車輛識(shí)別系統(tǒng)研究
文章出處：http://m.botanicstilllife.com 作者：射頻網(wǎng) 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月02日
——車輛識(shí)別系統(tǒng)研究——
一、前言
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，在人們已經(jīng)接受了對(duì)某些道路、橋梁征收通行費(fèi)這一事實(shí)后，傳統(tǒng)收費(fèi)方法的缺點(diǎn)(
如效率低下、漏洞大等)就顯得越來越突出。
實(shí)現(xiàn)車輛收費(fèi)管理的自動(dòng)化，解決路橋擁擠的狀況，建立有效、可靠的車輛自動(dòng)收費(fèi)管理系統(tǒng)已成為交通管理的新課題。我國現(xiàn)行的路橋收費(fèi)方式有：
1.人工判別車型，人工收費(fèi)。這種早期的收費(fèi)方式?jīng)]有監(jiān)督，漏洞
大，而且平均收費(fèi)時(shí)間在10～15秒左右，車輛通行速率受到很大
限制；
2.儀器判別車型，人工收費(fèi)，計(jì)算機(jī)管理。這種收費(fèi)方式的關(guān)鍵取
決于儀器判別車型的準(zhǔn)確性，對(duì)免費(fèi)車輛(如軍車、警車等)經(jīng)過
時(shí)系統(tǒng)無法識(shí)別。另外，計(jì)算機(jī)管理程度不高，效率低下；
3.磁卡或IC卡自動(dòng)收費(fèi)。這種收費(fèi)方式只要讀卡器質(zhì)量穩(wěn)定可靠，則是目前一種較好的收費(fèi)方式。其
缺點(diǎn)是無法核對(duì)車、卡是否一致，卡的物理損傷現(xiàn)象嚴(yán)重；
4.非接觸IC卡(感應(yīng)卡)收費(fèi)。該收費(fèi)方式利用電磁感應(yīng)原理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)非接觸傳輸，可大大提高卡的
使用壽命，是一種較理想的收費(fèi)方式。但還不是真正的不停車自動(dòng)收費(fèi)，且傳輸距離一般在10cm～
50cm左右，范圍小。
上述幾種收費(fèi)方式，存在的問題有：收費(fèi)沒有監(jiān)督、漏洞大；收費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，車輛通行速度無法提高；車、卡不一致；某些車輛非法逃票等。為了克服這些問題，以滿足市場(chǎng)發(fā)展的需求，業(yè)內(nèi)商家開發(fā)出了一種不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用無線射頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)車輛與收費(fèi)站間的數(shù)據(jù)傳輸，從而完成整個(gè)收費(fèi)過程。
二、不停車自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)概述
所謂不停車自動(dòng)收費(fèi)，就是指車輛通過收費(fèi)站時(shí)，能自動(dòng)地完成移動(dòng)車輛與收費(fèi)站之間所有信息的傳遞，完成車輛的收費(fèi)、登記及建檔的過程。信息的傳遞是在車輛不停車的情況下實(shí)現(xiàn)的。傳遞的信息包括車輛號(hào)碼、車型類別、車輛顏色、車牌顏色、銀行帳號(hào)、單位名稱及用戶姓名。因此，不停車自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)具有車輛自動(dòng)識(shí)別功能和自動(dòng)收費(fèi)、登記、建檔功能。
為實(shí)現(xiàn)全國或某地區(qū)的自動(dòng)收費(fèi)，可采用兩種付款方式，即預(yù)付方式和后付方式。但無論是哪一種付款方式，都必須通過銀行定期或不定期結(jié)算。
三、自動(dòng)車輛識(shí)別AVI技術(shù)
1.自動(dòng)車輛識(shí)別原理及組成
自動(dòng)車輛識(shí)別是實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)的核心技術(shù)。所謂自動(dòng)車輛識(shí)別是當(dāng)車輛通過特殊點(diǎn)( 如收費(fèi)
站)時(shí)，不需駕駛員和收費(fèi)者采取任何措施，就能精確、快速地識(shí)別車輛身份的一種技術(shù)。 它一般
可由三個(gè)功能部分組成：
其識(shí)別車輛的過程如下：當(dāng)車輛通過收費(fèi)站收發(fā)信機(jī)時(shí)，車載收發(fā)信機(jī)被觸發(fā)，發(fā)射出能唯一表明
通過車輛身份的代碼信息( 如車牌號(hào)碼、車型類別、車輛顏色、車牌顏色、銀行帳號(hào)、單位名稱及
用戶姓名等 )，收費(fèi)站收發(fā)信機(jī)接收信號(hào)后，經(jīng)處理傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理及存檔，以
備查詢。
2.自動(dòng)車輛識(shí)別AVI技術(shù)
根據(jù)自動(dòng)車輛識(shí)別原理，可用于車輛自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)有：
·圖像處理AVI系統(tǒng)
圖像處理AVI系統(tǒng)由視頻攝像機(jī)(CCD)、圖像采集設(shè)備及計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)組成。由CCD攝取圖像，經(jīng)
A/D采樣轉(zhuǎn)換后，再輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行圖像的預(yù)處理及識(shí)別，識(shí)別的內(nèi)容一般包括車牌號(hào)碼、車
型類別及車輛顏色等。其缺點(diǎn)是可靠性差，受環(huán)境干擾大，數(shù)據(jù)傳輸率不高。
·光學(xué)和紅外AVI系統(tǒng)
該系統(tǒng)利用裝在車輛外面的一個(gè)類似于條形碼的代碼標(biāo)簽作為車輛識(shí)別的唯一標(biāo)志。 該代碼標(biāo)簽
由一系列寬度或顏色變化的線條組成， 當(dāng)車輛經(jīng)過收費(fèi)站時(shí)，數(shù)量和顏色變化的光被反射到接收
單元上，這些反射光的形式被自動(dòng)分析后，表明車輛身份的代碼信息被抽取出來。其缺點(diǎn)同前。
·電感耦合AVI系統(tǒng)
該系統(tǒng)利用電感耦合來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。收費(fèi)單元采用傳統(tǒng)的線圈作為天線， 用于傳送信號(hào)給車輛
或從車輛傳送信號(hào)給收費(fèi)單元。 車輛收發(fā)兩用機(jī)使用簡(jiǎn)單的線圈或鐵氧體線圈為天線，天線大小
與通訊波長(zhǎng)有關(guān)。該系統(tǒng)可靠性好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，但數(shù)據(jù)傳輸速率較低。
·射頻AVI系統(tǒng)
該系統(tǒng)利用無線射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸。其優(yōu)點(diǎn)就是使用高頻載波時(shí)，可實(shí)現(xiàn)比電感耦合AVI
系統(tǒng)高得多的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外， 由于天線的大小與使用載波波長(zhǎng)有關(guān)，因此，系統(tǒng)的收發(fā)信
機(jī)可以做得很小，性能可靠。
四、射頻AVI系統(tǒng)實(shí)例
1.系統(tǒng)組成及原理
自行開發(fā)的無線車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，由收費(fèi)站和車輛收發(fā)信機(jī)、通信接口及計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)組成。
具體包括MC2833、MC3363、MC145162、MC68HC05、EEPROM和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等。
MC2833是一片單片調(diào)頻發(fā)射集成芯片， 由話筒放大器、可變電抗器、射頻振蕩器、輸出緩沖器、兩
個(gè)輔助晶體管構(gòu)成。系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)采用FSK調(diào)制方式，經(jīng)調(diào)制、內(nèi)部?jī)杉?jí)晶體管的放大，送往
雙工器，經(jīng)天線發(fā)射出去。發(fā)射功率可達(dá)+10dBm。
MC3363是一片單片調(diào)頻接收集成芯片， 它由低噪聲高頻放大器、兩個(gè)混頻和振蕩器、中頻限幅放大
器、頻率解調(diào)器、音頻前置放大器、幅寬比較器等幾部分構(gòu)成。 經(jīng)它解調(diào)的數(shù)字信號(hào)經(jīng)18腳送往微
處理器的中斷腳。為了提高通信質(zhì)量，可利用MC3363的12、13、15、19腳組成一靜噪電路。
集成鎖相環(huán)MC145162是用來提供高精度的本機(jī)振蕩頻率和發(fā)射載波頻率。它是通用可編程序的雙PLL
芯片。
微處理器采用MC68HC05系列，采用HCMOS技術(shù)制造，執(zhí)行速度快，并有多種型號(hào)可供不同的設(shè)計(jì)目的
選用。設(shè)計(jì)中使用MC68HC05R3，用INT口接收MC3363的數(shù)字信號(hào)， 用PB6口輸出要發(fā)射的數(shù)據(jù)代碼，
用一般的I/O口，通過軟件編程與EEPROM和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成串行通信接口。
EEPROM用于存貯車輛的身份代碼。為了提高系統(tǒng)抗干擾能力， 設(shè)計(jì)中采用了前向糾錯(cuò)技術(shù)，即存在
EEPROM中的數(shù)據(jù)是經(jīng)BCH［15，5，7］碼編碼而成。一個(gè)碼字的長(zhǎng)度為15位， 其中前5位是信息位，
后10位是冗余位。設(shè)計(jì)中選用Microchip公司的24LC02B。
計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)通過RS232接口與微處理器相連，處理接收到的車輛代碼，完成經(jīng)過車輛的收費(fèi)、登
記和建檔等，并通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可隨時(shí)查詢車輛的資料。
2.通信協(xié)議及數(shù)據(jù)類型
·通信協(xié)議
車輛收發(fā)信機(jī)與收費(fèi)站收發(fā)信機(jī)之間，在正式傳輸車輛信息之前， 雙方應(yīng)互發(fā)握手信號(hào)以確保通
信接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。首先由收費(fèi)站收發(fā)信機(jī)發(fā)出一握手信號(hào)88H，車輛收發(fā)信機(jī)接收該數(shù)據(jù)，如
果接收正確，則將88H發(fā)回收費(fèi)站收發(fā)信機(jī)。 緊接著再由收費(fèi)站收發(fā)信機(jī)再發(fā)AAH信號(hào)，車輛收發(fā)
信機(jī)再判斷是否收到。 如上述過程準(zhǔn)確無誤， 則由車輛收發(fā)信機(jī)發(fā)射車輛信息給收費(fèi)站收發(fā)信
機(jī)。設(shè)計(jì)中選用的數(shù)據(jù)速率為1200波特。
·數(shù)據(jù)類型
為了把車輛身份代碼通過FSK調(diào)制發(fā)射出去，首先要把車牌號(hào)碼、車輛顏色、銀行帳號(hào)、車輛類型
等變換成相應(yīng)的二進(jìn)制表示法。
車牌號(hào)碼：特征號(hào)代表車輛特殊身份。0代表普通收費(fèi)車；1代表特殊免費(fèi)車，如軍、警車等。
車輛類型：用1字節(jié)代表，最多可表示256種車型。
車輛顏色和車牌顏色：用1字節(jié)表示，分別可表示16種不同的車輛顏色和16種車牌顏色。
銀行帳號(hào)：用10個(gè)字節(jié)表示，最多可表示長(zhǎng)度為20位的銀行帳號(hào)。
3.軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)包括收發(fā)信機(jī)中的控制軟件設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)管理軟件設(shè)計(jì)。
·收發(fā)信機(jī)的控制軟件
控制軟件主要由通信握手子程序、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序、數(shù)據(jù)接收中斷服務(wù)子程序、譯碼糾錯(cuò)子程
序、RS232通信子程序和EEPROM讀數(shù)據(jù)子程序組成。
·計(jì)算機(jī)管理軟件
計(jì)算機(jī)管理軟件主要有完成數(shù)據(jù)的讀取、數(shù)據(jù)庫的建立以及查詢和設(shè)置功能。由讀取數(shù)據(jù)模塊、
處理數(shù)據(jù)模塊、查詢及設(shè)置模塊組成。
讀取數(shù)據(jù)模塊：它由后臺(tái)線程完成，線程在程序運(yùn)行時(shí)即創(chuàng)建。它由初始化和讀取數(shù)據(jù)兩部組
成。讀數(shù)據(jù)時(shí)，每隔一定時(shí)間檢查串行口緩沖區(qū)，非定時(shí)讀取數(shù)據(jù)并存放在程序緩沖區(qū)中，此緩
沖區(qū)已在程序初始化時(shí)分配。
處理數(shù)據(jù)模塊：定時(shí)檢測(cè)程序緩沖區(qū)，非定時(shí)讀數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后插入數(shù)據(jù)庫Autoinfo.db中。
查詢模塊：查詢Autoinfo數(shù)據(jù)庫，可按車牌號(hào)碼、車輛類型、車輛顏色和日期查詢。
整個(gè)程序用Object Pascal語言編寫。
4.系統(tǒng)主要特點(diǎn)
·實(shí)現(xiàn)真正的不停車收費(fèi)；
·數(shù)據(jù)通信采用全雙工方式；
·整個(gè)收費(fèi)時(shí)間大大縮短，每收發(fā)一次車輛信息，僅需625ms左右，提高車輛流速；
·付款方式由銀行間結(jié)算完成，完全杜絕資金流失。但實(shí)行難度很大。
本系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境下，收發(fā)距離小于5m時(shí)，數(shù)據(jù)誤碼率小于10-3，基本能滿足不停車收費(fèi)的要求。
