基于rfid的不停车收费系统设计

基于rfid的不停车收费系统设计内容摘要：

考虑到不停车电 子收费系统需要常年在室外环境下工作，一般会受到各种恶劣天气的影响以及各种污染的侵蚀，所以系统采用了双核控制的策略 ， 嵌入式系统和单片机的冗余控制。 这一策略的具体内容是 ： 平时二者都处于工作状态，嵌入式系统负责总体控制，单片机负责大屏幕的显示，相互通信时都先检查对方的地感 线圈 调谐电压 相位锁定器 电流源 相位比较器 输入放大器 基于 RFID 技术的不停车收费系统设计 工 作状态，一旦某一个 CPU 状态异常，另一个就立即启动设备异常报警，并暂时接管其工作以保证整个系统的正常工作，直到故障排除恢复正常状态。 这种冗余设计的实现主要是通过两套 控制系统 完成，即嵌入式系统和AT89S52 单片机各有一套 控制板 ，可以与射频收发芯片进行信息交换，都可以采集地感线圈的脉冲信号，都可以控制道闸、红绿灯、声光报警、显示屏等车道设备。 这两者之间采用 RS485 信号，每次通信时都先检测对方的工作状态，如果发现异常则紧急启动本控制系统中的备用控制程序。 在 ARM 微处理器上选用的是三星公司的 ARM9 芯片 S3C2410，为了开发方便使用 S3C2410 开发板进行设计， ARM 开发板具有如下功能：采集来自地感线圈的脉冲信号； SPI 接口可与射频收发芯片进行信息交换，采用 232/485 通信；预留过个 I/O 接口以便控制栏杆、声光报警、红绿灯、显示屏等车道设备；具有Flash 存储器。 电子 标签 与阅读器 的设计 由于目前我国车辆 自动识别系统中通常使用的是两片式电子标签叫双界面CPU 卡的方式，因此读写器还可以接收一些其他信息，读写器读取信息并解码后，送至后台计算机系统进行有关数据处理，标签读写器也将根据控制系统的反馈信息更新电子标签内存储的信息，完成全部工作过程。 本文所设计的 ETC 射频识别系统选用有源 的被动式读写型并具有防碰撞功能的双片式组合型电子标签，电子标签安装在车辆仪表台上或挡风玻璃上，在交通流量大且易产生交通堵塞的收费站点按需设置若干条 ETC 收费通道，驾驶员只需将双界面 IC 卡插入双片式 ETC 电子标签内就可以实现不停车自动收 费 ，这样就可大幅提高收费站的通行能力，最大限度地缓解交通压力；在交通流量小的收费站口，只设置 IC 卡收费车道即人工半自动停车收费，驾驶员要从双片式ETC 电子标签中拨出双界面 IC 卡在刷卡器上进行刷卡交费，短暂停车后再通过收费站。 设计中的电子标签与阅读器的核心模块是 TI 公司的 CC1100， 射频卡 （简称RFID 卡 ） 是基于射频识别技术的 智能卡 ，是一种以无线方式传送数据的 集成电路 卡片，它具有数据处理及安全认证功能等特有的优点。 读写器也称 收发器 或询问器，它由发射单元、接收单元、信号处理控制单元和 电源 等组成。 它 通过天线向射频卡发送射频调制信号（也称询问信号），同时通过天线接收从射频卡返回的载有射频卡中信息的射频调制信号（也称应答信号），经处理后传给智能控制设备。 基于 RFID 技术的不停车收费系统设计 4 基于 RFID 不停车收费系统的软件设计流程 ETC 电子不停车收费系统总体软件设计主要应包含：系统硬件初始化设计、OBU 唤醒部分设计、 OBU 主控单元软件、 RSU 单元功能实现软件、 RSU 与车道计算机通讯接口功能实现的软件设计等。 车辆在高速公路出入时 的软件系统 交易流程设计如图 所示。 计 算 机 R S U O B U I C 卡V S T 送 P C广 播 B S T 信 息检 查 I C 卡确 认 验 证请 求 O B U 信 息回 送 V S T有 I C 卡请 求 O B U 信 息O B U 信 息 送 P C回 送 O B U 信 息读 I C 卡 信 息返 回 I C 卡 信 息请 求 I C 卡 信 息返 回 I C 卡 信 息发 送 站 信 息和 消 费 信 息写 站 信 息和 消 费 信 息确 认 ， 要I C 卡 信 息I C 卡 信 息 送 P C确 认 ， 写 站 信息 和 消 费 信 息返 回 结 果返 回 结 果返 回 结 果图 ETC 一次交易流程图 ETC 系统是一个基于射频技术的通信系统，并且是基于短程无线通信协议实现的 [5]。 ETC 需要对 DSRC 协议的各个层次要求进行协调处理，对随时可能接收到的数据进行处理，同时要对系统中的中断快速响应。 系统的响应时间是系统结构设计时最重点考虑的因素，微处理器的速度影响系统的响应时间。 由于本文中的 ETC 系统较为复杂 , 各种响应的优先级有所不同 ,想要在一定时间内做出快速响应 , 就必须设计一个复杂的、完善的软件结构 , 本文研究设计中使用了函数队列调度结构。 在函数队列调度结构中 ,当最高优先级的 设备发生中断时 ,系统刚刚执行最长的任务代码函数 , 此时就发生了最坏的情况 ,其响应时间等于最长任务代码的执行时间。 在本系统的设计中使用串口中断和定时器中断 , 更多的是对各个层次的轮询操作 , 操作有很强的层次性 , 比如 RSU 要发送一个帧 ,要先后经历应用层 、 LLC基于 RFID 技术的不停车收费系统设计 子层、 MAC 子层、物理层等过程 ， 是遵循一定的顺序。 系统软件前台界面开发工具的选择 本系统硬件设备使用了美国 Intermec 公司的 Intellitag5o 系列 ITRF91501 型读写器，此读写器利用 RS232 串口与计算机主机进行数据传输 ， 串 1:3 通讯模块设计过程中应用了 COM API(Common Object Model Application Programming Interface)控件。 由于到目前为止此 COM API 控件适用的开发环境只有 Visual Basic 及其高级版本和 Visual C++ 及其高级版本，而 VB 又具有可视化、面向对象、事件驱动、易学易用和支持多种数据库系统的访问等优点，其已经成为快速应用程序开发 (Rapid Application Development，简称 RAD)工具的代表，所以我们本次设计软 件界面采用 Microsoft Visual Basic 作为软件系统开发环境 J，操作系统为 Windows XP professional SP2。 系统后台数据库开发工具的选择 由于本不停车收费系统是个比较庞大的系统，要涉及大量的数据管理，因此也必须要构建大型的数据库，并且由于工程实际的需要，数据库对网络支持的要求也很高。 为保证系统的安全性和稳定性，整个网络的数据库管理系统采用了Microsoft 公司推出的 SQL Server 2020 数据库管理系统。 它功能强大、操作简单，具有使用方便 、 可伸缩性好、与相关软件集成程度高等优点，可跨越从 Microsoft Windows 98 的膝上型电脑到运行 Microsoft Windows 2020 的大型多处理器的服务器等多种平台使用。 众多的开发工具提供了与 SQL Server 的接 1:3， 其也深受广大数据库用户的喜爱。 SQL Server 2020 的常见版本有以下 4 种： （ 1） 企业版 (Enterprise Edition)。 支持所有的 SQL Server 2020 特性，可作 为大型 Web 站点，企业 OLTP 联机事务处理，以及数据仓库系统等的产品数据库服务器 ； （ 2） 标准版 (Standard Edition)。 用于小型的工作组或部门 ； （ 3） 个人版 (Personal Edition)。 用于单机系统或客户机 ； （ 4） 开发者版 (Developer Edition)。 用于程序员开发应用程序。 本系统中，除了在各工作机上安装个人版以外，其他各上级服务器计算机上均安装企业版。 COM API 控件 Intermec 公司的 Intellitag5o 系列 ITRF91501 型读写器附有一个开发工具包(Intellitag RFID Developer’s Kit，简称 IDK)，控件 COMAPI 就是这个开发包所提供的一个工具。 COM API 是一个功能集中的、面向对象的方法，是容易理解的、适用于微软的通用软件控件范例 (Microsoft’s Common Object Model 简称 COM)。 有了 COM API 我们就可以很容易地开发出适用于 Intellitag 系列读写器的应用软件。 基于 RFID 技术的不停车收费系统设计 系统网络结构设计 公路不停车收费系统的业务需求决定了其网络系统通信必须要有高稳定 性、高保密性和高传速等特点。 网络结构的选型需要从经济性、安全性和可行性等多方 面考虑。 本次系统开发的网络系统是个广域网络系统，主要分为 3 级：网络不停车收费管理控制中心、区域网络控制中心、收费站局域网。 各个收费站内部建立 100M 局域网，每个车道作为一个终端，通过以太局域网与收费站数据库服务器连接。 各收费站局域网与区域控制中心通过光缆组建为城域网。 城域网与整个系统 管理控制中心又通过路由器接人国家信息通讯主干网。 这样我们可以省去自己组建主干网的资金。 5 系统测试 本课题组对于所研究设计的电子不停车收费系统总体 功能进行了测试。 测试结果如表 所示 :试验结果表明 , 系统整体功能测试的结果可以满足车辆在低速行驶时不停车。 测试 项目 测试车速（ Km/h） 30 40 50 60 70 80 90 100 100 以上 测试次数 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 拍照识别成功次数 3000 3000 2997 2993 2980 2970 2980 2960 2950 拍照识别失败次数 0 0 3 7 20 30 20 40 50 牌照正确识别率 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 读卡器成功数 2980 2970 3000 2995 3000 2960 2950 3000 2995 读卡器失败数 20 30 0 5 0 40 50 0 5 读卡器成功率 100% 99% 100% 100% 100% 99% 99% 100% 100% 路侧单元动作成功数 3000 2990 2950 2990 3000 2960 2900 2930 2990 路侧单元动作故障数 0 10 50 10 0 40 100 70 10 路侧单元动作成功率 100% 99% 98% 99% 100% 98% 96% 97% 99% 系统软件执行成功数 3000 3000 3000 3000 2990 2985 3000 3000 2995 系统软件执行故障数 0 0 0 0 10 15 0 0 5 系统软件执行可靠性 100% 100% 100% 100% 99% 99% 100% 100% 100% 系统测试成功数 3000 3000 2985 2990 3000 2960 2970 2995 2965 系统测试故障数 0 0 15 10 0 40 30 5 35 系统测试成功率 100% 100% 99% 100% 100% 98。