摘 要： 提出了一種基于射頻識別" title="射頻識別">射頻識別技術(shù)獲取交通信息的新方法,，完成了射頻識別讀卡器的設(shè)計(jì)方案，整個(gè)系統(tǒng)以MSP430微處理器為核心,，包括發(fā)射,、接收模塊,，通過串口" title="串口">串口與交通控制機(jī)通信。
關(guān)鍵詞： 射頻識別 交通信息采集? 單片機(jī)? 讀卡器
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射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）是一種利用射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)信息的技術(shù),。射頻識別起源于20世紀(jì)80年代,，近年來射頻識別技術(shù)" title="射頻識別技術(shù)">射頻識別技術(shù)及其應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，射頻識別技術(shù)的典型應(yīng)用領(lǐng)域包括物流領(lǐng)域,、生產(chǎn)線自動(dòng)化,、交通運(yùn)輸領(lǐng)域、農(nóng)牧漁業(yè),、醫(yī)療行業(yè),、制造業(yè)等。超高頻射頻識別具有讀寫速度快,、識別距離遠(yuǎn),、能識別高速移動(dòng)物體、數(shù)據(jù)存儲量大,、非接觸識別以及可同時(shí)識別多個(gè)芯片等特點(diǎn),。
交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，單獨(dú)從道路或車輛的角度考慮,，很難解決交通問題,必須把車輛和道路綜合起來全盤考慮,。交通信息的采集尤為重要，采用超高頻射頻識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通數(shù)據(jù)的采集可以對交通情況進(jìn)行實(shí)時(shí),、準(zhǔn)確,、高效的監(jiān)管。
1 射頻識別交通數(shù)據(jù)采集原理
交通數(shù)據(jù)采集是指利用各種技術(shù)手段對整個(gè)交通領(lǐng)域所需要的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)交通信息進(jìn)行獲取的過程,。由于靜態(tài)信息是相對固定的,，在一定的時(shí)期具有一定的穩(wěn)定性,，因此，全面,、可靠地采集動(dòng)態(tài)交通信息成為交通管理與決策的關(guān)鍵,。
射頻識別交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是由閱讀器（reader）和應(yīng)答器（Transponder，也稱為電子標(biāo)簽）等組成,。交通數(shù)據(jù)采集的工作原理如下：閱讀器與應(yīng)答器通過電磁波進(jìn)行能量傳遞和數(shù)據(jù)通訊,，在系統(tǒng)工作過程中，讀卡器首先通過天線發(fā)送加密數(shù)據(jù)載波信號到RFID汽車標(biāo)簽,，標(biāo)簽的發(fā)射天線工作區(qū)域被激活,，同時(shí)將加密的載有目標(biāo)識別碼的高頻加密載波信號采用某種調(diào)制方式經(jīng)卡內(nèi)高頻發(fā)射模塊發(fā)射出去，接收天線接收到射頻卡發(fā)來的載波信號,，經(jīng)讀卡器接收處理后,，提取出目標(biāo)識別碼送至計(jì)算機(jī)，完成預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能和自動(dòng)識別,，從而實(shí)現(xiàn)交通的自動(dòng)化管理,。
2 射頻識別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
本系統(tǒng)選用MSP430單片機(jī)作為主控模塊，與發(fā)射模塊,、接收模塊和串口通信模塊共同構(gòu)成射頻標(biāo)簽的讀寫系統(tǒng),。MSP430負(fù)責(zé)對RFID標(biāo)簽的讀寫控制，并與上位機(jī)" title="上位機(jī)">上位機(jī)通信,，通過使用反碰撞技術(shù)可以識別感應(yīng)多個(gè)標(biāo)簽,，并且能夠自動(dòng)識別RFID標(biāo)簽是否被重復(fù)處理。系統(tǒng)工作原理如圖1所示,。
2.2 主控模塊
主控模塊選擇TI公司的MSP430,，它是一款超低功耗高性能單片機(jī)，片內(nèi)組合了不同功能模塊,，可以適應(yīng)不同層次需求,，開發(fā)時(shí)可減少開發(fā)者的大量工作。MSP430內(nèi)置FLASH存儲器,、RAM,，采用16位的精簡指令集，集成16個(gè)通用寄存器和常數(shù)發(fā)生器,，極大提高了代碼執(zhí)行效率,。本設(shè)計(jì)選用MSP430F2013，它內(nèi)部有2KB的程序空間和128B的數(shù)據(jù)存儲空間,，采用模擬串口方式與上位機(jī)通信,。
2.3 發(fā)射模塊
發(fā)射模塊由射頻調(diào)制/發(fā)射芯片以及功率放大芯片組成，原理如圖2所示。調(diào)制/發(fā)射芯片選用Motorola公司的MC33493,，它是鎖相環(huán)調(diào)諧的UHF頻段調(diào)制/發(fā)射芯片,，具有集成的VCO、環(huán)路濾波器,，輸出功率可調(diào),。此外還采用了前端功率放大芯片對輸出的射頻信號進(jìn)行放大，提高系統(tǒng)的發(fā)射功率,。工作頻率采用915MHz,。
2.4接收模塊
接收部分原理如圖3所示，射頻接收/解調(diào)芯片選用Motorola公司的MC33593,，它是一種由鎖相環(huán)調(diào)諧的UHF頻段射頻接收/解調(diào)芯片,。天線接收的反向調(diào)制信號經(jīng)過定向耦合器到接收通路，檢波后的信號經(jīng)過差動(dòng)放大,、低通濾波,、運(yùn)算放大,，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送至主控模塊進(jìn)行解碼,。讀寫器" title="讀寫器">讀寫器進(jìn)行讀寫時(shí)，它與應(yīng)答器的距離不是固定不變的,，如果讀寫器與應(yīng)答器的距離較遠(yuǎn),，則接收到的信號較弱。為提高系統(tǒng)的接收靈敏度,，在天線與射頻接收/解調(diào)器之間增加了由RF2173組成的放大電路,，對接收到的信號進(jìn)行放大。
2.5 串口通信模塊
讀寫器采用RS232接口與交通控制器進(jìn)行通信,，傳送采集到的交通信息,，交通控制器根據(jù)采集到的車流信息隨時(shí)調(diào)整交通信號，同時(shí)將采集到的交通信息上傳到信息中心作進(jìn)一步處理,，電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX232,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
射頻識別讀卡器部分的工作流程如圖4所示。系統(tǒng)上電初始化后,，等待上位機(jī)的允許讀卡命令,。當(dāng)接收到上位機(jī)的指令后，進(jìn)入到循環(huán)讀卡處理,，開始采集交通車輛數(shù)據(jù)信息,。首先，讀寫器發(fā)送命令給標(biāo)簽,，接收到命令的標(biāo)簽產(chǎn)生應(yīng)答,，如果有多個(gè)標(biāo)簽應(yīng)答產(chǎn)生沖突，則進(jìn)行防沖突處理,。正確識別標(biāo)簽后,，將采集到的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī),，進(jìn)入下一次采集，直到接到上位機(jī)的停止命令,，停止采集數(shù)據(jù),。
與傳統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)采集方式相比較，RFID能夠獲得持續(xù)不斷的數(shù)據(jù),，并且能直接反映實(shí)際交通流,，利用RFID可以實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)跟蹤，將采集的交通數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇煌刂浦行?，通過控制中心匯總分析后,，在各個(gè)路段向司機(jī)報(bào)告交通情況，并利用電子地圖實(shí)時(shí)顯示交通情況從而緩解交通,。通過實(shí)時(shí)跟蹤,，還可以自動(dòng)查處違章車輛，記錄違章等情況,。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使得在不影響交通流的情況下實(shí)時(shí)采集交通數(shù)據(jù)成為可能,，將極大促進(jìn)交通狀況的改善。無線射頻識別交通監(jiān)管技術(shù)將成為實(shí)時(shí)交通信息采集的發(fā)展趨勢,。
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