基于射频id的无人值守收费站系统硬件设计

基于射频ID无人值守收费站系统硬件设计,系统的研究背景及其意义,随着公路的不断增加，路网管理的重要性日益突出。以人工管理为主的传统模式暴露出诸多缺陷，比如人工收费模式效率低下，人力资源消耗巨大，系统各自为政，无法统一管理。由于计算机技术、通信技术以及网络技术的飞速发展，一种全新的、基于网络化的收费系统必将取代传统的收费系统。新系统应该具备下列特性：(1)高效率：车辆无需减速停车；(2)可管理性：收费站可控制、可实时监控、全程记录；(3)增加透明度：为用户提供数据查询；(4)减少人为因素：无人值守，嵌入式系统管理收费站。实行无人值守的公路收费系统后，将使得运营管理依托于信息化平台，并升华为公路运营的战略决策。无人值守收费站系统是当前和未来一段时期公路管理发展的趋势。,论文主要内容,第一部分 引言第二部分 射频ID的原理分析第三部分 车辆自动识别系统的实现第四部分 收费站系统的相关功能模块分析第五部分 相关外电路的设计,无人值守收费站系统原理概述：,嵌入式无人值守收费站系统以Intel公司ECX构架的Celeron-M平台GENE-8310为核心，针对收费站端嵌入式系统的功能要求，充分发挥GENE-8310强大性能，对GENE-8310进行必要的硬件扩展。该系统属于不停车收费系统此类系统利用车辆自动识别技术完成对车辆ID的采集，然后采用非现金方式支付通行费。目前，不停车收费系统主要有射频IC卡采集方式和图像识别采集方式两种。这两种方式的缺点十分明显。第一种方式通讯距离比较短，车辆需要减速行驶；第二种方式受交通环境影响和车牌清晰程度影响大，准确度难以保证。为了消除上述两种方式的缺陷，本系统对ID采集进行了独特的设计。在无人值守收费站系统中，车辆和收费站都安装了经扩展设计的2.4G频段无线通讯装置。收费站的无线覆盖范围更大，车辆与收费站之间可以进行高速无线数据通讯，车辆在不需要减速和停车的情况下完成对车辆ID的采集。采集的ID通过收费站的嵌入式系统发送到远程数据库中存储，并进行相关处理。,系统总体框图,收费站嵌入式系统通过2.4G频段无线通讯方式与车载射频卡实现通讯，通过10/100M以太网实现与Internet互联。前者负责车辆ID采集，后者负责车辆ID传输以及实时监控多媒体数据的传输。图1描述了收费站嵌入式系统与其他子系统的外界交互应用框图。,射频ID采集基本原理,射频服务卡与收费站嵌入式主机相连，该卡以一定的周期(如300ms)循环地向四周发出探测信号，检测是否有车辆到来，信号的覆盖范围是以射频服务卡为中心，半径为5m20m的圆形区域1。当装有车载射频卡的车辆进入射频服务卡的信号区域后，就会收到探测信号，确认无误后，车载射频卡将自身所对应车辆的ID信息发送给射频服务卡。射频服务卡收到ID并确认无误后，将ID通过串口发送到收费站嵌入式主机，交给上层处理，同时再给对应的射频卡发送确认信息。如果射频卡没有收到确认信息，则会重复地发送ID，直到超过一定的次数(本系统设定5次)而报错。 车载射频卡收到确认信息之后继续接收来自射频服务卡的探测信号，但不再重复发送ID。若持续超过一定的时间(如10s)后，一直没有再收到探测信号，则认为射频卡已离开射频服务卡的信号区域，即表示车辆已离开收费站。图2为射频ID采集模块的工作示意图。,射频ID采集示意图,系统的硬件组成框图,射频模块PTR5000是一个具备基本射频通信的小电路板，其核心芯片是射频芯片nRF24E1。nRF24E1就是基本的射频发射与接收单元，且里面集成了一个51兼容的单片机2，方便射频单元与单片机之间的高速通信。外围电路为振荡电路、存储电路、天线等。,射频模块PTR5000,射频芯片nRF24E1,nRF24E1是一个集成了兼容8051内核和一个射频收发器nRF2401的射频芯片， nRF24E1内嵌的51单片机是系统的控制部分，工作电压1.9V3.6V，9通道10bit的ADC，可编程的PWM，3个通用定时器/计数器，支持11种中断源，一个标准串行接口，4KB的程序存储器，512字节的ROM，256字节内部RAM，128字节的特殊功能寄存器，10个I/O口。512字节的ROM包含一个引导程序。上电复位之后，程序被引导程序从外部串行E2PROM加载到4KB的RAM中。如果没有使用掩模的ROM，程序会在外部的存储器中运行。引导程序默认是一个通用的25320 E2PROM(SPI接口)。nRF24E1内嵌的51单片机还具有一些针对RF收发器的特殊功能寄存器(如RADIO),几个专门的中断(如射频数据接收发送中断)。允许的晶振频率范围是4M20MHz，其推荐值是16MHz。由于内嵌单片机的存储空间有限，为此扩展了一个4KB的E2PROM(25AA320)。在ShockBurstTM模式操作nRF2401子系统时，可以获得1Mbps的访问速率。把所有与RF协议相关的高速信号处理功能集成在芯片中，有3个优点：(1)极大地减少能耗；(2)降低系统成本；(3)减少出错机率。,电源管理模块,采用700mAh、3.7V的锂电池充电，可使射频卡放在运动的遥控车里进行逼真的现场模拟，同时还应设计一个普通的5V直流输入。为了达到系统的电压范围1.9V3.6V，须选择一款稳压芯片，在此选择美信公司的Max1793