基于RFID的不斷電道路車輛信息采集系統

張正華 ，殷有燁 ，蘇 權 ，吳 韜

（1.揚州大學 信息工程學院，江蘇 揚州225127；2.揚州國脈通信發展有限公司 江蘇 揚州225002）

無線射頻識別技術（RFID）是一項非接觸式自動識別技術，具有信息量大，抗干擾能力強，操作快捷等許多優點。特別是RFID技術在高速運動物體識別、多目標識別和非接觸識別等方面具有優勢，使其在很多領域都有巨大的發展潛力[1]。近年來，我國智能交通已經被吵的火熱，但是我國的智能交通技術仍處于探索發展階段，但可以肯定的是建立智能交通系統可以極大地提高交通運輸效率，有效的保障暢通和安全，增強行車的舒適性，改善環境的質量，提高能源的利用率[2]。因此世界各國都將更加重視智能交通技術的研究和推廣。目前RFID技術作為物聯網的信息采集前端技術用于智能交通的研究已經開始，隨著技術的進步以及國家建設的需要，RFID技術用于智能交通必將引起物聯網與智能交通相結合的新浪潮。

目前城市智能交通中對車輛信息的采集方式已經不僅僅局限于視頻采集和地感線圈的采集方式，RFID無線射頻技術已經開始應用于道路車輛信息采集系統中[3]，它可以針對每輛車提供一張記錄該車輛全部身份信息的電子標簽，因此相對于視頻采集方式，它可以實現低能耗采集車輛的信息，并且采集方式靈活，信息更加全面。本文主要是對目前已有的基于RFID技術的智能交通系統的一種改進，提出通過ZigBee無線組網方式彌補RFID電子標簽的采集距離有限的不足，同時通過太陽能這種可再生能源與電力線設備雙供電模式來確保該系統的能夠24小時不斷電進行工作，提高系統的適應能力從而滿足城市智能交通的需要。

1 RFID遠距離低能耗車輛信息系統

射頻標簽的工作頻率決定著識別距離，按照工作頻率的不同，RFID標簽可以分為低頻，高頻，超高頻和微波等不同種類，低頻標簽一般為無源標簽，閱讀距離一般情況下小于1 m。中頻標簽一般也采用無源，閱讀距離也小于1 m。超高頻與微波頻段的射頻標簽稱為微波射頻標簽，一般分為有源和無源兩種，最大的能達到 因此在智能交通中一般采用微波頻段的射頻標簽，同時有源標簽的傳輸距離要大于無源標簽，但是考慮到設計成本及系統的廣泛使用，所以一般都采用無源標簽[5]。

車輛信息采集系統通過無源RFID和ZigBee來建立遠距離的模型，通過天線掃描場內無源電子標簽進行車輛信息采集，將采集的信息通過ZigBee無線組網方式傳輸出去，從而實現其遠距離的車輛信息采集，此外該采集子系統在無電子標簽進入其場內可以實現自動進入休眠模式，當有標簽進入時就進行觸發喚醒。所以可以實現低功耗和遠距離進行車輛信息采集的特點。系統包括作為信息載體的電子標簽，RFID數據閱讀器，平板天線，ZigBee無線組網傳輸裝置。平板天線與RFID數據閱讀器連接，ZigBee無線組網傳輸裝置與RFID數據閱讀器通過RS-232串口線連接。如圖1所示。

圖1 RFID前端采集系統Fig.1 RFID front-end acquisition system

該系統將電子識別標簽作為車輛信息的載體，閱讀器將低頻加密數據載波信號經發射天線向外發送，電子標簽進入低頻的發射無線工作區域后被激活，同時將加密的載有目標識別碼的高頻加密載波信號經卡內高頻發射模塊發射出去，接收天線接收到射頻卡發來的載波信號，經閱讀器接收后提取出目標信息。最終實現系統對車輛的自動識別和信息采集。

2 電力設備與太陽能雙供電模式系統

能源是發展國民經濟，提高人民生活水平的重要物質基礎。隨著經濟的發展，人口的增加，使得能源消耗快速增長，從而帶來了能源短缺、環境污染、生態惡化，這些問題己成為當今世界各國面臨的一個重大問題。可再生能源的發展得到世界許多國家的廣泛關注，成為國際能源領域的熱點，節能減排已成為現階段各行各業進行科研活動必須考慮的一個因素。

太陽能發電是一種新興的可再生能源，它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環境無任何污染。為人類創造了一種新的生活形態，使社會及人類進入一個節約能源減少污染的時代。城市道路車輛信息監控點通過正常電源和可再生能源的太陽能供電，可以保障系統的24小時不斷電，在節約能耗，降低成本的前提下還能提供更好的供電保障，因此適應性強，應用更為廣泛。如圖2所示。

圖2 雙電源供電系統Fig.2 Dual power supply system

太陽能發電系統由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220 V或 110 V，還需要配置逆變器[6]。各部分的作用為：

1)太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。

2)太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項。

3)蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。

4)逆變器：在很多場合，都需要提供220 VAC、110 VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12 VDC、24 VDC、48 VDC。為能向220 VAC的電器提供電能，需要將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24 VDC的電能轉換成5 VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。

3 RFID不斷電車輛信息采集系統構建

通過將上面兩種特點的系統進行整合形成一種具有不斷電，采用RFID技術的道路車輛信息采集系統，該系統由電子標簽，ZigBee無線組網模塊[7]，閱讀器，天線以及雙能源供電模塊組成。閱讀器通過射頻天線發送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發射天線工作區域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內置發送天線發送出去；系統接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號，經天線調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼然后通過ZigBee無線模塊傳送到后臺主系統進行相關處理[8]；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制。由于采用ZigBee組網方式，所以閱讀器可以遠距離讀取，而且對高速運動的標簽也能夠準確的捕獲，符合交通領域用來采集車輛信息從而來反映交通流信息的要求。其采集原理是將射頻標簽貼在汽車擋風玻璃上，每個標簽都是唯一的且對應著特定戶主的車輛。標簽中存儲汽車的身份信息，包括車輛型號、車牌號碼、車主姓名、車子有無注冊等信息。當貼有射頻標簽的汽車經過閱讀器的輻射場時，標簽會和閱讀器進行無線通信，射頻標簽的內部數據會被閱讀器讀取，然后閱讀器會把讀取的數據無線傳輸到計算機數據處理系統。所以每輛車經過閱讀器的RF場時標簽被讀取的次數，車輛的基本信息都被閱讀器記錄可供交通部門分析。此外，通過電力線進行電源適配可以保障對前端系統的日常供電，而太陽能發電模塊可以在意外斷電情況下，保障前端系統的電力供應，使該系統適應能力更強，應用更為廣闊。系統整體構建如圖3所示。

圖3 改進型RFID車輛信息采集系統Fig.3 Improved RFID vehicle information collection system

4 實驗結果

改進型系統中采用的是順舟科技的ZigBee SZ02-200型號的模塊，最大傳輸距離達200 m，最大傳輸字節100K，在實驗室環境中配置成點對點的傳輸，由于電子標簽的數據量較小，所以很好的實現了車輛標簽數據的上傳，同時彌補了射頻標簽讀取距離短的不足，實現了遠距離的數據讀取，同時可以通過中繼路由的組網方式，實現更遠的數據傳輸。太陽能發電系統是一款30 W 18 V的太陽能小型發電系統，經過測試滿足RFID閱讀器以及ZigBee模塊的供電需要。

5 結束語

本方法以已有的RFID技術采集車輛信息為基礎，提出了一種新的具有低能耗遠距離雙能源供電特點的改進系統，該系統是對已經RFID技術的一種延伸應用，為物聯網引入智能交通進一步發展提供可能性研究。隨著我國大力發展智能交通系統（ITS），以及物聯網行業的蓬勃發展，物聯網與智能交通相結合是必然的趨勢。同時在我國大力倡導節能減排，所以具有不斷電的RFID車輛信息采集系統用于智能交通必定有廣闊的應用前景。

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