基于RFID的雾天高速公路实时预警系统的设计.doc

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1、 基于RFID的雾天高速公路车辆实时预警系统的设计摘要本文针对雾天高速公路频繁发生的交通事故, 设计了基于超高频远距离RFID技术的车辆实时预警系统。RFID技术是一种非接触式自动识别技术，可快速读取电子标签，同时识别多个高速运动的物体，适应各种恶劣环境。其中信息采集模块就是利用该技术来实现对车辆身份的自动识别与信息采集，该方法弥补了传统车辆信息采集中的许多缺陷，并实现了雾天行驶车辆的实时预警。论文首先对射频识别系统的组成、分类及原理等方面进行了详细介绍。其次对系统进行了硬件及软件设计。硬件设计主要包括车辆检测模块、射频识别模块、数据传输及处理模块、车载报警显示装置四部分，主要从设备的选型、性

2、能和应用等方面进行了分析与研究。其中射频识别模块中读写器设计两个天线接口，使得识别标签范围更广，大大降低安装读写器所需的成本。最后对该系统进行了软件设计。软件部分主要包括读写器程序设计、射频标签内部程序设计、读写器与标签之间的通信设计、车载显示模块设计。系统设置能见度检测仪与阅读器同步,当检测仪检测到能见度小于某一阈值时, 由同步的读写器识别该路段中的标签信息，传送至后台中心，并由后台中心通过无线发射装置将预警信息发布给相应车辆的车载预警装置，从而避免了在能见度较低情况下易发生的事故，实现雾天高速公路的科学安全运行。关键词：雾天；高速公路；RFID；读写器；天线；报警Rfid-enabled

3、fog highway vehicles real-time warning system designAbstractThis paper aiming at the frequent occurrence of traffic accidents in the foggy weather, it was designed on the basis of the UHF distance RFID technology vehicle real-time warning system. RFID technology is a non-contact automatic identifica

4、tion technology, it can read electronic label rapidly, meanwhile it can identify multiple high-speed motion object , adapt to all kinds of environments. In which information acquisition module use this technology to realize the automatic recognition of vehicle identity with information collection, t

5、his method makes up the traditional vehicle information collection and realize the many flaws, and real-time warning of vehicle foggy weather. The paper detailed introduction the RFID system composition, classification and principle etc first. Second on the system hardware and software design. Hardw

6、are design includes four parts, they were vehicle detection module, RFID module, the data transmission and processing module, car alarm display device. It analyzed and studied mainly from the equipment selection, performance and application. Radio frequency identification module of the design of two

7、 antenna reading, makes identification tag realize wider reading, greatly reduce the cost of installation is required. Finally design the system software. Software desigh mainly includes reading and writing implement the program design, tag internal procedures design, literacy sensor and tag the com

8、munication between the design, on-board display module design. System Settings with reader synchronization, and when visibility detector detect visibility are smaller than a certain threshold, the synchronization of reading and writing of this route is the label identifying information, transferred

9、to the backstage center, and the backend center through wireless transmitting devices will early warning information release to the corresponding vehicle on-board warning devices, avoid accidents in low visibility situation, then can realize highway scientific safety operation in the foggy wheather.

10、Keywords: the fog; highway; RFID ; reading implement antenna; alarm目录1 绪论11.1 课题研究背景11.1.1研究背景11.1.2 雾的定义及检测11.1.3 雾天对高速公路行车的影响21.2课题研究意义22 系统关键技术与总体结构分析32.1 射频识别技术(RFID)32.1.1 RFID系统的分类32.1.2 RFID系统构成32.1.3 RFID工作原理42.1.4 RFID技术在交通领域中的应用42.2 系统总体结构52.3 系统工作原理52.4 系统性能52.5 系统特点63系统硬件设计73.1 总体结构设计73.

11、2 车辆信息采集基站设计73.3 雾区能见度检测装置设计143.4 数据传输及处理模块设计163.5 车载报警显示模块设计184 系统软件设计204.1 系统设计流程204.2读写器程序设计224.3射频标签程序设计234.4键盘与液晶显示模块设计255结论27参考文献28致谢291 绪论1.1课题研究背景1.1.1 研究背景近年来，随着经济社会的不断发展，高速公路在发挥巨大社会经济效益、缩的同时，交通安全问题已引起人们的广泛关注。据资料显示因为受浓雾等恶劣天气影响而造成的交通事故约占事故总数的四分之一多，雾天是高速公路的第一杀手，给国家和人民的生命财产造成了重大损失。浓雾的主要危害体现在：在

12、雾区时驾驶员无法对前车车速和与前车的距离进行准确的判断；其次因为大雾天气突发性强，驾驶人员在进入雾区之前无法及时地获取前方突发的天气状况。目前国内应对灾害天气的主要方法是在公路两边设立可变情报板，发布前方的天气状况，这种方法能取得一定的预警效果，但在实时性方面不太理想，尤其是应对突发性强的大雾天气。本文试图利用射频识别(RFID)技术对雾天高速公路上的车辆进行实时预警，在考虑预警效果的同时，结合成本消耗等方面进行分析设计。RFID是20世纪90年代兴起的一种非接触式的新型自动识别技术，它利用无线传输方式进行双向数据通信，进而达到自动识别并交换信息的目的。RFID技术优势为：存储信息量大，每一个

13、产品拥有独一无二的ID号；使用寿命长，能在恶劣环境下工作；能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；能够同时处理多个标签；可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位。RFID技术最早的应用可追溯到第二次世界大战中飞机的敌我目标识别。当前，RFID技术在我国的应用正处于起步阶段。针对我国对RFID技术的研究，其中中科院自动化所的RFID研究中心，国家RFID检测中心以及相关行业公司的演示中心等都有应用测试公共服务平台。Sun、IBM、UPS、Microsoft等IT和物流行业巨头已经重金投入对RFID的测试和解决方案的开发。1.1.2 雾的定义及检测大气中水汽达到饱和以后，凝结成或凝华而成小水

14、滴或冰晶，漂浮在贴近地面的气层内即形成雾。雾对高速公路运营管理来讲，主要影响水平能见度。而造成高速公路行车事故的原因，主要是低能见度一般是指能见度小于500m的浓雾天气，尤其是200m以下的低能见度天气。由于雾的生消变化很快，有时能见度从几千米降到几十米只需几分钟，人工检测很难及时发现并采取相应管理措施。本文系统设计中采取在公路两旁和阅读器同步设立能见度检测仪，即可以实时有效的检测到雾的多变性和波折性。 造成高速公路行车事故的原因主要是低能见度，低能见度是个模糊概念，为描述低能见度这个模糊概率事件的界定问题，可以采用美国控制论专家ZADEN LA提出的用取值区间为0,1的隶属度来描述。就高速公

15、路而言，设计了对能见度的隶属函数。 (1-1)对于式（1-1），在能见度小于500m时均属低能见度。当L50时，极易发生交通事故，L1;当50L200时，车距已不能达到200m，故对低能见度的隶属度仍很高，0.8L1;当200L500时，已不属于低能见度的范畴了。U(L)大体上反映了在高速公路上对能见度的需求和对低能见度概念的判断，这也是对高速公路上判断分级预报指标确定的依据。1.1.3 雾天对高速公路行车的影响大雾的发生尤其是团雾的频频出现，严重影响了高速公路的行车安全。主要表现在以下几个方面：一是雾的波折性。由于雾气使光线发生散射，并吸收光线，驾驶人看不清前方和周围的情况，便很难调整自己的

16、车速和车间距，致使估计车距、车速不准确，对交通标志、路面设施识别产生困难，容易造成追尾事故。二是雾的突变性。由于雾具有控制范围不大、积聚时间较长、易飘移、突然性强等特点，易在车流量大的路段引发多车追尾事故，很难使驾驶人能够提前发现和掌握行踪。三是路面附着系数下降。大雾通常发生在夜间后半夜和清晨，这一时段气温较低，空气湿度较大，路面与空气之间形成温度差，使得路面上凝结一层薄薄的水层，轮胎与路面的附着系数明显减小。使行驶车辆的抗侧滑能力、制动能力都较平时大为降低，容易出现制动距离延长、行驶打滑、制动跑偏等现象。1.2课题研究意义本文针对雾天高速公路汽车安全行驶这一问题，结合各方面合理设计了基于RF

17、ID技术高速公路实时预警系统。以车辆信息采集为核心，使标识对象(车辆和驾驶人员)的静态信息和动态信息(时间和道路空间信息)有机地结合在一起，集成出一个面向涉车涉驾信息需求环境的交通管理系统，系统设计中利用高频远距离射频识别技术，实时、有效地获取前方车辆的信息，再由控制中心将综合信息发送给即将经过的汽车，汽车上安装的车截图形化显示及报警装置，提示驾驶人员减速或刹车，实现雾天高速公路的科学安全运行。282 系统关键技术与总体结构分析2.1 射频识别技术(RFID)RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，又称无线射频标签（E-Tag）,是一种非接触式

18、的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，可快速地进行物品追踪和数据交换，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作方便快捷。2.1.1 RFID系统的分类根据不同的方面，RFID系统的分类有很多种。而在实际应用领域，通常依据电子标签的工作频率不同将整个射频识别系统分为低频、中频及高频系统。 （1）低频系统的工作频率在100-500kHz，其特点是标签成本低、读写距离近（0-10cm）、数据传输速度慢。 （2）中频系统的工作频率在10-15MHz，其典型工作频率为13.56MHz。其特点是标签成本适中、读写距离较远（0-100cm

19、）、数据传输速度快，因此比较适合需传送大量数据的应用。 （3）高频系统的工作频率分为两种：超高频（UHF）850950MHz，和微波频段2.45GHz及5.8GHz。其特点是读写距离远、读写速度极快、抗干扰能力强，因此特别适合高速运动物体的识别，如高速公路不停车收费、火车运行监控等。其中UHF频段射频识别产品由于方便采用无源设计、体积小、价格低，适应大规模生产，本文射频识别部分中即采用UHF频段的无源RFID系统。2.1.2 RFID系统构成射频识别系统框图如图2.1所示，主要由Tag、读写器、天线等组成。天线天线天线处理器数据接口电磁波数据传输射频卡读写器图2.1 射频识别系统框图(1)阅读

20、器(Reader)：有时也被称为查询器、通讯器或称为读出装置，用以产生发射无线电射频信号并接收由电子标签反射回的无线电射频信号，经处理后获取标签数据信息。(2)电子标签(Tag)：电子标签由耦合元件和ASIC(IC)组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；当受无线电射频信号照射时，能反射回携带有数字字母编码信息的无线电射频信号，供阅读器处理识别。 (3)微型天线(Antenna)：在标签和阅读器间传递射频信号。2.1.3 RFID工作原理RFID系统工作原理图如图2.2所示。图 2.2 RFID系统的工作原理图对于无源系统来说，RFID系统工作原理为：读卡器主动唤醒标签，即

21、读卡器通过发射天线发射一定频率的射频信号，当标签进入读卡器的作用区域时，读卡器发出来的电磁波激活标签电路，标签通过整流的方法将电磁波转换成电能储存在电容内，标签获得能量被激活，标签将自身的序列号等信息通过天线发送出去，读卡器接收到标签发送来的载波信号后，对信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理。对于有源系统来讲，标签进入读卡器的作用区域后，由自身内嵌的电池为芯片供电，一般是标签自己发问，标签主动给读卡器发送自身的序列号等信息，读卡器的处理方式同对无源标签一样。2.1.4 RFID技术在交通领域中的应用射频识别技术在交通运输领域的主要应用有：高速公路的自动收费及交通管理、火车和货运集

22、装箱的识别、防伪等。近年来，便携式数据终端PDT和射频通信被频繁地用于运输作业中，通过PDT扫描位置标签、产品数量等信息，再通过RFID技术把这些数据传送到计算机管理系统，能够及时掌握在途物资和实时跟踪运输工具。对于行驶车辆的管理我们可采用主动超高频反射和微波IC，并固定在车身的适当位置。射频识别技术还可用于进出站（港）管理及流量统计分析，在车辆的进出站口（船只港口）建立流量统计检测点，架设RFID天线和RFID读写装置，对行驶车辆、船只采用主动超高频反射和微波IC的方式识别，并将RFID标签永久固定在车身、船身的适当位置(如汽车的挡风玻璃上)。采用RFID技术统计交通流量，可以提供车辆、船只

23、进出口站（港口）的精确交通流数据，为交通规划提供准确依据，从而保障公路、水道的繁荣和通畅、促进公路和船舶运输的发展。2.2 系统总体结构系统总体结构如图2.3所示，主要包含了能见度检测仪，车辆检测装置，RFID识别部分（阅读器和电子标签），基站控制中心，车载报警显示装置四部分。启动车辆检测装置能见距离小于500m基站控制中心RFID识别部分能见度检测仪启动阅读器建议车速信息综合预警信息发布能见度等级路况信息识别电子标签检测到车辆车辆报警显示数据处理中心图2.3系统总体结构2.3 系统工作原理 系统工作原理是：利用超高频远距离RFID技术，在高速公路两旁设立阅读器和基站，电子标签置入车辆挡风玻璃

24、。在雾天频发的区域与阅读器同步设立能见度检测仪，能见度检测仪将检测到的雾天能见度参数传送到后台数据处理中心。通过分析数据，划定出预警级别，并给出建议性的行车速度等。当检测到有车辆经过时，启动阅读器，阅读器将此电子标签信息读入后台，后台根据标签信息，提取数据中心相应的预警信息，再通过无线发射装置将综合信息发送给相应车辆的车截图形化显示装置，给驾驶人员及时提示减速或刹车。2.4 系统性能 (1)系统的有效性：主要指信息采集的有效性。本文利用RFID射频识别技术采集车辆信息，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 (2)系统的实

25、时性：要求作业指令的完成是实时性的，不能有任何的耽搁和延误，确保系统运行的效率。(3)系统的适应性：射频识别系统完全不怕灰尘、潮湿、油污、冷却剂、粉屑、有害气体、高温以及在生产环境中产生的类似影响。电子标签装置采用射频识别技术，是一种非接触的、可同时识别和读写多个移动中的标签，其储存信息量大、使用寿命长、保密性好，还有电子标签可以方便的安装在汽车挡风玻璃上。(4)系统的稳定性：电子标签自动识别系应该有很强的稳定性，能适应各种恶劣的环境，不受雨、雪、雾、酷热、严寒、机械、震动、冲击和大范围金属干扰等环境的影响。2.5 系统特点(1)系统的自动化管理。系统采集部分中RFID识别技术是一种非接触式的

26、自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，过程无须人工干预。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 (2)系统的信息化管理。信息化管理是指将计算机技术、网络通信技术以及射频识别技术应用到交通管理中，同时也是实现系统实时性的一个重要手段。目前自动识别技术有条形码、磁卡、IC卡、RFID等。由表2.1中各种自动识别技术之间的比较可以看出，射频识别技术具有信息载体容量大、读写性能好，保密性能好等优点，如果将射频识别设备作为数据采集终端，则能够比较好的适应工作环境，保持数据采集的有效性。虽然设备的成本比较高，但由于其使用寿命长，性能符合现实需求，长远来看，

27、也能满足系统的经济性能指标。表2.1几种自动识别技术的比较信息载体信息量读/写性读取方式保密性智能化环境适应能力寿命ISO标准成本条码纸小只读光电转换差无差较短有最低磁卡磁性物质较小读/写电磁转换一般无较差短有低IC卡EEPROM大读/写电擦写最好有好长有较高RFIDEEPROM大读/写无线通信最好有最好最长不全较高3系统硬件设计3.1总体结构设计系统总体示意图如图3.1所示，包含车辆检测器、射频识别系统、局域网设备及车载显示装置（LED显示屏）等部分。图3.1 系统总体示意图3.2车辆信息采集基站设计车辆信息采集基站是本系统设计的重要组成部分。信息采集系统的功能主要是先将一个地区每台合法车辆

28、的基础信息存储于汽车电子标签中并安装在车内前挡风玻璃上，然后通过该区域路网中建设的“RFID自动识别系统网络”对经过各基站的车辆的电子标签进行通信动态访问，采集其中信息，并会同站址、车道编码、过站时间等信息一起传送到数据处理中心进行存贮、处理与应用。系统主要由车载信息单元（电子车卡和司机卡）、前端信息采集单元（各类型基站）、信息传输系统、数据处理中心以及用户终端应用系统等组成。其中，前端信息采集单元也就是各类型基站的设计和建设是保证整个系统正常运行的重要前提。车辆信息采集基站示意图如图3.2所示，硬件部分主要由三部分构成：车辆检测设备、基站控制器和车辆射频识别设备。当车辆通过信息采集基站时，车

29、辆检测设备输出来车信号，通过数字I/O卡将信号传递给基站计算机，基站计算机通过软件程序启动读写器工作，读写器与车辆上安装的电子标签实现远距离、非接触的自动识别和数据交换，获取标签的ID号以及标签内存储的其它车辆信息，系统将采集到的标签信息会同站址、车道编码、过站时间等存储在基站数据库内。图3.2 车辆信息采集基站示意图基于以上功能，对信息采集基站设计如下： 1、功能方面要求对于车辆检测设备来说，要求车辆检测设备的灵敏度应该较高，同时应该不受昼夜影响可以确保在任何环境下对车辆进行稳定可靠的监控，工程应用方便，免维护，成本也不应该很高；射频识别设备要能实现汽车以140Km/h速度通过基站时，能与安

30、装在前挡风玻璃上的电子车卡进行通信；车辆的时间、空间信息、车卡信息及数据处理中心下传指令需在站基本地保存；基站应定期自检和故障自动检，及时上传设备工作状态，供系统运行中心处理；故障排除或供电恢复后，系统自动重启，确保基站工作正常、数据传输完整；软件结构模块化。 2、车辆检测设备设计本系统选用环形线圈检测器来完成车辆检测的功能。环形线圈检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，它的传感器是一个埋设在路面下，通有一定工作电流的环形线圈（一般为2m1.5m）。当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时，车辆自身铁质切割磁通线，引起线圈回路电感量的变化，电感系数一般是先变大后变小，检测器通过检测该电

31、感变化量就可以检测出车辆的存在。在选择车辆检测器时，考虑到车辆高速通过线圈时的检测时间非常短，以及各种车的底盘轻重，距离地面位置的高低不同也都会影响到检测电平的存在时间，那就对检测器的灵敏度、抗干扰性和稳定性方面都有较高的要求。比较国内外同类产品的性能特点以及系统的成本问题，本系统选用由Nortech国际公司生产的双通道环形线圈车辆检测器PD232，如图3.3所示。该产品具有串扰消减功能，不管线圈有多接近，同一检测器的线圈间可以消除串扰；具有自动灵敏度提高功能，能可靠检测拖车/挂车与高底盘车，自动调整灵敏度至最佳；可设置为存在或脉冲输出，脉冲输出时间大约为150ms，响应时间为100ms；工作

32、温度为-40到+85，湿度高达95无冷凝，可以满足在室外各种天气环境下正常工作；电源要求为230V AC+/-15%。在本系统设计中，该检测器放置在基站控制柜内，地埋线圈的引出线按图3.3所示接至3，4或5，6，输出分别对应10，11和7，8接至数据采集卡。1243578910116GNDHLCH1CH1LOOPCH2LOOPCH2Power图3.3 PD232双通道车辆检测器及接线端子示意图 3、基站控制器基站控制器是基站的核心设备，主要是控制各个硬件设备的工作状态，实现硬件设备间的通信以及存储基站采集的数据信息。基站控制器主要由工控机和数字I/O卡组成。数字I/O卡的功能是实现工控机与车辆

33、检测设备以及其它通行控制、显示设备间的信号传输。数字I/O卡与基站设备间需要设计一个接口电路，负责将车辆检测设备的输出信号转换为适合数字I/O卡的输入信号。工业控制机简称工控机，是用于工业控制现场的计算机（Industrial PersonalComputer，简称IPC）。它是数据采集系统的神经中枢，使整个数据采集与处理系统成为一个智能化的有机整体，在软件导引下按预定的程序自动进行信号采集与存储，自动进行数据的运算分析与处理，指令以适当形式输出、显示或记录测量结果。工控机有以下特点：机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力；机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。在本系统中，当车辆

34、快速通过地感线圈的瞬时，基站工控机收到车辆检测器的信号并发出信号给读写器，启动射频识别设备工作，这就要求基站计算机要高速、实时地采集到车辆检测器的输出信号。用于PC机的采集系统以前大多基于ISA总线结构，这种结构的最大缺点就是传输速率太低，无法实现数据的实时传输。PCI总线是Intel公司推出的一种微机扩展槽接口标准,时钟频率为033MHz,其最大数据传输速率为132528Mbps，有效克服了传统总线进行高速数据传输时的瓶颈现象。根据系统需求，本文选用研祥公司生产的数字I/O卡PCI16P16R，该卡提供16路继电器输出和16路光隔离数字输入，可以满足系统功能扩展的需要。所有通道都是隔离的，适

35、合于在噪音环境中连接数字输入。在车辆信息采集模块中I/O卡可通过DB37插座连接车辆检测器，采集来车信号。图3.4 为PCI-16P16R的DB37接口图。图3.4 PCI-16P16R的DB37接口4、射频识别部分设计射频识别系统来实现车辆的自动识别和信息采集功能，系统中的射频识别设备主要由三部分构成：汽车电子识别标签、读写器以及读写器天线。射频识别系统的工作原理：射频识别系统的读写器与电子标签之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的转换。发生在读写器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种:电感耦合和电磁反向散射耦合。本文采取电磁

36、反向散射耦合的耦合类型。电磁反向散射耦合方式一般适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，2.45GHz和5.8GHz。超高频（UHF）850950MHz，其中UHF频段射频识别产品由于方便采用无源设计、体积小、价格低，适应大规模生产，本部分采用UHF频段的无源RFID系统，工作频率为915MHz。典型作用距离为3-10m。电磁反向散射耦合采取的是雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标消息，依据的是电磁波的空间传播规律。本文中采取的电磁反向散射耦合RFID系统的作用原理如图3.5所示,功率P1是从读写器天线发射出来的，它的一

37、小部分（自由空间衰减）到达电子标签的天线。到达电子标签的功率P1作为HF电压在天线接口处供使用，经二极管D1和D2整流后，可作为操作电压以去活化/活化省电的“低功耗”模式。所使用的二极管是低阻挡层肖特基二极管，这种二极管具有极低的门槛电压。所获得的电压足够用于短作用距离的能量供应。到达的功率P1一部分被天线反射，返回功率为P2。天线的反射性能会受连接到天线的负载变化的影响。为了从电子标签到读写器传输数据，与天线并联的附加负载电阻RL的接通和断开要和传输的数据流一致，从而完成对电子标签反射的功率P2振幅的调制。图3.5 反向散射耦合RFID系统的作用原理示意图(1)汽车电子识别标签汽车电子识别标

38、签是车辆信息的载体，本系统对汽车电子识别标签的要求为：汽车电子识别标签的内存信息是数字化的，并真实、可靠、尽可能的标准化；用跳频方式工作在UHF频段；一经装配后与汽车形成唯一对应关系；能确保在汽车高速（140公里/小时）行驶状态下满足基站设备对汽车身份信息的采集需求,识别率不低于99.95；能在基站定向通信的环境条件下，在0-8米的距离下对基站的通信全面响应。本系统选用的汽车电子识别标签尺寸同普通IC卡一样，在印刷电路上有集成电路芯片和标签天线，如图3.6所示。纸质面层一方面保护标签电路，同时用于印刷标签的标志；纸质背层的背面印有标签的编号和相应的条形码。在实际使用时用环氧树脂将标签粘接在汽车

39、的前挡风玻璃内侧。标签的聚脂薄膜印刷电路层基片厚度为35微米，电路层上有芯片A和标签天线。芯片采用Philips公司的UCODE-HSL，该芯片适合与远距离高速识别，符合ISO 180006B和ISO 180004标准，芯片内有1K位的存储空间。图3.6 汽车专用电子标签其中标签天线的设计是关系到自动识别标签性能的关键。本系统的汽车电子识别标签天线的尺寸和形式经过了仔细的设计和测试。天线设计特别考虑了与集成电路的匹配，纸质面层、聚脂薄膜材料、胶料和挡风玻璃介质对标签天线参数的影响，调整了天线的参数，使之正好谐振于中心频率。该标签的天线呈中心对称形，二半边各由对称的B、C和D三段组成，本文中选取

40、标签天线尺寸为：B和C段的宽度为1mm，长度分别为21 mm和32 mm。D段的宽度为3mm，长度为19 mm。图3.7为汽车电子识别标签印刷电路层结构示意图。图3.7 汽车电子识别标签印刷电路层结构示意图(2)远距离读写器在射频车辆智能识别系统中，要真正实现对射频卡（或称应答器）中的数据单元进行读写操作，需要设计相应的阅读器模块。阅读器模块是由微控制器、读写射频集成电路、线圈和一些外围阻容器件组成。考虑到阅读器在系统中要完成的工作主要是从射频卡读取数据，并将数据经相应的处理后送给主机。在设计时按功能对阅读器进行模块化设计。图3.8是阅读器的内部功能框图。PICI6F877芯片控制电路部分RI

41、-R6C-001A(射频部分)主机接口部分电路（RS232）数据流控制流数据流控制流图3.8 阅读器内部功能图中阅读器分为射频卡数据读取部分(射频部分)、控制电路部分、主机接口电路部分。读写器是射频识别系统的核心器件。工作频率和作用距离是选择读写器时要考虑的两个重要参数，读写器发送时使用的频率也就是射频识别系统的工作频率。要实现车辆行驶状态下的远距离识别，本文选择工作在超高频的远距离射频识别系统。本系统选用江苏瑞福智能科技有限公司生产的RFS2022读写器。该读写器工作频率为902928MHz；可读写符合ISO-18000-6B标准的电子标签；以广谱跳频（FHSS）或定频发射方式工作；输出功率

42、为2732dBm；读取距离5m，写入距离3m；读卡速度为：平均每单字（32bits）读取时间6ms；写卡速度为：平均每单字（32bits）写入时间50ms；能够对电子标签进行合法性检验；具有防碰撞检测功能，一次可成批读取30张电子标签；平均功率12W；工作温度为-1055C。(3)读写器天线本系统选用的瑞福公司开发的RFS-2000系列读写器要求外接天线为短路型天线，即直流阻抗为零的天线。在选择微波天线时，主要考虑以下指标： 工作频率：要求在该频率范围内天线的收发效率最高。 增益：指对收发信号的放大倍数，一般增益越高、读写标签的距离越远；方向性越强；且天线的体积越大。可选范围在5dB15dB之

43、间。 驻波比：指天线对发射信号的反射情况，越小越好。一般应小于1.2。 极化方向：指天线发射电磁波的电场向量与地面之间的关系，有线极化和圆极化两种。线极化有又分水平极化和垂直极化两种。RFID读写器天线为能读出任意方向摆放的标签，应设计为圆极化天线形式。波束宽度：指天线发射电磁波的辐射范围。在确定的工作频率和带宽条件下，天线发射由射频模块产生的射频载波，并接收从电子标签发射或反射回来的射频载波。天线的应用ZLG522S模块可以同时连接两个天线。双天线硬件连接如图3.9所示，J2口连接两个天线，两个天线分别由TX1和TX2驱动，RX1和RX2分别是两个天线的接收。系统所选用读写器具有两个天线接口

44、，一台读写器连接两个天线时，可满足一个基站处理两个车道的需求。在车辆射频识别系统中，读写器发射机输出的射频信号，通过天线以电磁波形式辐射出去，汽车电子识别标签只有在天线作用范围内才能接收到电磁波，获得标签工作所需的能量，从而才能实现和读写器之间的通信，因此，读写器天线的性能和安装方式极大地影响着射频识别系统的正常工作。图3.9 双天线典型应用 5、GPRS模块的实现由于选用的GPRS模块的工作电源是+12V，而车载机的工作电源为+5V，所以车载机的工作需要由其所在车辆提供，车辆一般只能提高+12V的电源，必须在车载机的工作电源设计的时候加一个将+12V转换成+5V的芯片7805，这也意味着LQ

45、8110可以由车辆直接提供+12V工作电源。由于LQ8110与车载机主控芯片经过串行通信接口连接的接线电路如图3.10所示：图3.10 LQ8110与主控芯片接线方式为了GPRS模块发射信号的时候提高发射功率、尽量少受外界干扰，GPRS模块的天线座为SMA（Sub-Miniature-A）外螺纹加孔天线座。3.3 雾区能见度检测装置设计雾区检测装置位置布局图如图3.11所示。图3.11 雾区检测装置位置布局图由于雾区覆盖的区域一般不是很大，所以可以选择在高速公路雾多发区安装能见度检测仪。检测仪的安装要求是与道路两旁的RFID阅读器同步安装，即在雾多发区与阅读器以同样的间隔距离和位置安装，阅读器

46、与检测仪均有特定的序列号，阅读器与检测仪序列号以行车方向升序排列。当某个序列号的检测仪检测到一定浓度的大雾时，就可以知道与其同步的阅读器的序列号，如上图所示，以路段4km为例，在雾区安装5个与阅读器同步的雾能见度检测仪，其间隔距离为500m，序列号分别为M，M+1，M+2，M+3，M+4的检测仪所对应的阅读器的序列号为N，N+1 ，N+2 ，N+3 ，N+4。当序列号为M的检测仪检测到雾能见度小于某一阈值时，则可以知道与其同步位置的阅读器序列号为N。后台数据处理中心发布预警信息的原则是，阅读器的序列号与检测仪序列号以行车方向升序排列，当某个能见度检测仪检测到得能见度低于某一阈值时，就可以获取相

47、应阅读器的序列号，假定是号选择阅读器安装的间隔距离是500m，警示信息提前两千米对车载警示装置进行警示，如下图所示，当有车经过第N+4，N+3，N+2，N+1个阅读器时，则后台中心通过无线发射装置将预警信息发布给相应车辆的车载预警装置，当有多个检测仪同时检测到雾的能见度低于某一阈值时，后台数据处理中心将选择序列号小的检测仪的检测数据为标准。预警信息包括能见度登记距前方雾区的距离和建议雾区行车速度，预警等级是根据雾区检测仪检测到的数据和高速公路行车安全对预警信息进行分级的，根据规定，机动车在高速公路上行驶车速超过100km/h时，应当与同车道前车保持100m以上的距离，车速低于100km/h时与同车道前车距离可以适当缩短，但最小距离不得少于50m。当有雾况时雾区行驶的车速可低于60km/h，所以在能见度低于50m时也会出现车速小于50m的情况，而不影响其安全性。当能见度低于25m时则必须关闭道路。目前气象