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基于射频技术智能车牌的设计与应用 作者： 日期： 第五届大学生研究性学习和创新性实验计划项目申 报 表项目名称基于射频技术智能车牌的设计与应用项目类别创新训练项目 创业训练项目项目级别省部级 校级项目主持人陈龙学院班级材料与光电物理学院微电子学一班联系电导老师唐明华 余云霞填表日期2012年4月18日 湘 潭 大 学 教 务 处 制填写说明一、申报书要按要求逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。二、创新训练项目是本科生个人或团队，在导师指导下，自主完成创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果（学术）交流等工作。创业训练项目是本科生团队，在导师指导下，团队中每个学生在项目实施过程中扮演一个或多个具体的角色，通过编制商业计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、参加企业实践、撰写创业报告等工作。三、格式要求：表格中的字体用小四号仿宋体，1.5倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。四、申报省部级项目如未获批立项，将参与校级项目的遴选。五、本页不装订。项目名称: 基于射频技术智能车牌的设计与应用学院名称材料与光电物理学院学生姓名专业名称性别学 号指导教师职称学科专业学生曾经参与科研或创业的情况指导教师承担科研课题情况项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题项目背景： 随着我国改革开放的深入，经济迅速发展，人民生活水平日益提高，10年前几乎遥不可及的小轿车，现在已经逐步飞入寻常百姓家，越来越多的中人开始拥有了属于自己的汽车。 可是，在这个欣欣向荣的景象下，也开始产生了一些让百姓们头痛的问题：交通的拥堵，交通服务过程的繁琐，交通事故的频繁，闯红灯和肇事逃逸者越来越多。这些问题不仅对驾驶者带来了每日的困扰，而且也影响到每天穿梭于大街小巷的行人。具体内容： 电子车牌识别系统是一个检查、监控与管理的多功能综合系统,可实现车辆信息的数字化、车辆识别的自动化和车辆管理的智能化。它是本着促进信息共享的原则,提供一个可以对车辆信息实时采集的公共平台,使各管理部门间能够协调统一的对车辆及道路情况进行监控管理,从一定程度上解决了交通难管理的问题！车牌上面配有射频传感器，它采用无线射频传感技术，实现汽车电子信息一体化自动检测识别，追踪，远程监控。智能无线电子车牌系统是通过是通过无线射频传感技术的应用实现汽车电子身份信息一体化的系统。数码车牌上面配有微型无线传感器，和与之相配套的自动检测识别，追踪，远程监控系统。将芯片中的基本信息和车主的电子账户相结合，可以实现收费站的不停车收费，可以极大程度上缓解交通拥挤的状况，也为人们的日常出行带来方便。参考文献：【1】 朱传征;韩文元;杨涛;. 太阳能交通安全设施集中供电技术 J. 公路交通科技, 2006.08 【2】 高正东;严捷丰;黄强;. GPS车辆监控系统中电子栅栏的实现 J. 电脑知识与技术, 2009.06 【3】易福生;齐德昱;. 移动定位与GPS定位相结合的实时车辆定位系统研究 J. 佛山科学技术学院学报(自然科学版), 2005.04 【4】李勇;. 我国车载GPS系统的应用现状与发展前景 J. 合肥学院学报(自然科学版), 2008.01 【5】杨晖,张仁杰. 角度测量模块在车辆导航中的应用 J. 仪器仪表学报, 2005.S1 【6】徐忠阳,邹胜勇,俞宇萍. 交通信息化技术汽车行驶记录仪和车载GPS的应用 J. 交通标准化, 2005.07 【7】李勇;. 我国车载GPS系统的应用现状与发展前景 J. 合肥学院学报(自然科学版), 2008.01 【8】孟中;王逸夫;李文印. 射频识别电子车牌装置 ，J.长春吉大化学有限公司2006.06【9】杨一鸣;吴曼青;郑生华;. 基于频谱平均法的ADC模块性能评估J. 电子工程师，2007.01国内外研究现状和发展动态本项目学生有关的研究积累和已取得的成绩项目的创新点和特色创新与特色： 一、车牌智能化，记录车主基本信息，如车辆购买日期、车主身份等。方便外界有关部门查询和工作，同时也给自己节省时间带来便利。 二、利用射频技术使车内时速表等信息传入电子车牌，当经过检测点时能获取车辆时速信息，在一定程度上代替道路测速仪的使用，降低了成本，也能监督人们安全行车。 三、车牌智能化，另一方面也使公路收费走向电子化，可降低收费管理成本，有利于提高车辆的营运效益，同时也大幅降低了收费口的噪声水平和废气排放，并可杜绝少数不法的收费员贪污路费，减少国家损失，实行不停车收费，提高了收费效率，减少了车辆堵塞现象。 四、交通基础信息的采集、传输、分析、发布、诱导、控制和指挥均可以同步进行。 五、操作简单、操作界面简洁明了、成本较低、产品扩展性较好、安全可靠。 六、较之传统的IC卡，RFID的电子标签具有价格低廉、防水、防磁、防静电、无磨损、信息贮存量大、高保密度、寿命长、可重复使用等优越性。 七、受恶劣环境等条件的影响小，能全天候工作,性能更优越。 项目的技术路线、进度安排及预期成果核心设备模块：核心功能模块由电源模块，射频收发模块，MCU控制模块模块构成。电源模块由锂电池锂电池提供射频收发模块所要的电源，通过射频收发模块可以实现对车辆自动检测，识别，定位追踪等核心功能，MCU模块控制整个系统的运行。智能无线电子车牌电源模块射频收发模块MCU控制模块 图一各功能模块的实现方案1 双电源供电的实现参考了2009年11月23日电子发烧友关于的方案智能无线电子车牌采用双电源供电，为了节约能源，降低生产成本，我实验小组特意在电源模块中加入辅助太阳能供电和智能电源控制的模块。 （1）辅助太阳能供电模块：电源模块提供了2种供电方式：在光线不足的情况下，可直接使用36V锂电池，经过DCDC电压转换芯片MAX756将电压升至5 V后为外设供电；当太阳光充足时，可以采用太阳能供电。太阳能电池产生的12 V电压通过稳压芯片LM7805后，得到稳定的5 V电压输出，输出电压既可以为测试模块供电还可以通过充电电路为锂电池充电。下图是电源模块的硬件原理图。充电电路充电电路的核心器件采用的是上海如韵公司生产的专用充电芯片CN3058，它可以对单节磷酸铁锂可充电电池进行恒流恒压充电。该器件内部集成有功率晶体管，使用时不需要设计外围电流检测和保护电路，适用于便携式的应用领域。图4为锂电池充电电路。其中LEDl和LED2分别作为充电中和充电饱和两种状态的指示灯，R1在充电时起限流保护的作用；电容C1和C2采用的是多层陶瓷电容器(MLCC)，能保证充电电路稳定工作。锂电池充电电路充电电路的核心器件采用的是上海如韵公司生产的专用充电芯片CN3058，它可以对单节磷酸铁锂可充电电池进行恒流恒压充电。该器件内部集成有功率晶体管，使用时不需要设计外围电流检测和保护电路，适用于便携式的应用领域。图4为锂电池充电电路。其中LEDl和LED2分别作为充电中和充电饱和两种状态的指示灯，R1在充电时起限流保护的作用；电容C1和C2采用的是多层陶瓷电容器(MLCC)，能保证充电电路稳定工作。锂电池充电电路2 数字车牌显示模块的实现数字车牌显示模块，包括含有可透光的数字或字符标识的车牌本体和用以控制车牌本体的数字或字符的透光进行颜色变换的控制装置, 控制装置包括安装在车牌本体中的发光控制装置和隐藏安装在车内的信号处理装置。结构见下图车牌本体内对应于每一个可透光的数字或字符标识的位置各装有可组成若干不同发光颜色的发光二极管LED； 所述发光控制装置包括： 一电源电路,其输入接至车载电源,将车载电源转换为发光控制装置 所需的电源信号； 一通信接口电路,用于提供通信数据线的接口,以实现与信号处理装置进行数据交换； 一MCU处理电路,对输入信号进行处理,并根据处理结果输出相应的 控制信号； 一LED驱动电路,用于驱动对应的发光二极管LED发出对应颜色的光； 所述的信号处理装置包括： 一通信接口电路,用于提供通信数据线的接口,以实现与发光控制装 置进行数据交换； 一加密MCU处理电路,完成数据资料的保存,写入,更改,加密运算, 安全认证等,并对输入信号进行处理以及根据处理结果输出相应的输出信 号； 一RF射频收发电路,用于实现与外部的处理设备进行射频通信。数字车牌显示模块车牌本体控制装置电源电路发光控制装置信号处理控制MCU处理电路LED驱动电路通信接口电路加密MCU处理电路RF射频电路系统功能模块发光LEDLED驱动发光控制通信接口电源电路MCU处理信号处理加密MCURF射频模块连接方案图解(1)电源电路采用车牌自身集成电路(2)LED驱动电路：LED驱动电路采用LED驱动控制IC TAC9920。在 EN端加PWM信号，可调节 LED的亮度。特性 ：可编程 LED驱动电流，编程范围为10mA到 1A 高效率：90% 输入电压范围：2.5V24V 工作频率可调：500KHz2.5MHz 驱动 LED灯功能强3 通信模块相关功能实现 通信模块电源模块主控单片机液晶显示模块按键模块无线射频模块数据存储与处 理模块天线与接口模块源射频发送模块无线射频接收模块射频能量检测模块通信模块:由7个小功能模块构成，通过MCU主控模块的协调控制作用使个个小功能模块系统有条不紊的运行，并可实现智能电子车牌的大部分功能：自动收费，车辆自动识别，远程监控等等（1） 电源模块采用车牌自身集成的双向电源供给装置（2） 主控单片机采用MCU主控模块的相应功能设备（3） 液晶显示模块采用点阵式液晶显示器WGM-12832WGM-12832是内置ST7920控制器的12832点阵式液晶显示器，通过对ST7920控制器的编程可以实现液晶显示器的各种应用。WGM-12832具有如下特点：(1)可以显示数字、字母、特殊字符、图形、曲线和汉字；(2)显示内容为128(列)32(行)点，全屏幕点阵，可显示2行汉字，每行8个字；(3)IC内带8 139个1616点阵中文字库，126个168字母符号，并提供4个1616点阵的自定义字功能；(4)与CPU接口采用串行控制方式；(5)功耗低，最大工作功耗15 mW。WGM-12832模块主要硬件结构框图如图1所示。WGM-12832模块主要硬件结构框图AT89S51和液晶WGM-12832模块的接口电路如图2所示。由于WGM-12832采用串口通信，外接引脚较少，与单片机连接采用直接连接的方法，即用IO口直接与LCD数据线和控制线相连，其特点是：简单、直观、操作方便。在此电路中，采用软件模拟液晶的时序，达到正确显示的目的。单片机液晶模块接口图（4） 按键模块按键模块采用贝能科技以IA4421芯片为核心开发的两种无线通讯模块PHY和EV-IA4421-433M-3（如图1，图2）。 PHY EV-IA4421前面提到的液晶显示模块作为显示器件，4个轻触按键作为作为用户输入，一个可以连接电脑的串口；还有连接两通讯模块的接口。构成按键模块，用户可以通过按键和LCD可以很直观地对IAI4421芯片寄存器、通讯速率等进行设置，还可以通过LCD监控数据传输过程的正确性和完整性。按键模块的主要功能：1 可设置4位的发射地址码：用户可以通过菜单设置4位的地址即0F，并与从机地址设置对应，这样就可以不受其他模块的干扰，可以多个模块同时工作。2可设置模块的工作频段：由于IAI系列芯片支持3频段分别为433MHZ、868MHZ、915MHZ，通过设置不同的频段可以适应使用不同频段的硬件。 3可设置模块的发送速率：芯片支持不同的发射速率，用户可以根据需要进行调整； 4可设置发送数据的时间间隔和发送的次数； 5 可以设置串口波特率（与硬件连接相对应）； 6 可显示接收数据的内容和接收数据的次数，当前通讯速率等信息； 硬件组成框架： WGM-12832液晶LCD串口接口电路：EV-IA4421-433M-3是已经带有一个PIC16F690的模块。VCC使用5V电源供电；TX、RS作为一个标准的波特率可选的串口作为与测试板之间的通讯，所有对模块的操作都使用这个串口完成；/PD待机控制，/PD=0时，模块进入待机状态，/PD=1,模块正常工作；RSSI无线信号强度输出，输出电压和信号强度成正比，是一个模拟信号，测试板通过AD转换对其捕捉。EV-IA4421接口电路 PHY只需使用5个I/O口即可工作，它采用SPI兼容的控制接口作为数据通讯接口。我们测试板也正是使用这种方式与PHY模块进行谅解的。各个接口功能如下：SCK：SPI串口时钟输入；SDI：SPI串口数据输入；NSEL：SPI片选输入(低电平有效)；SDO：SPI串口数据输出；NIRQ：中断请求输出(低电平有效)。 PHY模块接口电路 四个轻触按键作为用户的输入，用户按键的输入判断是采用普通的I/O方式。具体每个按键定义为：UP键用于上移菜单；DOWN键用于下移菜 单；ENTER键用于确认选择；SEND用于启动发送数据。 按键电路功能设想主要函数功能设想（5） 无线射频模块功能实现无线射频模块采用锐迪科微电子公司蓝牙射频前端模块RDAT224 。（1） 蓝牙射频前端模块RDAT224 射频前端模块内集成的功率放大器和低噪声放大器均采用先进的砷化镓异质结双极晶体管GaAs HBT 工艺制造，T/R 射频开关采用增强型高电子迁移率场效应晶体管-PHEMT 工艺制造。尽管没有采用差分PA 的形式，但是RDAT224提供了差分输出输入管脚。无线射频模块功能实现无线射频模块采用锐迪科微电子公司蓝牙射频前端模块RDAT224 。（1）蓝牙射频前端模块RDAT224 射频前端模块内集成的功率放大器和低噪声放大器均采用先进的砷化镓异质结双极晶体管GaAs HBT 工艺制造，T/R 射频开关采用增强型高电子迁移率场效应晶体管-PHEMT 工艺制造。尽管没有采用差分PA 的形式，但是RDAT224提供了差分输分输入管脚。RDAT224 模块结构功率放大器在2.4GHz2.5GHz 频段内有20dB 增益，这样，RDAT224 模块在0dBm 输入条件下即可提供20dBm 输出功率，满足Class1 功率输出要求。功率放大器在21dBm 输出时的功率附加效率高达40%，这么高的效率有助于延长供电时间。低噪声放大器在2.4GHz2.5GHz 频段内有15dB 增益，静态工作电流仅9mA，噪声系数小于3dB，输入三阶交调点IIP3 为-5dBm。以RDAT224 芯片为射频前端模块和Bluetooth SOC 芯片为基带模块的模块化解决方案。Bluetooth SOC 芯片通过USB Connector 直接与PC 等设备直接相连，Bluetooth SOC 芯片完成基带功能并将信号上变频为射频信号传送到T224 射频前端模块，并同时提供了T/R 射频开关、功率放大器、低噪声放大器的控制接口。T224 射频前端模块将射频信号放大，然后通过射频开关将信号传送到天线T224 的功率放大器提供20dBm的输出，可以使蓝牙适配器的有效范围达到100 米。当蓝牙适配器接收信号时，射频信号经射频开关传送到低噪声放大器。RDAT224 的低噪声放大器噪声系数小于3dB，可以很大的提高接收链路的灵敏度。射频信号经低噪声放大器放大后由Bluetooth SOC 芯片下变频，并由USB Connector 传送给PC 等设备。下图为蓝牙适配电路和射频