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基于射频识别技术的车辆自动识别系统的实现

2007/1/16 9:15:00

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【摘 要】:本文介绍了一种基于RFID技术的车辆自动识别系统的设计。该系统可在车辆行驶状态下识别车辆身份并采集相关信息,可应用于电子不停车收费、停车场管理及门禁管理等。
关键词:射频识别 车辆自动识别 电子标签 读写器
1 引言
车辆自动识别系统(Automatic Vehicle Identification,AV[),可准确无误地自动识别并采集路网中运行车辆的身份特征信息和法定管理信息,使车辆信息瞬时进入计算机,可为车辆及交通管理部门提供一个实时、动态的车辆信息采集平台。射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)利用无线射频方式进行非接触双向通信,实现自动识别和远程实时监控及管理。其通信距离可从几厘米到几十米远,而且依据读写方式的不同,可以输人数千字节的数字信息,并具有极高的保密性。其最为主要的优点是环境适应性强,受雨雪、冰雹、灰尘等影响小,可全天候工作,非接触地完成自动识别、跟踪与管理,并且可穿透非金属物体行识别,抗干扰能力强。
本文介绍了一种基于RFID技术的车辆自动识别系统。该系统可用于门禁、停车场及路桥收费等管理系统。车辆识别距离可达10~12m左右,最高车速120km/h,可同时识别50辆车。系统可全天候工作于野外环境中。
2 系统硬件构成
2.1汽车专用电子标签
电子标签,也称应答器,是车辆自动识别系统真正的数据载体。本系统采用的电子标签是一种工作于UHF频段的无源卡,由定制的RFID芯片和以陶瓷为基片的微带天线组成,如图1所示。该标识的重量不到10g,如同名片一样大小,固定贴装在汽车风挡玻璃的内侧。



车卡以陶瓷材料为基片,并在基片上设计“破碎记忆线”这一特殊装置,使得车卡一经安装在挡风玻璃上后就不可拆卸。任何拆卸都将破坏卡的电路,使其不能再工作。微带天线选用特殊材质和特殊的结构设计使其能获得适合于芯片的最佳匹配阻抗。定制的RFII)芯片采用可靠性极高的单片集成电路,寿命长,与车辆的寿命(10年)相当,可靠性高、使用简单,
成本低。
该汽车专用电子标签具有符合ISO 18000标准的读写功能,数据存储容量达1k bit,存储有车辆的基本档案,即现用《车辆行驶证》上的车号、车型、发动机号码和驾驶证上的驾车类别、年审等内容,以及各种商用数字化信息。能确保在汽车高速行驶状态下满足基站设备对汽车身份信息的采集需求。
2.2基站结构
本系统中车辆电子标签的信息主要依靠车辆自动识别基站进行采集。其基本过程为:当车辆通过基站埋在地下的感应线圈时,车辆信号采集器产生脉冲信号并输出给数字I/O卡,计算机收到I/O卡的信号后,启动读写器工作。读写器通过微波天线发射出射频信号,车辆上的电子标签获得能量并接收到读写器的信号后自动发回含有车辆信息的微波信号,读写器
接收并解出与车辆相关的各种信息,再经计算机存储和处理,即可达到车辆自动识别的目的。基站硬件结构组成如图2所示。


该结构中,基站计算机串口与读写器的RS232口连接。读写器和微波天线之间采用低损耗同轴电缆连接,由于系统工作在UHF频段,连接电缆长度越长对高频信号的衰减越大,因此应用时要求电缆长度越短越好。
2.3基站性能指标
基站设计能够达到的性能指标及满足的标准主要有:同时满足ISO18000及EPC标准;对专用车载陶瓷、玻璃基片无源915MHz电子车卡的识别率不小于99.50%;单笔数据采集到传送的时间开销小于300ms;环境温度-20-45℃、湿度低于95%的条件下能正常工作;防雷击保护要求达到2级,与移动通信户外基站的标准一致;无人职守基站平均无故障工作时间(MTBF)≥3000h,有人职守基站平均无故障工作时间(MTBF)≥500h;电磁辐射符合GB9175—1988的一级安全区的规定,人员或车辆经过的区域电磁波辐射强度小于40W/cm。,符合GB9175—1988的二级中间区的规定;防护等级达到IP56。
3系统软件设计
该系统采用windows XP操作系统,软件开发工具采用VC++,数据库采用MY SQI。
3.1功能软件模块
基站软件设计采取层次化、模块化。主要模块有:RFID调用模块(即读写器读卡写卡模块);系统配置模块;数字I/O控制模块;车辆身份识别、受控车判别模块;数据记录模块;数据检索;系统运行容错、纠错处理模块;系统使用安全管理模块等。
3.2工作流程
基站软件是一个多线程的实时控制软件,在控制主程序的调度下,各线程协调完成系统的工作。其基本工作流程设计如图3所示。


3 数据库的建立
基站数据库主要设置了3种基本表格存放信息,各表及字段定义如下:车辆基本信息表:车卡ID号、车牌号码、车卡明码、车型、车品牌、车身颜色、车身号、年检日期、养路费交费情况、保险公司、保险日期等;车辆通行记录表(时空信息):车卡ID号,通过日期时间,基站及车道编码;基站运行情况记录表:故障编码、故障时间。
4 系统应用
该车辆自动识别系统应用于小区门禁管理系统时的设备配置如图4所示。


为保证车辆管理的安全性,该系统设计可采用双卡配对识别,即除了在车辆上安装电子车卡存储车辆相关信息,还配有司机卡存储司机的相关信息。当车辆出入门口进入微波天线通信区时,只有系统同时识别到车卡和司机卡,并且双卡配对成功时,才会启动道闸让车辆通行。
读写器可选用江苏瑞福智能科技有限公司生产的RFS-2022读写器。该读写器符合IS0 l8000—6B标准,以广谱跳频或定频发射方式工作,读卡速度为平均每单字(32bits)读取时间6ms,写卡速度为平均每单字(32bits)写入时间50ms,读取距离>5m,写入距离>3m,输出功率为27~32dBm。该读写器具有防碰撞检测功能,一次可成批读取30张电子标签,可在一10~+55℃的温度下正常工作。
电子车卡可选用陶瓷介质的超高频无源射频卡,粘贴在汽车挡风玻璃的内侧,其性能如前所述。司机卡选用以塑料为介质的超高频无源射频卡,可随身携带,为方便系统识别,可设计专门的塑料卡座粘贴在挡风玻璃内侧,将司机卡放置在卡座里。
微波天线的性能指标和安装位置也直接影响到系统采集车辆信息的成功率。本系统可选用型号为TDJ-915-12-H65-H的水平极化天线,工作频率为902~928MHz,增益为12.0dBi,驻波比小于1.4,水平3dB波束宽度为65°,垂直3dB波束宽度为28°。根据其波束宽度可确定天线的安装高度与倾角。
车辆检测设备选用Nortech国际公司生产的PBD232地感环形线圈式检测器。该检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器,它的传感器是一个埋在路面下并通有一定工作电流的环形线圈(一般为2m×1.5m)。当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时,车辆自身铁质切割磁通线,引起线圈回路电感量的变化,检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在。该检测器的响应时间为100ms,它的各项性能特点能够保证系统准确、快速地检测到车辆到来,并通过数字I/O卡输出信号给计算机,启动读写器工作。
5 系统测试
本系统在门禁、停车场及专门的实验场地做了大量测试。测试结果表明,该系统能在不同天气环境下全天候正常运行,在10m距离内可准确识别出高速行驶车辆身份并采集相关信息,对车辆及交通管理具有一定的实用价值。

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