自动化、工业自动化、交通运输控制管理等众多领域。融合传感器技术，可将重量信号、速度信号通过RFID卷标（安装在机动车上）, 与公路沿线布置的多个读写器构成监控网络，不仅可实现对机动车超速、超重的全程实时监测而且可实现市区交通违章自动记录并语音通知驾驶员，预防交通事故的发生等作用。

1 RFID应用技术体系

RFID 应用技术体系包括RFID标签和读写器两个部分，RFID 标签可以分为有源、无源和半有源三种；按照工作频率的不同，RFID 标签可以分为超高频（UHF）、微波频率（MW）、低频（LF）和高频（HF）四种。其中，具有远距离识别和低成本特点的当属UHF标签，它容易实现规模化量产，作为智能交通管理系统中重要的一次元件能够很好地与计算机系统结合并快速处理相关的信息，由此构成完整的RFID应用体系。RFID标签是将多个功能模块集成在芯片中实现与读写器的通信。芯片存储了多种信息，如车主姓名、车辆型号、车牌号等，芯片外围需配合以天线与电源，可以设置识别码和身份验证标志等。读写器基本上由发射单元、接收单元、信号处理控制单元和电源组成，又称作收发器。

2 系统设计

RFID射频识别电子标签的架构可选用比较成熟的nd2401+AT89C51组对，由于nrf2401芯片使用2.4 GHz全球开放频段，频道数达到125个，能很好地满足调频及多频需要，数据吞吐量较大，速率在1 Mbit/s,且外围元件不多，一般连入一个晶振和一个电阻即可实现射频电路设计，工作频率和发射功率等全部工作参数均可通过软件来进行设置，电源电压较小，范围在1.9 V～3.6 V之间，该芯片的内部设有稳压电路，因此，不论使用DC电源还是DC开关电源，均能达到稳定的通信质量和效果，利用软件可在芯片上设置40b地址，当收到本机地址时才会将数据输出，有关协议和CRC纠错硬件电路均内置在芯片里。

AT89C51是一种8位单片机，具有低功耗高性能的特点，内嵌一个4 K字节的Flash可编擦除只读存储器，它采用了高密度非易失性存储器技术和CMOS工艺，由ALU、专用寄存器组、定时控制部件等组成的央处理器，其调用、跳转、判断的能力较为强大并具有丰富的数据传输功能，还有提供存放中间结果、常用参数寄存器等功能。为方便高频（工作频率为13.56MHz）RIDF标签贴附在机动车表面，感应器线圈不能绕制，而要采用腐蚀或者印刷的方式制作成天线。当接通和断开感应器上的负载电阻时，读写器天线上的电压就会发生变化，从而可以利用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。负载电压的接通和断开则可以通过数据来进行控制，迅捷地将数据从感应器传输到读写器。限重路段可通过设置路面压力应变区段，当路面压力超限时，压电电缆感应器发出超载信号的同时，读卡器采集超载车辆信息，传入交通监控系统进行处理。RFID标签模块采用有源标签。由车载电源供电。读卡器模块位于路口，可采用32位微处理器，将识别的信息通过RS-485总线发送至路口的交通信号控制机，也可通过网口将信息直传监控中心的管理计算机，每一个十字路口可安装多台读卡器，至少安装4台读卡器，使其位于道路右侧，为防止读卡器出现误读，可将（至少）4台读卡器放置在彼此距离较远的安全位置上。当采集到的机动车速度超过限速值如60KM/H（市区）或120KM/H或载重超限时，该超限数据送到AT89C51的串口缓冲器中被RIDF标签采集后可无线传送给联网的读写器和控制中心, 从而实现对机动车的分布式全程实时监测。

RFID射频识别交通管理系统可以根据被管理对象状况灵活构建，从功能上满足不同的机动车监控要求，一般由如下子系统构成：

1）交通违章检测子系统

由RFID阅读器、车辆过往检测单元、交通信号灯状态检测单元和用于在通过交通信号灯状态检测单元判定当前交通信号灯处于红灯状态且通过车辆过往检测单元,检测到有车辆经过时判定该车辆违章并控制RFID阅读器读取该车辆RFID身份标签的控制单元。这样构成的检测装置可在车辆闯红灯时有效获取车辆身份信息，并抓拍现场画面以提供有效证据，以及回传RFID身份标签和现场画面，解决现有闯红灯摄像装置图片模糊等问题。如图1所示。

图1 系统构成示意图

2）超速检测子系统

系统包括测速单元和记录单元，即射频识别标签、射频识别读取器、信息传输单元、监控中心计算机系统；射频识别标签存储车辆的信息，并贴附在机动车辆上；由射频识别读取器完成对车辆的识别、车辆信息的读取、违规车辆信息的记录；射频识别读取器与信息传输单元连接并通过信息传输单元发送和接收信息；信息传输单元采用有线连接通讯技术或无线通讯技术，将信息发送到监控中心的计算机系统，或将监控中心发送的命令传送给射频识别读取器进行相应的操作；监控中心计算机系统存储射频识别读取器发送来的信息并做相应处理，同时发送控制射频识别读取器的指令。如图2所示。

图2 超速检测系统示意图

3）超载检测子系统

压电薄膜交通传感器检测，经过传感器的轮胎,会对压电薄膜产生压力形变，输出一个与所收压力成正比的模拟信号, 其输出的周期与轮胎经过传感器上的时间相同。每一个轮胎碾压传感器时,传感器就会即时产生一个新的电子脉冲。利用压电薄膜传感器对行驶车辆称重的检测原理是对受力产生的信号积分。可采用电感线圈+ 压电传感器的方案，既可测得轴数又可测得车数，两个传感器之间的距离L一般取3 米,或短于3 米(也可根据需要确定)。动态称重系统同时具备识别单、双轮胎的能力,即通过斜埋压电电缆3就可解决这个问题。Φ一般取30°～50°。对经过车辆通过身份识别后，读取压力传感器数据，将身份数据与载重数据送入上位机进行超载检测，应用压电电缆进行动态超载检测的布置如图3所示。

图3 压电电缆埋设示意图

3 系统设计及运行应考虑的问题

在系统设计时，应采用有源RFID标签来标识车辆，因有源RFID标签具有投入成本低、可靠性高，维护简便、定位精确等优点，安装实施简单。无须对（市区）原有红绿灯设备进行拆卸，只需在车辆上安装粘贴相应的电子标签，而在原来有红绿灯基础上安装RFID读写设备及调整信号灯控制器软件即可实行。

由于道路的情况复杂，很容易对标签的微波信号进行反射与衍射，为防止同一RFID卡号被多个读卡器读取到，从而导致对请求信号的误判，可通过软件设定一旦读到RFID标签信号，则后续读卡器在规定时间内(如30秒)对此RFID卡号进行屏蔽，这样可以避免同一ID号被一条道路上两台读卡器读到后造成对信息的误判。而对多个信号的识别本着时间优先的原则进行处理。数据采集及处理流程如图4所示。

图4 数据采集与处理流程

4 结束语

本文对一种集机动车超速、超载监测与市区交通路口违章监控功能于一体的路面交通管理系统的构成做了分析，认为该系统能够完成对机动车行驶车速、超载、违章信号的采集、无线传输及处理，当机动车的实际行驶速度、载重超过限定值，或是交通路口违章时,系统能及时发现、及时处理，该系统进一步的完善应用，将会为严肃交通秩序，强化交通管理提供一种有效的管理手段，具有良好的产业化前景和推广价值。

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

WEN Wen, GAO Ge

本文介绍了一种由基于射频识别技术的芯片与微控制器组成的射频标签与读卡器系统。文中阐述了系统的设计，包括标签模块，读卡器模块，通信模块，以及各种主要单元模块的功能和工作过程。并将这一系统应用于实际的道路交通，对于强化交通管理、维护交通秩序能发挥良好的作用。

射频识别；交通违章；速度检测；超载检测

温雯（ 1963－），女，副教授，高级工程师，主要从事电气工程设计、智能化工程技术系统开发和教学工作。

TP315

A

1009-0134(2011)4(下)-0151-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).45

2010-11-22