射频识别技术在智能交通信息采集中的设计与应用
2008-03-13
作者：李彦林，董德发
摘 要： 提出了一种基于射频识别" title="射频识别">射频识别技术获取交通信息的新方法，完成了射频识别读卡器的设计方案，整个系统以MSP430微处理器为核心，包括发射、接收模块，通过串口" title="串口">串口与交通控制机通信。
关键词： 射频识别 交通信息采集 单片机 读卡器
射频识别RFID（Radio Frequency Identification）是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。射频识别起源于20世纪80年代，近年来射频识别技术" title="射频识别技术">射频识别技术及其应用得到了迅速发展，射频识别技术的典型应用领域包括物流领域、生产线自动化、交通运输领域、农牧渔业、医疗行业、制造业等。超高频射频识别具有读写速度快、识别距离远、能识别高速移动物体、数据存储量大、非接触识别以及可同时识别多个芯片等特点。
交通系统是一个复杂的综合性系统，单独从道路或车辆的角度考虑，很难解决交通问题,必须把车辆和道路综合起来全盘考虑。交通信息的采集尤为重要，采用超高频射频识别技术实现交通数据的采集可以对交通情况进行实时、准确、高效的监管。
1 射频识别交通数据采集原理
交通数据采集是指利用各种技术手段对整个交通领域所需要的动态和静态交通信息进行获取的过程。由于静态信息是相对固定的，在一定的时期具有一定的稳定性，因此，全面、可靠地采集动态交通信息成为交通管理与决策的关键。
射频识别交通数据采集系统主要是由阅读器（reader）和应答器（Transponder，也称为电子标签）等组成。交通数据采集的工作原理如下：阅读器与应答器通过电磁波进行能量传递和数据通讯，在系统工作过程中，读卡器首先通过天线发送加密数据载波信号到RFID汽车标签，标签的发射天线工作区域被激活，同时将加密的载有目标识别码的高频加密载波信号采用某种调制方式经卡内高频发射模块发射出去，接收天线接收到射频卡发来的载波信号，经读卡器接收处理后，提取出目标识别码送至计算机，完成预设的系统功能和自动识别，从而实现交通的自动化管理。
2 射频识别系统硬件设计
2.1 系统硬件构成
本系统选用MSP430单片机作为主控模块，与发射模块、接收模块和串口通信模块共同构成射频标签的读写系统。MSP430负责对RFID标签的读写控制，并与上位机" title="上位机">上位机通信，通过使用反碰撞技术可以识别感应多个标签，并且能够自动识别RFID标签是否被重复处理。系统工作原理如图1所示。
2.2 主控模块
主控模块选择TI公司的MSP430，它是一款超低功耗高性能单片机，片内组合了不同功能模块，可以适应不同层次需求，开发时可减少开发者的大量工作。MSP430内置FLASH存储器、RAM，采用16位的精简指令集，集成16个通用寄存器和常数发生器，极大提高了代码执行效率。本设计选用MSP430F2013，它内部有2KB的程序空间和128B的数据存储空间，采用模拟串口方式与上位机通信。
2.3 发射模块
发射模块由射频调制/发射芯片以及功率放大芯片组成，原理如图2所示。调制/发射芯片选用Motorola公司的MC33493，它是锁相环调谐的UHF频段调制/发射芯片，具有集成的VCO、环路滤波器，输出功率可调。此外还采用了前端功率放大芯片对输出的射频信号进行放大，提高系统的发射功率。工作频率采用915MHz。
2.4接收模块
接收部分原理如图3所示，射频接收/解调芯片选用Motorola公司的MC33593，它是一种由锁相环调谐的UHF频段射频接收/解调芯片。天线接收的反向调制信号经过定向耦合器到接收通路，检波后的信号经过差动放大、低通滤波、运算放大，进行A/D转换送至主控模块进行解码。读写器" title="读写器">读写器进行读写时，它与应答器的距离不是固定不变的，如果读写器与应答器的距离较远，则接收到的信号较弱。为提高系统的接收灵敏度，在天线与射频接收/解调器之间增加了由RF2173组成的放大电路，对接收到的信号进行放大。
2.5 串口通信模块
读写器采用RS232接口与交通控制器进行通信，传送采集到的交通信息，交通控制器根据采集到的车流信息随时调整交通信号，同时将采集到的交通信息上传到信息中心作进一步处理，电平转换芯片采用MAX232。
3 系统软件设计
射频识别读卡器部分的工作流程如图4所示。系统上电初始化后，等待上位机的允许读卡命令。当接收到上位机的指令后，进入到循环读卡处理，开始采集交通车辆数据信息。首先，读写器发送命令给标签，接收到命令的标签产生应答，如果有多个标签应答产生冲突，则进行防冲突处理。正确识别标签后，将采集到的数据传给上位机，进入下一次采集，直到接到上位机的停止命令，停止采集数据。
与传统的交通数据采集方式相比较，RFID能够获得持续不断的数据，并且能直接反映实际交通流，利用RFID可以实现车辆的实时跟踪，将采集的交通数据通过网络传输到交通控制中心，通过控制中心汇总分析后，在各个路段向司机报告交通情况，并利用电子地图实时显示交通情况从而缓解交通。通过实时跟踪，还可以自动查处违章车辆，记录违章等情况。这项技术的应用使得在不影响交通流的情况下实时采集交通数据成为可能，将极大促进交通状况的改善。无线射频识别交通监管技术将成为实时交通信息采集的发展趋势。
参考文献
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