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畢業(yè)設(shè)計-rfid技術(shù)的電子車牌系統(tǒng)-在線瀏覽

2025-02-05 19:59本頁面
  

【正文】 影響較大,且圖像識別存儲空間及算法實現(xiàn)占用資源比較多,實現(xiàn)起來也非常困難,而且圖像識別技術(shù)對于套牌、盜牌甚至無牌車也沒有辦法識別。如何遏制上述問題的發(fā)生,只有使用新技術(shù)才能從根本上解決問題。 將 RFID 技術(shù)引入車牌中,實現(xiàn)車牌的自動識別功能且會大大提高車輛管理 2 系統(tǒng)的智能化程度 ,可以應(yīng)用于下列情況: 1)車輛調(diào)度。 2)車輛管理。 3)高速公路、橋梁收費 。 4)小區(qū)車輛管理。 5)停車場管理。 研究目的與意義 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人口、車輛數(shù)量不斷增長,但是有限的可用土地以及經(jīng)濟(jì)要素的制約卻使得城市道路擴(kuò)建增容有限,因此不可避免地帶來一系列的交通問題。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(dǎo)致商業(yè)車輛在交通運輸中延誤,增加了運輸 成本。據(jù)美國有關(guān)部門預(yù)測,到 2020 年,美國因交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失每年將會超過 1500 億美元,而日本東京目前因交通擁堵每年造成的經(jīng)濟(jì)損失為 1230 億美元。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。同時自上世紀(jì)后期以來信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用也給以上的解決思路提供了有效的技術(shù)手段支持。 ITS 是指將先進(jìn)的信息技術(shù)、電子通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等有機(jī)地運用于整個交通運輸管理體系而建立起的一種實時、準(zhǔn)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(jī)地結(jié)合在一起,加強(qiáng)三者之間的聯(lián)系,借助于系統(tǒng)的智能技術(shù)將各種交通方式的信息及道路狀況進(jìn)行登記、收集、分析,并通過遠(yuǎn)程通信和信息技術(shù),將這些信息實時提供給需要的人們,以增強(qiáng)行車安全,減少行車時間,并指導(dǎo)行車路線。 在智能交通領(lǐng)域,目前車輛識別技術(shù)主要有兩個方面 :基于圖像處理的識別技術(shù)和基于射頻的識別技術(shù)。一般要先對原始圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換、壓縮、增強(qiáng)、水平校正等處理,再用邊緣檢測法對牌照進(jìn)行定位與分割,最后進(jìn)行模式識別。 RFID 技術(shù)具有遠(yuǎn)距離識別、可存儲攜帶較多的信息、讀取速度快、可應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點,因此基于射頻識別技術(shù)的車輛識別準(zhǔn)確性較高,非常適合在智能交通和車輛管理方面使用,在我國的研究和應(yīng)用尚處在起步階段。 研究內(nèi)容 智能電子車牌是將普通車牌與 RFID 技術(shù)相結(jié)合形成一種新型電子車牌。 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(yīng)用 RFID 技術(shù)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(biāo)簽的車輛進(jìn)入天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流,送 出自身信息。同時可完成對超速、套牌、黑名單及 非法營運 等車輛的識別。 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(yīng)用 RFID 技術(shù)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(biāo)簽的車輛進(jìn)入天線工作區(qū)域時產(chǎn)生 感應(yīng)電流,送出自身信息。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]。然而,在大多數(shù)所謂的電子車牌識別系統(tǒng)中, 標(biāo)簽被安裝在汽車擋風(fēng)玻璃上,或者汽車內(nèi)任何可以看得到的地方,甚至被駕駛員隨身攜帶。駕駛員有可能會忘記攜帶標(biāo)簽,甚至丟失標(biāo)簽,難免會造成不必要的麻煩。因此,為了更好地管理交通、維護(hù)公共安全,要求將 RFID 標(biāo)簽與車號牌集成在一起,從而形成真正的電子車牌。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。之所以采用主動式的電子標(biāo)簽,是由于主動式的電子標(biāo)簽自身帶有電池,與被動式無源電子標(biāo)簽相比,它擁有更遠(yuǎn)的閱讀距離和較大的信息存儲量,此外,如果該電子標(biāo)簽為讀寫型標(biāo)簽,它還可以存儲閱讀器發(fā)送的額外信息。若天線設(shè)計不當(dāng),就可能導(dǎo)致整個識別系統(tǒng)不能正常工作,因此對其詳細(xì)地研究具有重要意義??刂浦行囊罁?jù) 7 統(tǒng)計的車輛數(shù)對交通信號燈進(jìn)行動態(tài)調(diào)度。 圖 RFID 系統(tǒng)組成 1)電子標(biāo)簽 (Tag) 電子標(biāo)簽又稱為射頻卡,射頻標(biāo)簽,應(yīng)答器等。標(biāo)簽相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號,用來存儲需要識別傳輸?shù)男畔?。因此,基于電子?biāo)簽在 RFID 系統(tǒng)中的功能,電子標(biāo)簽電路必須含有天線用于接收和發(fā)射電磁波能量 。并且可以存貯或管理能量 。另外 ,電子標(biāo)簽必須含有調(diào)制電路,可以把存儲在電子標(biāo)簽內(nèi)部的被識別對象的相關(guān)數(shù)字信息調(diào)制到反射的電磁波上。天線用于發(fā)射和接收電磁波 :模擬電路主要是由檢波電路和調(diào)制電路組成,用于獲取直流能量并將相關(guān)信息通過調(diào)制發(fā)送出去 。 電子標(biāo)簽一般分為有源電子標(biāo)簽和無源電子標(biāo)簽,無源電子標(biāo)簽在閱讀器的響應(yīng)范圍之外是處于無源狀態(tài),沒有自己 的供電電源 (電池 )。電子標(biāo)簽工作所需要的能量是通過電磁耦合單元或天線,通過非接觸的方式傳送給電子標(biāo)簽的。有源電子標(biāo)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)。在睡眠狀態(tài)有源電子標(biāo)簽的功耗一般很小。然而,與有源電子 標(biāo)簽相比,無源電子標(biāo)簽的壽命一般可長達(dá)幾十年,而有源電子標(biāo)簽的壽命則通常要受電池壽命的限制而成為一大缺陷。 (2)工作壽命長 (可讀寫次數(shù)超過 10 萬次 )。 (4)靈敏度高,抗干擾性強(qiáng) 。 2)閱讀器 (Reader) 讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備。其基本功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩健i喿x器的基本功能就是提供與電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩?。電子?biāo)簽中除了存儲需要傳輸?shù)男畔⑼?,還包含有一定的附加信息,如錯誤校驗信息等。 9 圖 閱讀器內(nèi)部結(jié)構(gòu) ( 1)標(biāo)準(zhǔn)接口 閱讀器的高標(biāo)準(zhǔn)接口擔(dān)負(fù)以下任務(wù) :產(chǎn)生高效 的發(fā)射信號,以啟動電子標(biāo)簽或為它提供能量 。接受并解調(diào)來自應(yīng)答器的高頻信號。發(fā)送給應(yīng)答器的數(shù)據(jù)通過發(fā)送分支,而接受到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通過接受分支傳過來。控制與電子標(biāo)簽的通信過程 。 對于復(fù)雜的系統(tǒng)還要有如下附加的功能 :對閱 讀器與電子標(biāo)簽間傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密 。進(jìn)行閱讀器與電子標(biāo)簽間的身份驗證。而且如加密過程及信號編碼常常由附加的 ASIC(專用集成電路 )組件來完成,以減輕微處理器計算密集型過程的負(fù)擔(dān)。 3)天線 (Antenna) 為標(biāo)簽和讀寫器提供射頻信號空間傳遞的設(shè)備。 10 RFID 電子車牌系統(tǒng)軟件組成 RFID 電子車牌系統(tǒng)軟件主要由閱讀器模塊,標(biāo)簽?zāi)K,應(yīng)用系統(tǒng)模塊組成 {7]。閱讀器、標(biāo)簽、應(yīng)用系統(tǒng)三者之間的關(guān)系如圖 所示。因此,基于電子標(biāo)簽在 RFID 系統(tǒng)中的功能,電子標(biāo)簽電路必須含有天線用于接收和發(fā)射電磁波能量;必須含有檢波電路用于將高頻電磁能量轉(zhuǎn)換成為直流電源 。另外,電子標(biāo)簽必須含有調(diào)制電路,可以把存儲在電子標(biāo)簽內(nèi)部的被識別對象的相關(guān)數(shù)字信息調(diào)制到發(fā)射的電磁波上 。射頻標(biāo)簽有標(biāo)簽天線、芯片、存儲器等組成,有源標(biāo)簽還需要電池。 RFID 電子車牌硬件設(shè)計 RFID 系統(tǒng)從電子標(biāo)簽中獲取目標(biāo)對象的相關(guān)信息,因此,基于電子標(biāo)簽在RFID 系統(tǒng)中的功能,電子標(biāo)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(nèi)容,并可在外部供電的情況下,進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理及輸出相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。所以,有源電子標(biāo)簽可由以下幾部分組成:天線、模擬電路、數(shù)子電路以及電源等組成。 電子車牌即裝有有源電子標(biāo)簽的車牌。 目前,發(fā)展較為成熟的 RFID 系統(tǒng)主要是 125kHz 和 13. 56MHz 系統(tǒng),相應(yīng)的RFID 專用芯片也比較多 [9]。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(shè)計有源 UHF RFID 系統(tǒng)。nRF24L01 是 Nordic 公司推出的高性能單片無線收發(fā)芯片,工作在 ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療 ) 頻段, ~ 低工作電壓,集成了頻率合成、射頻發(fā)射接收、調(diào)制解調(diào)、多頻道切換等功能,采用抗干擾能力強(qiáng)的 GFSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù),傳輸速率可達(dá) 1Mbit/s,天線接口為差分形式易于連接低成本的 PCB 環(huán)形天線或單端天線。 電子車牌天線設(shè)計 電子車牌及天線的外部結(jié)構(gòu)如圖 、圖 所示。按照 RFID 系統(tǒng)的工作方式,電 子標(biāo)簽的天線可分為近場感應(yīng)線圈天線和遠(yuǎn)場輻射天線。遠(yuǎn)場輻射天線主要用于有源電子標(biāo)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。遠(yuǎn)場輻射天線通常是諧振式,一般取為半波長。天線的大小又常常決定著電子標(biāo)簽的大小,較高頻率的電子標(biāo)簽其尺寸一般比較小。 天線的種類很 多,不同的應(yīng)用需要不同的天線,在微功耗、遠(yuǎn)距離的射頻識別系統(tǒng)中,需要一個通信可靠、成本低廉的天線系統(tǒng)。本文在設(shè)計過程中,由于考慮到標(biāo)簽的體積,采用了 Nordic 公司推薦的 PCB 單端天線。 由于標(biāo)簽因為體積空間問題采用了微型 PCB 單端天線,所以閱讀器接收天線應(yīng)該適當(dāng)提高接收靈敏度來彌補(bǔ)標(biāo)簽發(fā)射增益的不足,本文采用了比較通用的 的鞭狀天線,如果需要更大增益可采用 5dB 的鞭狀天線或定向天線。 電子車牌處理器和收發(fā)模塊設(shè)計 1)射頻芯片 nRF24L01 內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調(diào)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。各引腳功能如下: CE:使能發(fā)射或接收 。 VDD:電源輸入端 。 XC2, XC1:晶體振蕩器引腳 。 ANT1,ANT2:天線接口 。 圖 nRF24L01引腳圖 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(jī)模式。 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]。在空閑模式下,部分片內(nèi)晶振仍在工作,此時的工作電流跟外部晶振的頻率有關(guān),如外部晶振為 4MHz時工作電流為 12uA,外部晶振為 16MHz 時工作電流為 32uA。 關(guān)機(jī)模式 16 在關(guān)機(jī)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。 2)微控制器 MSP430是 TI公司的一個超低功耗微控制器系列,片內(nèi)組合了不同功能模塊,可以適應(yīng)不同應(yīng)用層次的需求。 在運算速度方面, MSP430 系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動下,實現(xiàn) 125us的指令周期。 MSP430
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