【正文】 總之， RFID 技術的研究在國內是一個嶄新的應用技術領域，其在國內的開發(fā)研究尚處起步階段，大力開發(fā) RFID 技術的研究具有重大的現(xiàn)實意義和深遠的社會意義。基本完成了RFID 電子車牌系統(tǒng)的設 計。 //發(fā)送功率，速率 SPI_ RW_Reg(WRITE_ REG+CONFIG, 0x0e)。//寫發(fā)送地址到 nRF24L01 SPI_ Write_ Buf(WR TX_ PLOAD, tx buf, TX_ PLOAD_ WIDTH)。無線射頻數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收是射頻芯片自動完成的，只需要對 nRF24L01 進行初 始化配置，這可以通過設置 RF 配置寄存器來完成，配置內容包括工作頻率、輸出功率、自動重發(fā)功能、校驗碼長度等。 載波檢測協(xié)議雖然可以在很大程度上減少了沖突發(fā)生的可能，但是如果在同一時刻發(fā)數(shù)據(jù)的標簽太多，沖突還是會發(fā)生，并且會造成信道利用率降低，本文設計中，考慮到所有的標簽都是按照每隔 500ms 發(fā)送數(shù)據(jù)，有沖突的可能性存在，為了進一步減少 沖突發(fā)生的機會，所以在程序中考慮到用隨機函數(shù)產生定時間隔，在 450ms550ms 之間，再加上，射頻芯片 24L01 每次發(fā)送之前有載波檢測功能，這樣就使系統(tǒng)的碰撞機率大大降低 [15]。使用此協(xié)議可以實現(xiàn)簡單有效的防碰撞。電子標簽每隔 500ms 向外發(fā)射數(shù)據(jù)一次，發(fā)射 27 間隔可根據(jù)實際需求適當增加或減小。 } 電子車牌軟件設計 nRF24L01 作為閱讀器與電子標簽的通信射頻接口 ,采用半雙工方式通信，在發(fā)射和接收模式間切換需要等待 550us 的穩(wěn)定時間。 while((UTCTL0amp。 //} //else //{ TXBUF_num=8。 TX_count+=1。 ME2 |=UTXE0+URXE0。 UBR1_0=0X01。 //激活接收模式 } RFID 閱讀器 485 串口發(fā)送程序： void Init_UART(void) { UOCTL |=CHAR。 //選擇通道 40 SPI_ RW_Reg(WRITE_ REG + RX_ PW_ P0, TX_ PLOAD_ WIDTH)。 25 接收模式程序初始化 : void RX_ Mode(void) { CE_ Pin(0)。由于考慮到 C 代碼效率高、可移植性強、可讀性高，所以采用 C 語言進行編程。 圖 閱讀器接收數(shù)據(jù)功能流程圖 當射頻芯片完成初始化后，就進入接收模式，每次接收到新的數(shù)據(jù)時，都會判斷新的數(shù)據(jù)是否為上次的重發(fā)信號，如果是重復數(shù)據(jù)則丟棄，如果確認是新的有效數(shù)據(jù)，則送 MCU 處理。應用程序的流程設計如圖 所示 : 23 圖 應用程序流程圖 對整個路網(wǎng)來說，如果將路網(wǎng)中的各條道路中的每個路段的交通參數(shù)檢測出來后，根據(jù)路網(wǎng)中各個路段之間的位置關系和節(jié)點分布，即可預測出路網(wǎng)中的某一條道路中的每一段未來的交通狀況。 應用系統(tǒng)包括一個應用程序以及數(shù)據(jù)庫，應用程序用來完成車輛信息采集的任務，通過各個控件所發(fā)出的指令完成對閱讀器的控制，使閱讀器能夠按照其要求對電子標簽 進行讀 /寫操作，數(shù)據(jù)庫主要是用來存放這些車輛信息，方便管理部門對車輛的監(jiān)控和管理 [14]。 21 第四章 RFID 電子車牌系統(tǒng)軟件設計 RFID 電子車牌軟件框架 RFID 電子車牌系統(tǒng)軟件主要由閱讀器模塊，標簽模塊，應用系統(tǒng)模塊組成。 其外形結構如圖 所示。 20 低頻激勵器設計 低頻激勵器是有源射頻識別系統(tǒng)的重要組成部件，用于激活處于休眠 狀態(tài)的有源電子標簽，實現(xiàn)局域定位功能。 閱讀器的輸出數(shù)據(jù)一般是提供給計算 機后臺的，所以在設計接口時必須考慮信號的傳輸， RS232 簡單實用，通用性強，但是它的傳輸距離只有 15 米，很難滿足現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳輸，所以本系統(tǒng)采用了目前工業(yè)上比較常用的 RS485 接口。控制電路基于 MSP 微功耗系列微控制器搭建。如圖 所示。 nRF24L01 性能參 數(shù) 、 引腳 排列圖以及 引腳功能 在前文已詳細介紹。微控制器通過 SPI 接口控制 nRF24L01，其中微控制器 (MCU)采用低電壓、微功耗、高性能 18 COMS 16 位單片機 MSP430F2101，該微控制 器采用 C 語言開發(fā)，內含 128 B 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 1 kB 的 E178。 電子標簽電路硬件主要分為射頻接口和控制系統(tǒng)兩大部分。 由于電子標簽受制于體積的限制，采用紐扣電池供電，因此需要微功耗的芯片來支持，并且電子標簽的通信數(shù)據(jù)量也不大，因此采用 MSP430F2101，該微控制器片內含有 1KBflash 和 128Bram。對于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后再燒寫或掩膜芯片 :對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調試環(huán)境，因為器件片內有 JTAG 調試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接 17 口讀取片內信息供設計者調試使用 的方法進行開發(fā)。 (2)豐富的片上外圍模塊： MSP430 系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內外設。其主要特性如下： (1)超低功耗： MSP430 系列單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。 在運算速度方面， MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅動下，實現(xiàn) 125us的指令周期。 關機模式 16 在關機模式下，為了得到最小的工 作電流，一般此時的工作電流小于 1uA。 配置模式 在配置模式， 15 字節(jié)的配置字被送到 nRF24L01，這通過 CS, CLK1 和 DATA三個引腳完成 [11]。 ANT1,ANT2：天線接口 。 VDD：電源輸入端 。 電子車牌處理器和收發(fā)模塊設計 1）射頻芯片 nRF24L01 內置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調處理器、時鐘處理器、GFSK 濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功 能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。本文在設計過程中，由于考慮到標簽的體積，采用了 Nordic 公司推薦的 PCB 單端天線。天線的大小又常常決定著電子標簽的大小，較高頻率的電子標簽其尺寸一般比較小。遠場輻射天線主要用于有源電子標簽中，由電場偶極子天線、對稱振子天線以及微帶天線所組成。 電子車牌天線設計 電子車牌及天線的外部結構如圖 、圖 所示。所以，需要尋找一款適合超高頻 RFID 且易于開發(fā)的低成本射頻芯片，來設計有源 UHF RFID 系統(tǒng)。 電子車牌即裝有有源電子標簽的車牌。 RFID 電子車牌硬件設計 RFID 系統(tǒng)從電子標簽中獲取目標對象的相關信息，因此，基于電子標簽在RFID 系統(tǒng)中的功能，電子標簽電路必須含有天線用于接收和發(fā)射電磁波能量；必須要有一定的數(shù)字電路部分用于存貯被識別對象的信息內容，并可在外部供電的情況下，進行必要的數(shù)據(jù)處理及輸出相關的數(shù)據(jù)信息。另外，電子標簽必須含有調制電路，可以把存儲在電子標簽內部的被識別對象的相關數(shù)字信息調制到發(fā)射的電磁波上 。閱讀器、標簽、應用系統(tǒng)三者之間的關系如圖 所示。 3）天線 (Antenna) 為標簽和讀寫器提供射頻信號空間傳遞的設備。進行閱讀器與電子標簽間的身份驗證?？刂婆c電子標簽的通信過程 。接受并解調來自應答器的高頻信號。電子標簽中除了存儲需要傳輸?shù)男畔⑼猓€包含有一定的附加信息，如錯誤校驗信息等。其基本功能就是提供與標簽進 行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩健? (4)靈敏度高，抗干擾性強 。然而，與有源電子 標簽相比，無源電子標簽的壽命一般可長達幾十年，而有源電子標簽的壽命則通常要受電池壽命的限制而成為一大缺陷。有源電子標簽通常有部分電路處于工作狀態(tài)，有時被稱為處于“睡眠”狀態(tài)。 電子標簽一般分為有源電子標簽和無源電子標簽，無源電子標簽在閱讀器的響應范圍之外是處于無源狀態(tài)，沒有自己 的供電電源 (電池 )。另外 ，電子標簽必須含有調制電路，可以把存儲在電子標簽內部的被識別對象的相關數(shù)字信息調制到反射的電磁波上。因此，基于電子標簽在 RFID 系統(tǒng)中的功能，電子標簽電路必須含有天線用于接收和發(fā)射電磁波能量 。 圖 RFID 系統(tǒng)組成 1)電子標簽 (Tag) 電子標簽又稱為射頻卡，射頻標簽，應答器等。若天線設計不當，就可能導致整個識別系統(tǒng)不能正常工作，因此對其詳細地研究具有重要意義。所有安裝了電子車牌的車輛，無論是在靜止還是在移動的狀態(tài)下，都能夠被安全地識別。駕駛員有可能會忘記攜帶標簽，甚至丟失標簽，難免會造成不必要的麻煩。同時可完成對超速、套牌、黑名單及 非法營運 等車輛的識別 [1]。 5 第二章 RFID 電子車牌系統(tǒng)總體方案 需求分析 電子車牌通過發(fā)卡管理系統(tǒng)事先寫入該車輛的基本信息，如車輛的 ID 號、車牌號、駕駛員信息、車型、車重等信息。應用 RFID 技術的車流量檢測系統(tǒng)是在交叉路口交通信號燈上游安裝閱讀器，閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，射頻閱讀器全天候運行，裝有 RFID標簽的車輛進入天線工作區(qū)域時產生感應電流，送 出自身信息。 研究內容 智能電子車牌是將普通車牌與 RFID 技術相結合形成一種新型電子車牌。一般要先對原始圖像進行轉換、壓縮、增強、水平校正等處理，再用邊緣檢測法對牌照進行定位與分割，最后進行模式識別。 ITS 是指將先進的信息技術、電子通信技術、自動控制技術、計算機技術以及網(wǎng)絡技術等有機地運用于整個交通運輸管理體系而建立起的一種實時、準確、高效的交通 3 運輸綜合管理和控制系統(tǒng)，它由若干子系統(tǒng) 所組成，通過系統(tǒng)集成將道路、駕駛員和車輛有機地結合在一起，加強三者之間的聯(lián)系，借助于系統(tǒng)的智能技術將各種交通方式的信息及道路狀況進行登記、收集、分析，并通過遠程通信和信息技術，將這些信息實時提供給需要的人們，以增強行車安全，減少行車時間，并指導行車路線。但是在做過各種嘗試，花費了巨大的管理成本后，交通狀況依然難有根本改觀。交通擁堵使得人們每天將大量寶貴的時間消耗在路上、車中，同時也導致商業(yè)車輛在交通運輸中延誤，增加了運輸 成本。 5)停車場管理。 3)高速公路、橋梁收費 。