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)計方案，整個系統(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)、能識別高速移動物體、數(shù)據(jù)存儲量大、非接觸識別以及可同時識別多個芯片等特點(diǎn)。
交通系統(tǒng)是一個復(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)實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)的采集可以對交通情況進(jìn)行實時、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)手段對整個交通領(lǐng)域所需要的動態(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，在一定的時期具有一定的穩(wěn)定性，因此，全面、可靠地采集動態(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)識別碼送至計算機(jī)，完成預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能和自動識別，從而實現(xiàn)交通的自動化管理。
2 射頻識別系統(tǒng)硬件設(shè)計
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)多個標(biāo)簽，并且能夠自動識別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，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調(diào)整交通信號，同時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
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)，并且能直接反映實際交通流，利用RFID可以實現(xiàn)車輛的實時跟蹤，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，在各個路段向司機(jī)報告交通情況，并利用電子地圖實時顯示交通情況從而緩解交通。通過實時跟蹤，還可以自動查處違章車輛，記錄違章等情況。這項技術(shù)的應(yīng)用使得在不影響交通流的情況下實時采集交通數(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)將成為實時交通信息采集的發(fā)展趨勢。
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