基于RFID的不断电道路车辆信息采集系统

张正华 ，殷有烨 ，苏 权 ，吴 韬

（1.扬州大学 信息工程学院，江苏 扬州225127；2.扬州国脉通信发展有限公司 江苏 扬州225002）

无线射频识别技术（RFID）是一项非接触式自动识别技术，具有信息量大，抗干扰能力强，操作快捷等许多优点。特别是RFID技术在高速运动物体识别、多目标识别和非接触识别等方面具有优势，使其在很多领域都有巨大的发展潜力[1]。近年来，我国智能交通已经被吵的火热，但是我国的智能交通技术仍处于探索发展阶段，但可以肯定的是建立智能交通系统可以极大地提高交通运输效率，有效的保障畅通和安全，增强行车的舒适性，改善环境的质量，提高能源的利用率[2]。因此世界各国都将更加重视智能交通技术的研究和推广。目前RFID技术作为物联网的信息采集前端技术用于智能交通的研究已经开始，随着技术的进步以及国家建设的需要，RFID技术用于智能交通必将引起物联网与智能交通相结合的新浪潮。

目前城市智能交通中对车辆信息的采集方式已经不仅仅局限于视频采集和地感线圈的采集方式，RFID无线射频技术已经开始应用于道路车辆信息采集系统中[3]，它可以针对每辆车提供一张记录该车辆全部身份信息的电子标签，因此相对于视频采集方式，它可以实现低能耗采集车辆的信息，并且采集方式灵活，信息更加全面。本文主要是对目前已有的基于RFID技术的智能交通系统的一种改进，提出通过ZigBee无线组网方式弥补RFID电子标签的采集距离有限的不足，同时通过太阳能这种可再生能源与电力线设备双供电模式来确保该系统的能够24小时不断电进行工作，提高系统的适应能力从而满足城市智能交通的需要。

1 RFID远距离低能耗车辆信息系统

射频标签的工作频率决定着识别距离，按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频，高频，超高频和微波等不同种类，低频标签一般为无源标签，阅读距离一般情况下小于1 m。中频标签一般也采用无源，阅读距离也小于1 m。超高频与微波频段的射频标签称为微波射频标签，一般分为有源和无源两种，最大的能达到 因此在智能交通中一般采用微波频段的射频标签，同时有源标签的传输距离要大于无源标签，但是考虑到设计成本及系统的广泛使用，所以一般都采用无源标签[5]。

车辆信息采集系统通过无源RFID和ZigBee来建立远距离的模型，通过天线扫描场内无源电子标签进行车辆信息采集，将采集的信息通过ZigBee无线组网方式传输出去，从而实现其远距离的车辆信息采集，此外该采集子系统在无电子标签进入其场内可以实现自动进入休眠模式，当有标签进入时就进行触发唤醒。所以可以实现低功耗和远距离进行车辆信息采集的特点。系统包括作为信息载体的电子标签，RFID数据阅读器，平板天线，ZigBee无线组网传输装置。平板天线与RFID数据阅读器连接，ZigBee无线组网传输装置与RFID数据阅读器通过RS-232串口线连接。如图1所示。

图1 RFID前端采集系统Fig.1 RFID front-end acquisition system

该系统将电子识别标签作为车辆信息的载体，阅读器将低频加密数据载波信号经发射天线向外发送，电子标签进入低频的发射无线工作区域后被激活，同时将加密的载有目标识别码的高频加密载波信号经卡内高频发射模块发射出去，接收天线接收到射频卡发来的载波信号，经阅读器接收后提取出目标信息。最终实现系统对车辆的自动识别和信息采集。

2 电力设备与太阳能双供电模式系统

能源是发展国民经济，提高人民生活水平的重要物质基础。随着经济的发展，人口的增加，使得能源消耗快速增长，从而带来了能源短缺、环境污染、生态恶化，这些问题己成为当今世界各国面临的一个重大问题。可再生能源的发展得到世界许多国家的广泛关注，成为国际能源领域的热点，节能减排已成为现阶段各行各业进行科研活动必须考虑的一个因素。

太阳能发电是一种新兴的可再生能源，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。城市道路车辆信息监控点通过正常电源和可再生能源的太阳能供电，可以保障系统的24小时不断电，在节约能耗，降低成本的前提下还能提供更好的供电保障，因此适应性强，应用更为广泛。如图2所示。

图2 双电源供电系统Fig.2 Dual power supply system

太阳能发电系统由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220 V或 110 V，还需要配置逆变器[6]。各部分的作用为：

1)太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

2)太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

3)蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

4)逆变器：在很多场合，都需要提供220 VAC、110 VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12 VDC、24 VDC、48 VDC。为能向220 VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24 VDC的电能转换成5 VDC的电能（注意，不是简单的降压）。

3 RFID不断电车辆信息采集系统构建

通过将上面两种特点的系统进行整合形成一种具有不断电，采用RFID技术的道路车辆信息采集系统，该系统由电子标签，ZigBee无线组网模块[7]，阅读器，天线以及双能源供电模块组成。阅读器通过射频天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后通过ZigBee无线模块传送到后台主系统进行相关处理[8]；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制。由于采用ZigBee组网方式，所以阅读器可以远距离读取，而且对高速运动的标签也能够准确的捕获，符合交通领域用来采集车辆信息从而来反映交通流信息的要求。其采集原理是将射频标签贴在汽车挡风玻璃上，每个标签都是唯一的且对应着特定户主的车辆。标签中存储汽车的身份信息，包括车辆型号、车牌号码、车主姓名、车子有无注册等信息。当贴有射频标签的汽车经过阅读器的辐射场时，标签会和阅读器进行无线通信，射频标签的内部数据会被阅读器读取，然后阅读器会把读取的数据无线传输到计算机数据处理系统。所以每辆车经过阅读器的RF场时标签被读取的次数，车辆的基本信息都被阅读器记录可供交通部门分析。此外，通过电力线进行电源适配可以保障对前端系统的日常供电，而太阳能发电模块可以在意外断电情况下，保障前端系统的电力供应，使该系统适应能力更强，应用更为广阔。系统整体构建如图3所示。

图3 改进型RFID车辆信息采集系统Fig.3 Improved RFID vehicle information collection system

4 实验结果

改进型系统中采用的是顺舟科技的ZigBee SZ02-200型号的模块，最大传输距离达200 m，最大传输字节100K，在实验室环境中配置成点对点的传输，由于电子标签的数据量较小，所以很好的实现了车辆标签数据的上传，同时弥补了射频标签读取距离短的不足，实现了远距离的数据读取，同时可以通过中继路由的组网方式，实现更远的数据传输。太阳能发电系统是一款30 W 18 V的太阳能小型发电系统，经过测试满足RFID阅读器以及ZigBee模块的供电需要。

5 结束语

本方法以已有的RFID技术采集车辆信息为基础，提出了一种新的具有低能耗远距离双能源供电特点的改进系统，该系统是对已经RFID技术的一种延伸应用，为物联网引入智能交通进一步发展提供可能性研究。随着我国大力发展智能交通系统（ITS），以及物联网行业的蓬勃发展，物联网与智能交通相结合是必然的趋势。同时在我国大力倡导节能减排，所以具有不断电的RFID车辆信息采集系统用于智能交通必定有广阔的应用前景。

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