（通信与信息系统专业论文）基于rfid的电子车牌识别系统.pdf

江苏大学硕士毕业论文 摘要 摘要 射频识别 r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n r e i d 技术是自动识别技术中一个 快速发展的领域 它具有高保密性 环境适应力强 抗干扰性强 识别距离远和 识别速度快等优点 在智能交通管理中可望有重要应用 本文结合电子车牌发展 的需要 通过研究金属车牌上的缝隙天线设计 将r f i d 有源标签与传统车号牌 集为一体 研发了新型电子车牌并开发了基于新型电子车牌的管理系统 以方便 车辆的自动识别 适应智能交通系统发展的需要 首先 本文对r f i d 技术以及目前电子车牌的研究和发展现状进行了综述 系统地阐述了r f i d 的基本组成和工作原理 系统的分类以及天线的基本电参数 重点介绍了缝隙天线的基本理论 在此基础上 本文根据我国九二式车牌结构特点 在金属车牌上采用缝隙天 线 利用a n s o f th f s s 仿真软件设计了分别工作在2 4 5 g h zr f i d 频段和我国的 r f i d 频段 9 2 0 m h z 一9 2 5 m h z 的电子车牌 并根据车牌安装的实际情况设计 了馈电结构 仿真和测试结果表明 所设计的电子车牌天线具有良好的阻抗特性 和方向图 初步的路测结果表明 在较空旷处和车辆密集处的实测最远读取距离 分别为9 7 米和7 5 米 可满足电子车牌系统的需要 文中还详细地讨论了天线结 构参数的变化对天线工作频带调谐的影响 给出了设计此类缝隙天线的方法规 律 文中还讨论了树脂填充缝隙对天线性能的影响 及其改进设计 此外 考虑到车牌生产的工艺要求 文中尝试提出了一种基于单面敷铜板结 构的新型车牌 并利用此车牌设计了一款简单的水平缝隙天线 通过仿真分析了 该天线结构参数的变化对天线方向图的影响 最终确定了最为适合的天线结构参 数 本文还以双向4 车道城市道路为例 对该缝隙天线的读取问题进行了初步的 探讨 最后 本文采用c 弗语言和s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库开发了一款综合性的电子 车牌管理系统 详细讨论了系统中具有读 写功能的各模块的串行通信设计 并 进行了软硬件的综合调试 阐述了整个电子车牌管理系统的工作过程 关键词 射频识别 电子车牌 车辆识别 缝隙天线 a n s o f th f s s 管理系统 江苏大学硕士毕业论文 a b s t r a c t r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n 呷 t e c h n o l o g yi saf i e l dt h a td e v e l o p s r a p i d l yi na u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yw i t hm a n ya d v a n t a g e ss u c ha sh i s h s e c u r i t y g o o de n v i r o n m e n ta d a p t a b i l i t y l o n gd i s t a n c er e c o g n i t i o n r a p i dr e c o g n i t i o n a n ds oo n t h e r e f o r e i ti se x p e c t e dt oh a v ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o ni ni n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n t c o m b i n i n gw i t ht h en e e do ft h ed e v e l o p m e n t o fe p l a t e a n e we p l a t ei sd e v e l o p e db ya d h e r i n ga c t i v er f i dm o d u l et oat r a d i t i o n a ll i c e n s e p l a t eb ym a k i n gar e s e a r c ho nt h ed e s i g no fs l o t a n t e n n ao nm e t a ll i c e n s ep l a t e m e a n w h i l eam a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ni ti sa l s od e v e l o p e di nt h i sp a p e r t h i s r f i d b a s e d e p l a t e i d e n t i f i c a t i o n s y s t e m i sc o n v e n i e n tf o rt h ea u t o m a t i c i d e n t i f i c a t i o no ft h ev e h i c l e a n di tm e e t st h er e q u i r e m e n to fi n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n s y s t e mf i r s f i r s t l y t h es t u d ys t a t u sa n dt r e n d si nt h ed e v e l o p m e n to fr f i dt e c h n o l o g ya n d t h ec u r r e n te p l a t ea r es u m m a r i z e di nt h i sp a p e r t h eb a s i cc o m p o s i t i o n o p e r a t i o n a l p r i n c i p l ea n dc l a s s i f i e dm e t h o do fr f t ds y s t e ma r ed i s c u s s e ds y s t e m a t i c a l l ya sw e l l a st h eb a s i ce l e c t r i c a lp a r a m e t e ro fa n t e n n a t h e n t h ee l e m e n t a r yt h e o r yo fs l o t a n t e n n ai si n t r o d u c e de m p h a s i z e d s e c o n d l y a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so f9 2t y p et r a d i t i o n a lv e h i c l e l i c e n s ep l a t eo fc h i n a 丽t hu s i n gs l o ta n t e n n ao nm e t a ll i c e n s ep l a t e t h ee p l a t e sa r e d e s i g n e dr e s p e c t i v e l yo p e r a t i n ga t2 4 5 g h zr f i df r e q u e n c yb a n da n dt h er f i d 仃e q u e n c yb a n d 9 2 0 m h z7 9 2 5 m n z o f0 1 1 1 c o u n t r yb y a n s o f th f s s e l e c t r o m a g n e t i cf i e l d s i m u l a t i o ns o f t w a r e a n dt h ef e e ds t r u c t u r ei sd e s i g n e d a c c o r d i n gt o t h ea c t u a ls i t u a t i o no f i n s t a l l i n g t h el i c e n s ep l a t e t h en u m e r i c a l s i m u l a t i o na n dt e s td e m o n s t r a t et h a tt h ed e s i g n e de p l a t ea n t e n n ah a sd e s i r e d i m p e d a n c eb a n d w i d t ha n dm u l t i b e a mr a d i a t i o np a a e m t h er e s u l to fp r e l i m i n a r y h i g h w a ym e a s u r ei n d i c a t e st h a tt h ea c t u a lm e a s u r e df a r t h e s t r e a dr a n g ei nam o r e s p a c i o u sp l a c ei sa b o u t9 7 m w h i l et h er a n g ei nv e h i c l e sc r o w d e dp l a c ei s7 5 m w h i c h i sa b l et om e e t st h en e e do fe p l a t ei d e n t i f i c a t i o ns y s t e m i nt h i sp a p e r t h ei m p a c to f s t r u c t u r ep a r a m e t e r sc h a n g i n go nt h ew o r k b a n di ss t u d i e d a n ds u c hs l o ta n t e n n a d e s i g nm e t h o d sa n dr e g u l a r i t i e sa r ea l s og i v e n t h ei m p a c to fr e s i nf i l l i n gi nt h es l o t o nt h ep e r f o r m a n c eo ft h ea n t e n n aa n di t si m p r o v e dd e s i g na r ea l s od i s c u s s e d i na d d i t i o n t a k i n gi n t oa c c o u n tt h et e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n t so ft h el i c e n s e p l a t ep r o d u c t i o n an e wt y p el i c e n s ep l a t eb a s e do nt h es t r u c t u r eo fs i n g l e s i d e d 江苏大学硕士毕业论文 c o p p e rc l a dp l a t ei sp r o p o s e de x p e r i m e n t a l l y a n das i m p l eh o r i z o n t a ls l o ta n t e n n ai s d e s i g n e do nt h i sl i c e n s ep l a t e t h ei m p a c to fs t r u c t u r ep a r a m e t e r sc h a n g i n go nt h e r a d i a t i o np a t t e mi sa n a l y z e dt h r o u g hn u m e r i c a ls i m u l a t i o n a n dt h em o s ts u i t a b l e s t r u c t u r ep a r a m e t e r so ft h ea n t e n n aa led e t e r m i n e df i n a l l y t a k e nt h eu r b a nr o a dw i t h 4t r a f f i cl a n e sa sa ne x a m p l e t h ea r t i c l eh a sd i s c u s s e dt h er e a d i n gp r o b l e mo ft h e a n t e n n a h 瓯ac o m p r e h e n s i v ee p l a t em a n a g e m e n ts y s t e mi sd e v e l o p e dw i t hc 撑 l a n g u a g ea n ds o l s e r v e r2 0 0 0d a t a b a s e t h es e r i a lc o m m u n i c a t i o nd e s i g no fe a c h r e a d w r i t ef u n c t i o nm o d u l ei nt h em a n a g e m e n ts y s t e mi sd i s c u s s e di nd e t a i l a n d s y n t h e s i sd e b u g g i n go ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ei se x e c u t e d t h ew o r kp r o c e s so f t h ee n t i r ee p l a t em a n a g e m e n ts y s t e mi sd e m o n s t r a t e df i n a l l y k e y w o r d s r f i d e p l a t e v e h i c l ei d e n t i f i c a t i o n s l o ta n t e n n a a n s o f th f s s m a n a g e m e n ts y s t e m 江苏大学硕上学位论文第一章绪论 第一章绪论 随着科学技术的发展和人民生活水平的提高 汽车成为普及的交通工具 如 何才能实现对汽车有效 高效的管理成为一个难题 射频识别 r a d i of r e q u e n c y i d e n t i f i c a t i o n i 心m 技术是现代信息技术发展的产物 它利用无线射频方式进 行非接触双向通信 以达到识别并交换数据的目的 而基于r f i d 技术的电子车 牌识别系统的引入将为实现车辆信息的数字化 车辆识别的自动化以及车辆管理 的智能化 高效化带来新的希望 本章首先简要介绍当今世界各国所面对的交通 问题的现状 提出解决问题的可行方法 即基于r f i d 技术的电子车牌识别系统 阐明论文工作的研究意义 其次 分别介绍了r f i d 技术以及目前电子车牌的研 究和发展现状 最后 介绍本论文的主要工作及论文的结构安排 1 1 选题背景及研究意义 随着社会经济的发展 人口 车辆数量不断增长 但是有限的可用土地以及 经济要素的制约却使得城市道路扩建增容有限 因此不可避免地带来一系列的交 通问题 当今世界各地的大中城市无不存在着交通问题的困扰 交通拥堵使得人 们每天将大量宝贵的时间消耗在路上 车中 同时也导致商业车辆在交通运输中 延误 增加了运输成本 交通事故率也不断上升 每年都会带来巨大的人员伤亡 和经济损失 据美国有关部门预测 到2 0 2 0 年 美国因交通事故造成的经济损 失每年将会超过1 5 0 0 亿美元 而日本东京目前因交通拥堵每年造成的经济损失 为1 2 3 0 亿美元 为解决日益严重的交通问题 各国政府采取各种措施 如对汽 车课以重税限制汽车的数量 实施交通管制等来加强管理 但是在做过各种尝试 花费了巨大的管理成本后 交通状况依然难有根本改观 人们逐渐认识到交通系统是一个复杂的综合性系统 单独从道路或车辆的角 度来考虑 都将很难解决交通问题 必须把车辆和道路综合起来 考虑如何在有 限的道路资源条件下 提高道路资源的利用率 这才是解决问题的关键 同时自 上世纪后期以来信息技术的迅猛发展和广泛应用也给以上的解决思路提供了有 效的技术手段支持 在这样的背景下 智能交通系统 i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n s y s t e m s i t s 的概念应运而生 成为研究应用的热点 i t s 是指将先进的信息技 术 电子通信技术 自动控制技术 计算机技术以及网络技术等有机地运用于整 个交通运输管理体系而建立起的一种实时 准确 高效的交通运输综合管理和控 制系统 它由若干子系统所组成 通过系统集成将道路 驾驶员和车辆有机地结 1 江苏大学硕士学位论文第一章绪论 合在一起 加强三者之间的联系 借助于系统的智能技术将各种交通方式的信息 及道路状况进行登记 收集 分析 并通过远程通信和信息技术 将这些信息实 时提供给需要的人们 以增强行车安全 减少行车时间 并指导行车路线 同时 管理人员通过采集车辆 驾驶员和道路的实时信息来提高其管理效率 以达到充 分利用交通资源的目的 在智能交通领域 目前车辆识别技术主要有两个方面 基于图像处理的识别 技术和基于射频的识别技术 基于视频与图像处理技术的车牌识别 主要是依据 数字图像处理技术对所拍摄的汽车牌照进行处理和识别 一般要先对原始图像进 行转换 压缩 增强 水平校正等处理 再用边缘检测法对牌照进行定位与分割 最后进行模式识别 基于视频和图像处理的技术国内外已有不少的研究 但受到 采集图像的噪声污染 光照影响等原因无法做到精确识别1 2 j r f i d 技术具有远 距离识别 可存储携带较多的信息 读取速度快 可应用范围广等优点 因此基 于射频识别技术的车辆识别准确性较高 非常适合在智能交通和车辆管理方面使 用 在我国的研究和应用尚处在起步阶段 本课题研究的电子车牌识别系统就是 一种基于r f i d 技术的车辆识别系统 它将为智能交通系统注入新的活力 1 2 国内外研究发展现状 1 2 1 射频识别技术的发展与研究现状 r f i d 技术起源于雷达技术 雷达发射无线电波并通过接收到的目标反射信 号来测定目标的位置和速度 r f i d 技术的应用最早可追溯到第二次世界大战 当时英军使用该技术进行飞机的敌我目标识另1 t 3 1 1 9 4 8 年 出现了早期研究r f i d 技术的一篇里程碑的论文 4 c o m m u n i c a t i o nb ym e a n so fr e f l e c t e dp o w e r 后 来 随着晶体管集成电路 微处理芯片 通信网络技术等电子技术的发展 拉开 了r f i d 技术的研究序幕 2 0 世纪6 0 年代末出现的商用r f i d 系统 电子物品防盗系统 e l e c t r o n i c a r t i c l es u r v e i l l a n c e e a s 被认为是r f i d 技术最早应用于商业领域的系统 2 0 世纪7 0 年代很多机构开始致力于r f i d 技术的开发 出现了一系列研究成果 并将r f i d 技术成功应用于汽车自动识别的电子计费系统 a v i 5 动物跟踪 以及工厂自动化等领域 2 0 世纪8 0 年代是开始使用r f i d 技术的1 0 年 虽然 在世界各地开发者的关注方向有所不同 但是在欧洲 美国以及日本等许多国家 都不同程度地在不同领域安装使用了r f i d 系统 第一个r f i d 电子收费系统于 1 9 8 7 年在挪威正式使用 1 9 8 9 年在美国达拉斯南部高速公路也开始使用不停车 2 江苏大学硕士学位论文第一章绪论 收费系统 2 0 世纪8 0 年代可以说是r f i d 技术在电子收费系统中应用的年代 2 0 世纪9 0 年代 美国大量配置了电子收费系统 各系统间也开始互相兼容 r f i d 技术研究相当活跃 进入2 1 世纪以来 伴随着信息化时代的步伐 r f i d 技术的研究空前繁荣 射频识别产品种类更加丰富 有源电子标签 无源电子标签以及半无源电子标签 均得到发展 电子标签成本不断降低 应用规模扩大 2 0 0 1 年6 月 日本东芝 公司在东京发布消息 已制造出世界上最小的r f i d 芯片 i x c h i p 6 1 使得电 子标签嵌入纸内成为可能 日本m a x e l l 公司已生产出只有米粒大小的电子标签 7 1 用于1 3 5 6 m h z 的r f i d 系统 该电子标签中集成有用作天线的电感线圈 2 0 0 1 年1 0 月 已报道在欧元上使用了r f i d 防伪标识i s 2 0 0 1 年1 2 月电子工程 时代 班闭 m s 宣布到2 0 0 5 年欧洲银行将在银行票据上安装r f i d 芯片 2 0 0 2 年3 月m i e r o m e m 技术公司和国际纸业 i n t e m a t i o n a lp a p e r 公司共同开发 纸质 芯片的封装技术 7 1 全世界最大的零售商沃尔玛 w a l m a r t 公司要求它的前一 百家大供货商在2 0 0 5 年之前为r f i d 的应用做好准备 3 1 在r f i d 系统中 天线的研究也有长足的发展 尤其是2 0 0 1 年9 月f r a c t a l a n t e n n as y s t e m 公司开发出分形天线用于r f i d 系统t 9 j 其中包括标签天线和 读写器天线 在不同的应用场合 r f i d 标签通常需要贴于不同类型 形状的物 体表面 甚至需要嵌入到物体内部 r f i d 标签在要求小型化 低成本的同时 还要求有高的可靠性 这些因素对天线的设计提出严格的要求 目前 有关r f i d 天线的研究主要集中在研究天线结构和环境因素对天线性能的影响上 天线结构 决定天线的方向图 极化方向 阻抗特性 驻波比 天线增益和工作频段等特性 而天线的特性不仅受所标识物体的形状及物理特性影响 还受天线周围物体和环 境的影响 如金属物体对电磁信号有衰减作用 金属表面对信号有反射作用 以 及金属和宽频信号源所产生的电磁屏蔽和电磁干扰等影响 常见的r f i d 天线主 要有线圈型 1 0 1 2 1 偶极子型 及其变形 1 3 1 5 1 微带贴片型 1 0 1 3 种基本形式 分 别应用于不同的频段及场合 从全球的范围来看 美国已经在r f i d 标准的建立 相关软硬件技术的开发 应用领域走在世界的前列 t i i n t e l m m m i c r o s o f t 都投入相应的软硬件开发 欧洲r f i d 标准追随美国主导的e p cg l o b a l 标准 在封闭应用系统方面 欧美基 本处在同一阶段 日本虽然已经提出u i d 标准 但要成为国际标准还有很长的 路走 r f i d 在韩国的重要性得到加强 但标准上仍模糊不清 当前关于r f i d 国际标准尚未形成统一 它主要包括e p cg l o b a l a i m 日本u i d i p x i s o c 如 1 5 6 9 3 1 8 0 0 0 等这五大标准组织 争夺的核心主要在r f i d 标签的 数据内容编码标准这一领域 2 1 1 目前 e p cg l o b a l 由于其强大的实力 相对占上 3 江苏大学硕十学位论文 第一章绪论 风 我国起步较晚 也在加紧制定符合本国国情的标准 但是主动式r f i d 标准 至今尚未统一 各个厂家都有自己的标准 在我国 r f i d 仍然是一个崭新的技术领域 其开发研究尚处于起步阶段 自1 9 9 3 年我国政府颁布实施 金卡工程 计划以来 大大加速了我国国民经济 信息化的进程 在此工程的推动下 各种射频技术的发展和应用十分迅猛 1 9 9 6 年1 0 月北京首都机场高速公路天竺收费站安装了不停车收费系统 该设备是从 美国a m t e c h 公司引进 由于该系统没有真正实现 一卡通 功能而限制了其速 卡通用户的数量 为适应全国信息化技术的要求 我国铁道部于1 9 9 9 年开始投 资建设自动车号识别系统并于2 0 0 0 年开始正式投入使用 作为电子清算的依据 2 0 0 1 年7 月上海市虹桥国际机场组合式电子不停车收费系统 e 1 陀 试验开通 被国家经贸委和交通部确定为 高等级电子收费系统技术开发和产业化创新 项 目的示范工程 同年 我国交通部也已宣布开发使用电子车牌管理系统 给r f i d 技术的应用增添了新的活力 2 2 1 此外 我国建立了自己的a u t o i d 实验室 a i 肿 d 中国实验室 依托 于复旦大学 是e p cg l o b a l 前身a u t o i d 中心 e p c 最早的倡导者 始创于 1 9 9 9 年 下设的六个研发机构之一 a u t o i d 中国实验室的目标是在中国建立 开放的r f i d 演示平台 并结合应用中出现的问题进行理论分析和基础研究 为 建立e p c 国际标准和中国r f i d 标准提供参考依据 促进e p c 和r f i d 技术在 中国的应用并与国际接轨 2 0 0 6 年6 月9 日 由科技部 国家发改委 商务部 信息产业部等1 5 个部 委共同编制的 中国射频识别 r f i d 技术政策白皮书 团 在京发布 成为我 国r f i d 技术与产业未来几年发展的系统性指导文件 白皮书研究分析了国内国 际射频识别技术发展现状与趋势 提出了我国的射频识别技术战略 中国射频识 别技术发展及优先应用领域 推进产业化战略和宏观环境建设 并明确了我国 r f i d 产业发展将分为培育期 2 0 0 6 2 0 0 8 年 成长期 2 0 0 8 2 0 1 2 年 成熟 期三阶段进行 同在2 0 0 6 年 科技部国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 先 进制造技术领域启动重大项目 射频识别 r f i d 技术与应用 立项课题 来 自全国3 3 所大专院校 科研单位和企业承担1 9 个r f i d 不同方向的课题 经过几年的发展 我国在芯片设计与制造 标签封装 读写器的设计 系统 集成与管理软件 应用开发等方面取得了较大的进步 目前 我国标签读写器设 计企业数十家 系统集成与应用系统开发企业逾干家 主要厂商集中于北京 上 海 广东三地 这三个地区已成为我国r f i d 发展的龙头和主导力量 可以说 我国射频识别产品的市场前景非常广阔 相信不久的将来 我国射频识别技术的 应用将在生产线自动化 仓储管理 电子物品监视系统 货运集装箱的识别 畜 4 江苏大学硕上学位论文第一章绪论 牧管理以及智能交通管理等方面有所突破 但是实现射频识别技术在我国成熟 全面的应用将是一个长期的过程 需要业内人士共同的努力 1 2 2 电子车牌的概述及研究现状 近年来 在车辆识别技术中 电子车牌受到了人们的广泛关注 然而 在大 多数所谓的电子车牌识别系统中 标签被安装在汽车挡风玻璃上 或者汽车内任 何可以看得到的地方 甚至被驾驶员随身携带 这些应用方式存在着性能和安全 上的弊端 例如 很多车辆的挡风玻璃上装有含金属成分的防爆膜 它会影响标 签的性能 可能会导致标签无法正常工作 驾驶员有可能会忘记携带标签 甚至 丢失标签 难免会造成不必要的麻烦 但如果可以将r f i d 标签与车号牌集为一 体 不仅可以解决上述问题 还可以有效抑制盗牌 套牌等违法行为 例如 在 犯罪分子盗取电子车牌时 电子车牌在损毁的同时 其防拆卸装置还可以发出电 子警报 损坏的车牌对于犯罪分子来说也就毫无用处 又假设r f i d 标签与车牌 是分离式的 那么当司机丢失的标签被不法分子获取后 还可以配合制造的假牌 继续使用 但如果将r f i d 标签与车号牌集为一体 就会避免这一违法行为的发 生 因此 为了更好地管理交通 维护公共安全 要求将r f i d 标签与车号牌集 成在一起 从而形成真正的电子车牌 典型的电子车牌是嵌入了主动式有源电子标签的车号牌 它由英国伯明翰的 删sn u m b e r p l a t e sl t d 公司研发并申请了专利 2 4 1 所有安装了电子车牌的车辆 无论是在静止还是在移动的状态下 都能够被安全地识别 从表面上看 嵌入了 r f i d 标签的电子车牌与传统的车号牌基本没有什么区别 但它不仅能够提供与 传统车号牌相同的视觉信息 还能够提供相关的电子信息 专利文献 2 5 2 7 1 中描 述了不同结构的电子车牌 之所以采用主动式的电子标签 是由于主动式的电子 标签自身带有电池 与被动式无源电子标签相比 它拥有更远的阅读距离和较大 的信息存储量 此外 如果该电子标签为读写型标签 它还可以存储阅读器发送 的额外信剧弱j 电子车牌内的主动式r f i d 标签由天线 标签电路和电池组成 天线是电子 车牌中的关键部分 它在电子车牌和阅读器之间传递射频信号 它的选择和设计 是否合理 对整个识别系统的性能有很大的影响 尤其是当系统的工作频率上升 到微波频段 若天线设计不当 就可能导致整个识别系统不能正常工作 因此对 其详细地研究具有重要意义 在一些国外的专利文献中 提出了不同种类的电子 车牌天线 例如 微带贴片天线 2 7 1 微带偶极子天线 2 5 2 7 1 环状天线矧等 虽 然这些天线都被设计嵌入于非金属材料制作的车号牌中 但也存在着潜在的问 5 江苏人学硕士学位论文 第一章绪论 题 因为典型车号牌的反光膜包含一层蒸汽涂层 它会影响天线的辐射方向图 即便不使用反光膜 绝大多数的车牌也是金属材料制成的 例如我国的铝制车牌 对天线方向图的影响也是不可忽略的 显然以上几种类型的天线已不再适用 必 须考虑新的解决方案 这也是本文将要研究的问题之一 基于r f i d 的电子车牌识别系统由阅读器 电子车牌和计算机数据管理系统 组成 它是一个检查 监控与管理的多功能综合系统 随着智能交通领域的不断 发展完善 电子车牌识别系统主要应用在以下几个方面川 1 电子不停车收费 电子不停车收费系统 e t c 是一种用于公路 大桥和隧道的电子收费系统 通过路侧的r f i d 读写设备与电子车牌之间的专用通讯 在不需要司机停车和其 他收费人员采取任何操作的情况下 自动完成收费处理全过程 不停车收费涉及 交通基础设施投资的回收 又是缓解收费站交通堵塞的有效手段 因此各个国家 都优先投入不停车收费应用系统的开发 并且积极推广 通过应用不停车收费系 统可以提高通过效率 防止收费站交通 瓶颈 的发生 通过基于r f i d 的电子 车牌识别系统实现无人为干预的收费 有效地遏制了偷逃过路费 收费人员玩忽 职守 徇私舞弊等行为 同时降低收费站的管理成本 更快地收回基础设施的投 资 2 海关码头电子车牌车辆自动调度 数量巨大的货物在港口码头及海关的装卸 进出港 通关 相当大的部分是 用车辆作为运输的手段 因为在港口码头及海关往来的车辆众多 且可能属于海 关 船公司 蚣代理公司 货代公司 港务局 集装箱场站等不同行业的不同单 位 如果不采取统一的措施很难调度管理 给通关及货物的流转带来很大的困难 采用基于r f i d 的电子车牌识别系统能有效解决这一问题 该系统通过在关键的出入监控点安放r f i d 读写设备 可以使安装电子车牌 的监管车辆在通过监控通道时 可以被识别系统准确及时地识别 已完成车辆数 据采集的要求 同时采用无线通讯等信息技术将采集到的车辆信息提交管理系 统 来完成车辆身份的确认 查询和统计 调度等功能 通过应用海关码头电子 车牌识别系统可以有效提高海关车辆通行能力 实时统计监测车辆信息 防止误 检 漏检 提高通关效率 同时可以阻止偷窃 打击走私等行为 3 交通流量测定及车辆限速管理 交通流量调查缺乏准确的数据是我国交通规划的一大难题这使得道路网络 的通行能力难以得到最满意的发挥 此外 车辆超速会带来安全隐患 车辆低速 也会造成道路堵塞 据不完全统计 我国近年来因交通事故和交通拥挤造成的损 失 至少每年在1 7 0 0 亿元左右 为了解决这些问题 交通部门 公安部门也采 6 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 取了一些先进的科技手段 比如使用计数器统计交通流量 使用超速拍照仪解决 车辆超速问题 但是 这些设备功能比较单一 有的实施起来费用比较高 而使 用基于r f i d 的电子车牌识别系统可以同时实现这些功能 4 电子注册管理 车辆的注册登记以及牌照管理一直以来都是交通管理部门的管理重点 也是 难点所在 黑车 假牌照等问题始终都没有得到根除 但是新技术也许会变得简 单 采用电子车牌实现车辆电子注册管理系统就是有效解决这一问题的方法之 一 车辆注册登记后加载基于r f i d 的电子车牌 由于每个标签的i d 号是唯一 的 制作芯片时放在r o m 中无法修改 所以可以实现防伪功能 同时电子车牌 可以被远距离识别 无需停车及人为干预就可以监查 因此可以规范车辆管理手 段 加强对车辆的监查力度 实现车辆年检的智能化管理 加强对非法车辆的打 击力度 取得良好的社会和经济效益 5 车辆智能称重 通过将称重系统和基于r f i d 的电子车牌识别系统相结合可以实现基于车辆 的智能称重系统 将称重系统采集到的车重信息与电子车牌识别系统采集到的车 辆信息相结合 则可判别该车辆有无超重 应用智能称重管理系统可提高称重效 率 减少车辆在待检处的停留等待 同时通过电子车牌的唯一识别号和精确计量 可有效地防止人为舞弊带来的经济损失 此外 系统实施后还大大降低了工作人 员的劳动强度和人工称重的失误率 因此 基于r f i d 的电子车牌车辆智能称重 系统实现了识别 计量 监控的完美结合 该系统可以灵活应用到交通运输的很 多方面 如在高速路口自动称重以治理超载 在码头等物资集散地可以加快车辆 集中速度 减少拥堵等 具有巨大的应用价值 6 停车场计时收费管理 城市经济和汽车工业的迅速发展 城市汽车尤其是私家车的数量激增 庞大 的车流进入城市家庭 但是由于停车场及停车设施建设滞后等原因 停车难 停 车管理难的问题也随之而来 尤其是在一些高档社区 企业 政府机构矛盾更是 日益突出 停车管理漏洞百出 车主与物业等停车管理方纠纷不断 采用基于 r f i d 的电子车牌识别系统可以有效解决上述停车管理问题 应用该系统可以实现车辆自动识别和信息化管理 提高车辆通行效率和安全 性 并统计车辆出入数据 方便管理人员进行调度 减轻管理人员的劳动强度 并且有效防止收费漏洞 7 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 本文的主要工作及结构安排 本论文的主要任务是通过研究金属车牌上的缝隙天线设计 将r f i d 有源标 签与传统车号牌集为一体 研发了新型电子车牌 同时从应用的角度出发 配套 开发了基于新型电子车牌的综合性管理系统 主要工作为 1 电子车牌天线类型的选取和实现 2 设计了工作在2 4 5 g i i zr f i d 频段的空气缝隙天线车牌 分析了天线的 方向图性能以及天线结构参数的变化对天线工作频带的影响 并讨论了 树脂填充缝隙对天线性能的影响 及其改进设计 此外 还设计了一种 工作在我国的r f i d 频段 9 2 0 m h z 9 2 5 m h z 的空气缝隙天线车牌 并分析了其方向图性能 回波损耗 增益等特性 3 尝试提出了一种基于单面敷铜板结构的新型车牌 使其能够弥补利用我 国九二式车牌设计天线时的局限性 并利用此车牌设计了一款简单的水 平缝隙天线 通过仿真分析了该天线结构参数的变化对天线的工作频带 和方向图的影响 4 以城市道路双向4 车道为例 对设计的基于单面敷铜板结构的新型电子 车牌缝隙天线的读取问题进行了初步的探讨与分析 5 采用饼语言和s o ls e r v e r 2 0 0 0 数据库开发了一款综合性的电子车牌管 理系统 本论文的结构安排如下 第一章绪论部分首先分析了本论文的研究背景和意义 接着简要介绍了 r f i d 技术以及电子车牌的研究发展现状 最后提出了本论文的主要研究内容 介绍了本论文的主要工作和结构安排 第二章首先引入了r f i d 的基本概念 随后简要介绍了r f i d 系统的组成 并在此基础上详细阐述了r f i d 系统的工作原理 最后介绍了r f i d 系统的分类 第三章首先介绍了天线的若干电参数的概念 并重点介绍了缝隙天线的基本 理论 为下一章的电子车牌缝隙天线的设计提供理论基础 最后 还简要介绍了 本文使用的基于有限元法的电磁仿真软件a n s o f th f s s 为后续章节的研究建立 了物理基础 第四章根据我国九二式车牌结构特点 利用a n s o f th f s s 仿真软件设计了工 作在2 4 5 g h zr f i d 频段的空气缝隙天线车牌 并根据车牌安装的实际情况设计 了馈电结构 同时分析了天线的方向图性能以及天线结构参数的变化对天线工作 频带的影响 并对天线进行了实测 此外 本章还讨论了树脂填充缝隙对天线性 能的影响 及其改进设计 最后 根据在2 4 5 g i i z 频段仿真得到的规律 尝试 8 江苏大学硕上学位论文第一章绪论 设计与仿真了一种工作在我国的u i i fr f i d 频段 9 2 0 m i i z 一9 2 5 m h z 的空气 缝隙天线车牌 并分析了其方向图 回波损耗以及增益等特性 第五章考虑到车牌生产的工艺要求 设计了一种基于单面敷铜板结构的新型 车牌 弥补了利用我国九二式车牌设计天线时的局限性 利用此新型车牌设计了 一款简单的水平缝隙天线 并对该天线的回波损耗和方向图进行了仿真 同时还 分析了天线结构参数的变化对天线的工作频带和方向图的影响 最后以城市道路 双向4 车道为例 对本章设计的电子车牌缝隙天线的读取问题进行了初步的探讨 与分析 第六章采用c 带语言和s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库开发了一款综合性的电子车牌 管理系统 详细讨论了系统中具有读 写功能的各模块的串行通信设计 并进行 了软硬件的综合调试 最后阐述了整个电子车牌管理系统的工作过程 第七章对论文内容进行总结 并根据自己的研究成果和体会 提出了未来的 研究方向 1 4 本章小结 本章首先对本论文的研究背景和意义做了一些论述 接着对r f i 技术以及 电子车牌的研究发展现状做了简要介绍 最后介绍了本论文的主要工作及论文的 结构安排 9 江苏大学硕上学位论文第 二章射频识别系统的基本理论 第二章射频识别系统的基本理论 由于r f i d 技术是电子车牌识别系统的基础 因此有必要对射频识别系统的 基本理论作进一步介绍 本章首先引入了r f i d 的基本概念 随后简要介绍了 r f i d 系统的构成 详细阐述了r f i d 系统的工作原理 最后介绍了r f i d 系统的 分类 2 1r f i d 的基本概念 无线射频识别技术 r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n r f i d 是一种非接触的 自动识别技术 其基本原理是利用射频识别信号和空间耦合 电磁耦合或电磁传 播 传输特性 实现对被识别物体的自动识别 2 9 r f i d 系统至少包括电子标签 和阅读器两个部分 应用中 电子标签附着在待识别的物品上 阅读器用于当附 着电子标签的待识别物品通过其读出范围时 自动以无接触的方式将电子标签中 的约定识别信息取出 从而实现自动识别物品或自动收集物品表示信息的功能 2 2r f i d 系统的构成 典型的r f i d 系统主要由电子标签 t a g 阅读器 r e a d e r 和数据管理系统 这三个部分组成1 3 0 j 1 电子标签 t a g 电子标签又称为射频标签或者应答器 它是r f i d 系统真正的数据载体 一 般情况下 电子标签由标签天线和标签专用芯片组成 最新提出的无芯片射频标 签以及声表面波s a w 标签在未来可能会有较大的发展 目前还处在产品萌芽阶 段 依据电子标签供电方式的不同 电子标签可以分为有源电子标签 a c t i v e t a g 和无源电子标签 p a s s i v et a g 有源电子标签内装有电池 无源电子标签 没有内装电池 对于有源电子标签来说 根据标签内装电池供电情况不同又可细 分为有源电子标签 a c t i v et a g 和半有源电子标签 s e m i a c t i v et a g 有源电子标签 标签的工作电源完全由内部电池供给 同时标签电池的能量 供给也部分地转换为电子标签与阅读器通信所需要的射频能量 通常有源电子标 签具有较远的通信距离 其价格也相对较高 半有源电子标签内的电池仅对标签内要求维持数据的电路供电或者辅助支 持标签芯片所需工作电压 给本身耗电很少的标签电路供电 标签未进入工作状 1 0 江苏大学硕士学位论文第二章射频识别系统的基本理论 态之前 一直处于休眠状态 相当于无源标签 标签内部电池能量消耗很少 因 而电池可维持几年 甚至长达1 0 年有效 当标签进入阅读器的读出区域时 收 到阅读器发出的射频信号激励 进入工作状态时 标签与阅读器之间信息交换的 能量以阅读器供应的射频能量为主 反射调制方式 标签内部电池的作用主要 在于弥补标签所处位置的射频场强不足 标签内部电池的能量并不转换为射频能 量 无源电子标签没有内装电池 在阅读器的读出范围之外时 电子标签处于无 源状态 在阅读器的读出范围之内时 电子标签从阅读器发出的射频能量中提取 其工作所需的电源 无源电子标签一般均采用反射调制方式完成电子标签向阅读 器的信息传送 通常无源电子标签具有价格便宜的优势 但其工作距离 存储容 量等受到能量来源的限制 2 阅读器 r e a d e r 阅读器又称为读出装置或者读写器 取决于电子标签是否可以无线改写数 据 典型的阅读器包含有高频模块 发送器和接收器 控制单元以及阅读器天 线 它的主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号 并接收标签的应答 对 标签的对象标识信息进行解码 将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到 计算机的数据管理系统以