■ 丁昌華

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淺談RFID電子車牌系統(tǒng)

■ 丁昌華

電子車牌系統(tǒng)是以RFID電子標(biāo)簽作為車輛信息的載體，結(jié)合數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)等現(xiàn)代化科技的智能交通綜合解決方案。該系統(tǒng)可以提供涉及公安、交通、環(huán)保、稅務(wù)等部門的80多種服務(wù)，為車輛信息化、交通智能化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。也因此，它的市場潛力巨大，在近幾年被認(rèn)為是行業(yè)最熱門技術(shù)之一。

隨科學(xué)技術(shù)發(fā)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(jìn)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(fèi)、汽車GPS、汽車防盜以及路況信息系統(tǒng)等方面的研究和應(yīng)用都比較落后，離自動(dòng)化和智能化的還有相當(dāng)大的差距。在發(fā)達(dá)國家相關(guān)研究成果業(yè)已部分應(yīng)用到汽車產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)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(jī)動(dòng)車外在的唯一性標(biāo)志，其主要作用體現(xiàn)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(fā)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(shù)，圖象識別受污染、距離、光線、位置、角度等環(huán)境因素的影響較大，且圖像識別存儲空間及算法實(shí)現(xiàn)占用資源比較多，實(shí)現(xiàn)起來也非常困難，而且圖像識別技術(shù)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(huì)治安的重大隱患，同時(shí)也可能對國民經(jīng)濟(jì)造成巨額損失，最終導(dǎo)致對機(jī)動(dòng)車進(jìn)行有效管理的成為巨大的難題。如何遏制上述問題的發(fā)生，只有使用新技術(shù)才能從根本上解決問題。與現(xiàn)有車輛管理系統(tǒng)中使用的圖像識別技術(shù)相比，應(yīng)用RFID技術(shù)的系統(tǒng)具有包含信息量大，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，不受風(fēng)雪、冰雹等天氣因素影響，抗干擾能力強(qiáng)，可穿透非金屬物體進(jìn)行識別，可全天候、無接觸地進(jìn)行自動(dòng)識別、跟蹤及管理，算法簡單且實(shí)現(xiàn)起來較為簡單等優(yōu)點(diǎn)。

將 RFID技術(shù)引入車牌中，實(shí)現(xiàn)車牌的自動(dòng)識別功能且會(huì)大大提高車輛管理。依據(jù)系統(tǒng)的智能化程度，可以應(yīng)用于下列情況：

1）車輛調(diào)度。可實(shí)時(shí)跟蹤車輛，統(tǒng)計(jì)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(jìn)行更有效率的處理。

3）高速公路、橋梁收費(fèi)。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(shí)從卡中扣除相關(guān)費(fèi)用。

4）小區(qū)車輛管理。對小區(qū)內(nèi)車輛起到防盜作用。

5）停車場管理。用于對車輛實(shí)行自動(dòng)結(jié)算收費(fèi)、防盜。

RFID電子車牌系統(tǒng)硬件組成

典型的RFID電子車牌系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：電子標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）。

電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽又稱為射頻卡，射頻標(biāo)簽，應(yīng)答器等。它由芯片和內(nèi)置天線組成，通過標(biāo)簽天線和讀寫器進(jìn)行通信。標(biāo)簽相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號，用來存儲需要識別傳輸?shù)男畔ⅰ?RFID系統(tǒng)從電子標(biāo)簽中獲取目標(biāo)對象的相關(guān)信息，并且電子標(biāo)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(biāo)簽在RFID系統(tǒng)中的功能，電子標(biāo)簽電路必須含有天線用于接收和發(fā)射電磁波能量；必須含有檢波電路用于將高頻電磁能量轉(zhuǎn)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(shù)字電路部分用于存貯被識別對象的信息內(nèi)容，并可在外部供電的情況下，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理及輸出相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。另外，電子標(biāo)簽必須含有調(diào)制電路，可以把存儲在電子標(biāo)簽內(nèi)部的被識別對象的相關(guān)數(shù)字信息調(diào)制到反射的電磁波上。

所以，電子標(biāo)簽可由以下幾部分組成：天線、模擬電路、數(shù)子電路以及存貯器等組成。天線用于發(fā)射和接收電磁波：模擬電路主要是由檢波電路和調(diào)制電路組成，用于獲取直流能量并將相關(guān)信息通過調(diào)制發(fā)送出去；數(shù)字電路是電子標(biāo)簽的大腦用于控制相關(guān)協(xié)議、指令及相關(guān)處理功能、管理內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)以及執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。電子標(biāo)簽一般分為有源電子標(biāo)簽和無源電子標(biāo)簽，無源電子標(biāo)簽在閱讀器的響應(yīng)范圍之外是處于無源狀態(tài)，沒有自己的供電電源。只是在閱讀器的響

應(yīng)范圍之內(nèi)，這類電子標(biāo)簽才會(huì)從閱讀器的射頻場中獲取能量供數(shù)字電路部分使用。電子標(biāo)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(biāo)簽的。有源電子標(biāo)簽具有自己的供電電源，其它電路與無源電子標(biāo)簽相同。有源電子標(biāo)簽通常有部分電路處于工作狀態(tài)，有時(shí)被稱為處于“睡眠”狀態(tài)。當(dāng)耦合的能量超過某一值時(shí)，有源電子標(biāo)簽才真正開始工作，這一過程又被稱為“喚醒”。在睡眠狀態(tài)有源電子標(biāo)簽的功耗一般很小。因此一個(gè)姆指大小的鈕扣電池可以保持很長的工作時(shí)間［5］。然而，與有源電子標(biāo)簽相比，無源電子標(biāo)簽的壽命一般可長達(dá)幾十年，而有源電子標(biāo)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(biāo)簽信息的設(shè)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(biāo)簽是否支持無線修改數(shù)據(jù)）等［19］。其基本功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩?。根?jù)支持的電子標(biāo)簽類型不同以及所完成功能的不同，閱讀器的復(fù)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(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩?。另外閱讀器還提供相當(dāng)復(fù)雜的信號狀態(tài)控制、奇偶錯(cuò)誤校驗(yàn)與更正功能等。電子標(biāo)簽中除了存儲需要傳輸?shù)男畔⑼?，還包含有一定的附加信息，如錯(cuò)誤校驗(yàn)信息等。通常，RFID系統(tǒng)的閱讀器由六部分組成：電源部分、射頻信號收發(fā)部分、天線、CPU控制部分、存儲器、接口部分組成。

標(biāo)準(zhǔn)接口：閱讀器的高標(biāo)準(zhǔn)接口擔(dān)負(fù)以下任務(wù)：產(chǎn)生高效的發(fā)射信號，以啟動(dòng)電子標(biāo)簽或?yàn)樗峁┠芰?；對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)安全地傳送給電子標(biāo)簽；接受并解調(diào)來自應(yīng)答器的高頻信號。在高頻接口中有兩個(gè)分割開來的信號通道，分別用于上下行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)流傳輸。發(fā)送給應(yīng)答器的數(shù)據(jù)通過發(fā)送分支，而接受到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通過接受分支傳過來。

CPU控制單元：閱讀器的控制單元擔(dān)負(fù)下列任務(wù)：與應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)來的各種命令；控制與電子標(biāo)簽的通信過程；對發(fā)送信號進(jìn)行編碼和對接收信號進(jìn)行解碼。對于復(fù)雜的系統(tǒng)還要有如下附加的功能：對閱讀器與電子標(biāo)簽間傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密；執(zhí)行反碰撞算法；進(jìn)行閱讀器與電子標(biāo)簽間的身份驗(yàn)證。

當(dāng)然，為了完成這些復(fù)雜的任務(wù)，在絕大多數(shù)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(jì)算密集型過程的負(fù)擔(dān)。出于性能上的考慮，對ASIC的訪問是通過處理器總線實(shí)現(xiàn)的。

天線

為標(biāo)簽和讀寫器提供射頻信號空間傳遞的設(shè)備。RFID讀寫器可以采用同一天線完成發(fā)射和接收，或者由采用發(fā)射天線和接收天線分離的形式，所采用天線的結(jié)構(gòu)及數(shù)量應(yīng)視具體應(yīng)用而定。

結(jié)束語

通過這樣的電子車牌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以有效地監(jiān)控道路上的車輛信息，結(jié)合道路的實(shí)時(shí)信息，通過對信號燈的控制，實(shí)現(xiàn)對交通流進(jìn)行調(diào)控，減少交通擁塞。同時(shí)可完成對超速、套牌、黑名單及非法營運(yùn)等車輛的識別。

作者單位：長沙艾爾豐華電子科技有限公司