【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 考慮到不停車電 子收費(fèi)系統(tǒng)需要常年在室外環(huán)境下工作，一般會(huì)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 ， 嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)的冗余控制。這一策略的具體內(nèi)容是 ： 平時(shí)二者都處于工作狀態(tài)，嵌入式系統(tǒng)負(fù)責(zé)總體控制，單片機(jī)負(fù)責(zé)大屏幕的顯示，相互通信時(shí)都先檢查對(duì)方的地感 線圈 調(diào)諧電壓 相位鎖定器 電流源 相位比較器 輸入放大器 基于 RFID 技術(shù)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工 作狀態(tài)，一旦某一個(gè) CPU 狀態(tài)異常，另一個(gè)就立即啟動(dòng)設(shè)備異常報(bào)警，并暫時(shí)接管其工作以保證整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，直到故障排除恢復(fù)正常狀態(tài)。 這種冗余設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)兩套 控制系統(tǒng) 完成，即嵌入式系統(tǒng)和AT89S52 單片機(jī)各有一套 控制板 ，可以與射頻收發(fā)芯片進(jìn)行信息交換，都可以采集地感線圈的脈沖信號(hào)，都可以控制道閘、紅綠燈、聲光報(bào)警、顯示屏等車道設(shè)備。這兩者之間采用 RS485 信號(hào)，每次通信時(shí)都先檢測(cè)對(duì)方的工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)異常則緊急啟動(dòng)本控制系統(tǒng)中的備用控制程序。 在 ARM 微處理器上選用的是三星公司的 ARM9 芯片 S3C2410，為了開(kāi)發(fā)方便使用 S3C2410 開(kāi)發(fā)板進(jìn)行設(shè)計(jì)， ARM 開(kāi)發(fā)板具有如下功能：采集來(lái)自地感線圈的脈沖信號(hào)； SPI 接口可與射頻收發(fā)芯片進(jìn)行信息交換，采用 232/485 通信；預(yù)留過(guò)個(gè) I/O 接口以便控制欄桿、聲光報(bào)警、紅綠燈、顯示屏等車道設(shè)備；具有Flash 存儲(chǔ)器。 電子 標(biāo)簽 與閱讀器 的設(shè)計(jì) 由于目前我國(guó)車輛 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中通常使用的是兩片式電子標(biāo)簽叫雙界面CPU 卡的方式，因此讀寫器還可以接收一些其他信息，讀寫器讀取信息并解碼后，送至后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，標(biāo)簽讀寫器也將根據(jù)控制系統(tǒng)的反饋信息更新電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息，完成全部工作過(guò)程。 本文所設(shè)計(jì)的 ETC 射頻識(shí)別系統(tǒng)選用有源 的被動(dòng)式讀寫型并具有防碰撞功能的雙片式組合型電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽安裝在車輛儀表臺(tái)上或擋風(fēng)玻璃上，在交通流量大且易產(chǎn)生交通堵塞的收費(fèi)站點(diǎn)按需設(shè)置若干條 ETC 收費(fèi)通道，駕駛員只需將雙界面 IC 卡插入雙片式 ETC 電子標(biāo)簽內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收 費(fèi) ，這樣就可大幅提高收費(fèi)站的通行能力，最大限度地緩解交通壓力；在交通流量小的收費(fèi)站口，只設(shè)置 IC 卡收費(fèi)車道即人工半自動(dòng)停車收費(fèi)，駕駛員要從雙片式ETC 電子標(biāo)簽中撥出雙界面 IC 卡在刷卡器上進(jìn)行刷卡交費(fèi)，短暫停車后再通過(guò)收費(fèi)站 。 設(shè)計(jì)中的電子標(biāo)簽與閱讀器的核心模塊是 TI 公司的 CC1100， 射頻卡 （簡(jiǎn)稱RFID 卡 ） 是基于射頻識(shí)別技術(shù)的 智能卡 ，是一種以無(wú)線方式傳送數(shù)據(jù)的 集成電路 卡片，它具有數(shù)據(jù)處理及安全認(rèn)證功能等特有的優(yōu)點(diǎn)。讀寫器也稱 收發(fā)器 或詢問(wèn)器，它由發(fā)射單元、接收單元、信號(hào)處理控制單元和 電源 等組成。它 通過(guò)天線向射頻卡發(fā)送射頻調(diào)制信號(hào)（也稱詢問(wèn)信號(hào)），同時(shí)通過(guò)天線接收從射頻卡返回的載有射頻卡中信息的射頻調(diào)制信號(hào)（也稱應(yīng)答信號(hào)），經(jīng)處理后傳給智能控制設(shè)備。 基于 RFID 技術(shù)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 基于 RFID 不停車收費(fèi)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程 ETC 電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)主要應(yīng)包含：系統(tǒng)硬件初始化設(shè)計(jì)、OBU 喚醒部分設(shè)計(jì)、 OBU 主控單元軟件、 RSU 單元功能實(shí)現(xiàn)軟件、 RSU 與車道計(jì)算機(jī)通訊接口功能實(shí)現(xiàn)的軟件設(shè)計(jì)等。 車輛在高速公路出入時(shí) 的軟件系統(tǒng) 交易流程設(shè)計(jì)如圖 所示。 計(jì) 算 機(jī) R S U O B U I C 卡V S T 送 P C廣 播 B S T 信 息檢 查 I C 卡確 認(rèn) 驗(yàn) 證請(qǐng) 求 O B U 信 息回 送 V S T有 I C 卡請(qǐng) 求 O B U 信 息O B U 信 息 送 P C回 送 O B U 信 息讀 I C 卡 信 息返 回 I C 卡 信 息請(qǐng) 求 I C 卡 信 息返 回 I C 卡 信 息發(fā) 送 站 信 息和 消 費(fèi) 信 息寫 站 信 息和 消 費(fèi) 信 息確 認(rèn) ， 要I C 卡 信 息I C 卡 信 息 送 P C確 認(rèn) ， 寫 站 信息 和 消 費(fèi) 信 息返 回 結(jié) 果返 回 結(jié) 果返 回 結(jié) 果圖 ETC 一次交易流程圖 ETC 系統(tǒng)是一個(gè)基于射頻技術(shù)的通信系統(tǒng)，并且是基于短程無(wú)線通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的 [5]。 ETC 需要對(duì) DSRC 協(xié)議的各個(gè)層次要求進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，對(duì)隨時(shí)可能接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)要對(duì)系統(tǒng)中的中斷快速響應(yīng)。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)最重點(diǎn)考慮的因素，微處理器的速度影響系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。 由于本文中的 ETC 系統(tǒng)較為復(fù)雜 , 各種響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)有所不同 ,想要在一定時(shí)間內(nèi)做出快速響應(yīng) , 就必須設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的、完善的軟件結(jié)構(gòu) , 本文研究設(shè)計(jì)中使用了函數(shù)隊(duì)列調(diào)度結(jié)構(gòu)。 在函數(shù)隊(duì)列調(diào)度結(jié)構(gòu)中 ,當(dāng)最高優(yōu)先級(jí)的 設(shè)備發(fā)生中斷時(shí) ,系統(tǒng)剛剛執(zhí)行最長(zhǎng)的任務(wù)代碼函數(shù) , 此時(shí)就發(fā)生了最壞的情況 ,其響應(yīng)時(shí)間等于最長(zhǎng)任務(wù)代碼的執(zhí)行時(shí)間。 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用串口中斷和定時(shí)器中斷 , 更多的是對(duì)各個(gè)層次的輪詢操作 , 操作有很強(qiáng)的層次性 , 比如 RSU 要發(fā)送一個(gè)幀 ,要先后經(jīng)歷應(yīng)用層 、 LLC基于 RFID 技術(shù)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 子層、 MAC 子層、物理層等過(guò)程 ， 是遵循一定的順序。 系統(tǒng)軟件前臺(tái)界面開(kāi)發(fā)工具的選擇 本系統(tǒng)硬件設(shè)備使用了美國(guó) Intermec 公司的 Intellitag5o 系列 ITRF91501 型讀寫器，此讀寫器利用 RS232 串口與計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ， 串 1:3 通訊模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用了 COM API(Common Object Model Application Programming Interface)控件。由于到目前為止此 COM API 控件適用的開(kāi)發(fā)環(huán)境只有 Visual Basic 及其高級(jí)版本和 Visual C++ 及其高級(jí)版本，而 VB 又具有可視化、面向?qū)ο?、事件?qū)動(dòng)、易學(xué)易用和支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的訪問(wèn)等優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)成為快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā) (Rapid Application Development，簡(jiǎn)稱 RAD)工具的代表，所以我們本次設(shè)計(jì)軟 件界面采用 Microsoft Visual Basic 作為軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 J，操作系統(tǒng)為 Windows XP professional SP2。 系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具的選擇 由于本不停車收費(fèi)系統(tǒng)是個(gè)比較龐大的系統(tǒng)，要涉及大量的數(shù)據(jù)管理，因此也必須要構(gòu)建大型的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且由于工程實(shí)際的需要，數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)支持的要求也很高。為保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用了Microsoft 公司推出的 SQL Server 2020 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。它功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單，具有使用方便 、 可伸縮性好、與相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點(diǎn)，可跨越從 Microsoft Windows 98 的膝上型電腦到運(yùn)行 Microsoft Windows 2020 的大型多處理器的服務(wù)器等多種平臺(tái)使用。眾多的開(kāi)發(fā)工具提供了與 SQL Server 的接 1:3， 其也深受廣大數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的喜愛(ài)。 SQL Server 2020 的常見(jiàn)版本有以下 4 種： （ 1） 企業(yè)版 (Enterprise Edition)。支持所有的 SQL Server 2020 特性，可作 為大型 Web 站點(diǎn)，企業(yè) OLTP 聯(lián)機(jī)事務(wù)處理，以及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)等的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器 ； （ 2） 標(biāo)準(zhǔn)版 (Standard Edition)。用于小型的工作組或部門 ； （ 3） 個(gè)人版 (Personal Edition)。用于單機(jī)系統(tǒng)或客戶機(jī) ； （ 4） 開(kāi)發(fā)者版 (Developer Edition)。用于程序員開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。本系統(tǒng)中，除了在各工作機(jī)上安裝個(gè)人版以外，其他各上級(jí)服務(wù)器計(jì)算機(jī)上均安裝企業(yè)版。 COM API 控件 Intermec 公司的 Intellitag5o 系列 ITRF91501 型讀寫器附有一個(gè)開(kāi)發(fā)工具包(Intellitag RFID Developer’s Kit，簡(jiǎn)稱 IDK)，控件 COMAPI 就是這個(gè)開(kāi)發(fā)包所提供的一個(gè)工具。 COM API 是一個(gè)功能集中的、面向?qū)ο蟮姆椒?，是容易理解的、適用于微軟的通用軟件控件范例 (Microsoft’s Common Object Model 簡(jiǎn)稱 COM)。有了 COM API 我們就可以很容易地開(kāi)發(fā)出適用于 Intellitag 系列讀寫器的應(yīng)用軟件。 基于 RFID 技術(shù)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求決定了其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信必須要有高穩(wěn)定 性、高保密性和高傳速等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選型需要從經(jīng)濟(jì)性、安全性和可行性等多方 面考慮。本次系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是個(gè)廣域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要分為 3 級(jí)：網(wǎng)絡(luò)不停車收費(fèi)管理控制中心、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制中心、收費(fèi)站局域網(wǎng)。各個(gè)收費(fèi)站內(nèi)部建立 100M 局域網(wǎng)，每個(gè)車道作為一個(gè)終端，通過(guò)以太局域網(wǎng)與收費(fèi)站數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接。各收費(fèi)站局域網(wǎng)與區(qū)域控制中心通過(guò)光纜組建為城域網(wǎng)。城域網(wǎng)與整個(gè)系統(tǒng) 管理控制中心又通過(guò)路由器接人國(guó)家信息通訊主干網(wǎng)。這樣我們可以省去自己組建主干網(wǎng)的資金。 5 系統(tǒng)測(cè)試 本課題組對(duì)于所研究設(shè)計(jì)的電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)總體 功能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表 所示 :試驗(yàn)結(jié)果表明 , 系統(tǒng)整體功能測(cè)試的結(jié)果可以滿足車輛在低速行駛時(shí)不停車 。 測(cè)試 項(xiàng)目 測(cè)試車速（ Km/h） 30 40 50 60 70 80 90 100 100 以上 測(cè)試次數(shù) 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 拍照識(shí)別成功次數(shù) 3000 3000 2997 2993 2980 2970 2980 2960 2950 拍照識(shí)別失敗次數(shù) 0 0 3 7 20 30 20 40 50 牌照正確識(shí)別率 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 讀卡器成功數(shù) 2980 2970 3000 2995 3000 2960 2950 3000 2995 讀卡器失敗數(shù) 20 30 0 5 0 40 50 0 5 讀卡器成功率 100% 99% 100% 100% 100% 99% 99% 100% 100% 路側(cè)單元?jiǎng)幼鞒晒?shù) 3000 2990 2950 2990 3000 2960 2900 2930 2990 路側(cè)單元?jiǎng)幼鞴收蠑?shù) 0 10 50 10 0 40 100 70 10 路側(cè)單元?jiǎng)幼鞒晒β? 100% 99% 98% 99% 100% 98% 96% 97% 99% 系統(tǒng)軟件執(zhí)行成功數(shù) 3000 3000 3000 3000 2990 2985 3000 3000 2995 系統(tǒng)軟件執(zhí)行故障數(shù) 0 0 0 0 10 15 0 0 5 系統(tǒng)軟件執(zhí)行可靠性 100% 100% 100% 100% 99% 99% 100% 100% 100% 系統(tǒng)測(cè)試成功數(shù) 3000 3000 2985 2990 3000 2960 2970 2995 2965 系統(tǒng)測(cè)試故障數(shù) 0 0 15 10 0 40 30 5 35 系統(tǒng)測(cè)試成功率 100% 100% 99% 100% 100% 98