淺談RFID電子車牌系統

■ 丁昌華

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淺談RFID電子車牌系統

■ 丁昌華

電子車牌系統是以RFID電子標簽作為車輛信息的載體，結合數據通訊技術、自動控制技術、計算機網絡技術、信息發布技術等現代化科技的智能交通綜合解決方案。該系統可以提供涉及公安、交通、環保、稅務等部門的80多種服務，為車輛信息化、交通智能化奠定堅實的基礎。也因此，它的市場潛力巨大，在近幾年被認為是行業最熱門技術之一。

隨科學技術發展和人民生活水平提高，汽車成為日常交通工具，如何對汽車進行有效及高效管理成為擺在人們面前的一大難題。我國在汽車管理、汽車收費、汽車GPS、汽車防盜以及路況信息系統等方面的研究和應用都比較落后，離自動化和智能化的還有相當大的差距。在發達國家相關研究成果業已部分應用到汽車產業當中，實現了汽車管理的高效化和智能化。

RFID電子車牌的市場

車牌是機動車外在的唯一性標志，其主要作用體現在車牌的可視性與唯一性。如今我國使用的GA36-92型車牌在可視性與唯一性上存在缺陷，科技含量也不夠高。伴隨智能化交通的發展，車牌的智能性也成為需要我們考慮的問題。

目前對車牌的識別大多采用圖像分割與識別技術，圖象識別受污染、距離、光線、位置、角度等環境因素的影響較大，且圖像識別存儲空間及算法實現占用資源比較多，實現起來也非常困難，而且圖像識別技術對于套牌、盜牌甚至無牌車也沒有辦法識別。這些問題使得盜牌、套牌、盜車、劫車、肇事逃逸等違法犯罪行為成為可能，是社會治安的重大隱患，同時也可能對國民經濟造成巨額損失，最終導致對機動車進行有效管理的成為巨大的難題。如何遏制上述問題的發生，只有使用新技術才能從根本上解決問題。與現有車輛管理系統中使用的圖像識別技術相比，應用RFID技術的系統具有包含信息量大，環境適應能力強，不受風雪、冰雹等天氣因素影響，抗干擾能力強，可穿透非金屬物體進行識別，可全天候、無接觸地進行自動識別、跟蹤及管理，算法簡單且實現起來較為簡單等優點。

將 RFID技術引入車牌中，實現車牌的自動識別功能且會大大提高車輛管理。依據系統的智能化程度，可以應用于下列情況：

1）車輛調度。可實時跟蹤車輛，統計路況信息，然后由交通管理部門指揮車輛避開堵塞路段。

2）車輛管理。車輛管理部門可以對盜牌、套牌、盜車、劫車、肇事逃逸等行為進行更有效率的處理。

3）高速公路、橋梁收費。RFID卡采用充值卡模式，閱讀器讀取卡中存儲的ID號和車牌號，同時從卡中扣除相關費用。

4）小區車輛管理。對小區內車輛起到防盜作用。

5）停車場管理。用于對車輛實行自動結算收費、防盜。

RFID電子車牌系統硬件組成

典型的RFID電子車牌系統主要包括三個部分：電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）。

電子標簽

電子標簽又稱為射頻卡，射頻標簽，應答器等。它由芯片和內置天線組成，通過標簽天線和讀寫器進行通信。標簽相當于條碼技術中的條碼符號，用來存儲需要識別傳輸的信息。 RFID系統從電子標簽中獲取目標對象的相關信息，并且電子標簽可以從閱讀器的射頻場中獲得能量，可為其它部分或全部電路提供電源。因此，基于電子標簽在RFID系統中的功能，電子標簽電路必須含有天線用于接收和發射電磁波能量；必須含有檢波電路用于將高頻電磁能量轉換成為直流電源；并且可以存貯或管理能量；必須要有一定的數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，進行必要的數據處理及輸出相關的數據信息。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字信息調制到反射的電磁波上。

所以，電子標簽可由以下幾部分組成：天線、模擬電路、數子電路以及存貯器等組成。天線用于發射和接收電磁波：模擬電路主要是由檢波電路和調制電路組成，用于獲取直流能量并將相關信息通過調制發送出去；數字電路是電子標簽的大腦用于控制相關協議、指令及相關處理功能、管理內部數據和外部數據以及執行數據轉換功能。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，沒有自己的供電電源。只是在閱讀器的響

應范圍之內，這類電子標簽才會從閱讀器的射頻場中獲取能量供數字電路部分使用。電子標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簽的。有源電子標簽具有自己的供電電源，其它電路與無源電子標簽相同。有源電子標簽通常有部分電路處于工作狀態，有時被稱為處于“睡眠”狀態。當耦合的能量超過某一值時，有源電子標簽才真正開始工作，這一過程又被稱為“喚醒”。在睡眠狀態有源電子標簽的功耗一般很小。因此一個姆指大小的鈕扣電池可以保持很長的工作時間［5］。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。

閱讀器

讀取標簽信息的設備。閱讀器又稱為讀出裝置，掃描器，讀頭，讀寫器（取決于電子標簽是否支持無線修改數據）等［19］。其基本功能就是提供與標簽進行數據傳輸的途徑。根據支持的電子標簽類型不同以及所完成功能的不同，閱讀器的復雜程度是顯著不同的。閱讀器的基本功能就是提供與電子標簽進行數據傳輸的途徑。另外閱讀器還提供相當復雜的信號狀態控制、奇偶錯誤校驗與更正功能等。電子標簽中除了存儲需要傳輸的信息外，還包含有一定的附加信息，如錯誤校驗信息等。通常，RFID系統的閱讀器由六部分組成：電源部分、射頻信號收發部分、天線、CPU控制部分、存儲器、接口部分組成。

標準接口：閱讀器的高標準接口擔負以下任務：產生高效的發射信號，以啟動電子標簽或為它提供能量；對發射信號進行調制，用于將數據安全地傳送給電子標簽；接受并解調來自應答器的高頻信號。在高頻接口中有兩個分割開來的信號通道，分別用于上下行兩個方向的數據流傳輸。發送給應答器的數據通過發送分支，而接受到電子標簽的數據通過接受分支傳過來。

CPU控制單元：閱讀器的控制單元擔負下列任務：與應用系統進行通信，并執行應用系統發來的各種命令；控制與電子標簽的通信過程；對發送信號進行編碼和對接收信號進行解碼。對于復雜的系統還要有如下附加的功能：對閱讀器與電子標簽間傳送的數據進行加密和解密；執行反碰撞算法；進行閱讀器與電子標簽間的身份驗證。

當然，為了完成這些復雜的任務，在絕大多數情況下控制單元都擁有微處理器作為核心部件。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擔。出于性能上的考慮，對ASIC的訪問是通過處理器總線實現的。

天線

為標簽和讀寫器提供射頻信號空間傳遞的設備。RFID讀寫器可以采用同一天線完成發射和接收，或者由采用發射天線和接收天線分離的形式，所采用天線的結構及數量應視具體應用而定。

結束語

通過這樣的電子車牌系統的設計，可以有效地監控道路上的車輛信息，結合道路的實時信息，通過對信號燈的控制，實現對交通流進行調控，減少交通擁塞。同時可完成對超速、套牌、黑名單及非法營運等車輛的識別。

作者單位：長沙艾爾豐華電子科技有限公司