车辆识别系统研究

 ——车辆识别系统研究——

                  
                  一、前言
                   随着市场经济的蓬勃发展，在人们已经接受了对某些道路、桥梁征收通行费这一事实后，传统收费方法的缺点(
                  如效率低下、漏洞大等)就显得越来越突出。
                  实现车辆收费管理的自动化，解决路桥拥挤的状况，建立有效、可靠的车辆自动收费管理系统已成为交通管理的新课题。我国现行的路桥收费方式有：

                  1.人工判别车型，人工收费。这种早期的收费方式没有监督，漏洞
                    大，而且平均收费时间在10～15秒左右，车辆通行速率受到很大
                    限制；

                  2.仪器判别车型，人工收费，计算机管理。这种收费方式的关键取
                    决于仪器判别车型的准确性，对免费车辆(如军车、警车等)经过
                    时系统无法识别。另外，计算机管理程度不高，效率低下； 
                   3.磁卡或IC卡自动收费。这种收费方式只要读卡器质量稳定可靠，则是目前一种较好的收费方式。其
                    缺点是无法核对车、卡是否一致，卡的物理损伤现象严重；

                  4.非接触IC卡(感应卡)收费。该收费方式利用电磁感应原理，实现数据非接触传输，可大大提高卡的
                    使用寿命，是一种较理想的收费方式。但还不是真正的不停车自动收费，且传输距离一般在10cm～
                    50cm左右，范围小。

                  上述几种收费方式，存在的问题有：收费没有监督、漏洞大；收费时间长，车辆通行速度无法提高；车、卡不一致；某些车辆非法逃票等。为了克服这些问题，以满足市场发展的需求，业内商家开发出了一种不停车电子收费系统。该系统利用无线射频技术，实现移动车辆与收费站间的数据传输，从而完成整个收费过程。

                  
                  
                  
                  二、不停车自动收费系统概述
                  
                  所谓不停车自动收费，就是指车辆通过收费站时，能自动地完成移动车辆与收费站之间所有信息的传递，完成车辆的收费、登记及建档的过程。信息的传递是在车辆不停车的情况下实现的。传递的信息包括车辆号码、车型类别、车辆颜色、车牌颜色、银行帐号、单位名称及用户姓名。因此，不停车自动收费系统应具有车辆自动识别功能和自动收费、登记、建档功能。

                  为实现全国或某地区的自动收费，可采用两种付款方式，即预付方式和后付方式。但无论是哪一种付款方式，都必须通过银行定期或不定期结算。

                  
                  三、自动车辆识别AVI技术
                   1.自动车辆识别原理及组成
                    自动车辆识别是实现不停车自动收费的核心技术。所谓自动车辆识别是当车辆通过特殊点( 如收费
                    站)时，不需驾驶员和收费者采取任何措施，就能精确、快速地识别车辆身份的一种技术。 它一般
                    可由三个功能部分组成：

                    其识别车辆的过程如下：当车辆通过收费站收发信机时，车载收发信机被触发，发射出能唯一表明
                    通过车辆身份的代码信息( 如车牌号码、车型类别、车辆颜色、车牌颜色、银行帐号、单位名称及
                    用户姓名等 )，收费站收发信机接收信号后，经处理传输到计算机系统，进行数据管理及存档，以
                    备查询。

                  2.自动车辆识别AVI技术
                    根据自动车辆识别原理，可用于车辆自动识别的技术有：
                    ·图像处理AVI系统
                      图像处理AVI系统由视频摄像机(CCD)、图像采集设备及计算机处理系统组成。由CCD摄取图像，经
                      A/D采样转换后，再输给计算机系统进行图像的预处理及识别，识别的内容一般包括车牌号码、车
                      型类别及车辆颜色等。其缺点是可靠性差，受环境干扰大，数据传输率不高。

                    ·光学和红外AVI系统
                      该系统利用装在车辆外面的一个类似于条形码的代码标签作为车辆识别的唯一标志。 该代码标签
                      由一系列宽度或颜色变化的线条组成， 当车辆经过收费站时，数量和颜色变化的光被反射到接收
                      单元上，这些反射光的形式被自动分析后，表明车辆身份的代码信息被抽取出来。其缺点同前。

                    ·电感耦合AVI系统
                      该系统利用电感耦合来实现数据传送。收费单元采用传统的线圈作为天线， 用于传送信号给车辆
                      或从车辆传送信号给收费单元。 车辆收发两用机使用简单的线圈或铁氧体线圈为天线，天线大小
                      与通讯波长有关。该系统可靠性好，环境适应性强，但数据传输速率较低。

                    ·射频AVI系统
                      该系统利用无线射频技术实现数据无线传输。其优点就是使用高频载波时，可实现比电感耦合AVI
                      系统高得多的数据传输速率。另外， 由于天线的大小与使用载波波长有关，因此，系统的收发信
                      机可以做得很小，性能可靠。

                  
                  四、射频AVI系统实例
                   1.系统组成及原理
                    自行开发的无线车辆自动识别系统，由收费站和车辆收发信机、通信接口及计算机管理系统组成。
                    具体包括MC2833、MC3363、MC145162、MC68HC05、EEPROM和计算机管理系统等。

                    MC2833是一片单片调频发射集成芯片， 由话筒放大器、可变电抗器、射频振荡器、输出缓冲器、两
                    个辅助晶体管构成。系统发送的数字信号采用FSK调制方式，经调制、内部两级晶体管的放大，送往
                    双工器，经天线发射出去。发射功率可达+10dBm。

                    MC3363是一片单片调频接收集成芯片， 它由低噪声高频放大器、两个混频和振荡器、中频限幅放大
                    器、频率解调器、音频前置放大器、幅宽比较器等几部分构成。 经它解调的数字信号经18脚送往微
                    处理器的中断脚。为了提高通信质量，可利用MC3363的12、13、15、19脚组成一静噪电路。

                    集成锁相环MC145162是用来提供高精度的本机振荡频率和发射载波频率。它是通用可编程序的双PLL
                    芯片。

                    微处理器采用MC68HC05系列，采用HCMOS技术制造，执行速度快，并有多种型号可供不同的设计目的
                    选用。设计中使用MC68HC05R3，用INT口接收MC3363的数字信号， 用PB6口输出要发射的数据代码，
                    用一般的I/O口，通过软件编程与EEPROM和计算机系统组成串行通信接口。

                    EEPROM用于存贮车辆的身份代码。为了提高系统抗干扰能力， 设计中采用了前向纠错技术，即存在
                    EEPROM中的数据是经BCH［15，5，7］码编码而成。一个码字的长度为15位， 其中前5位是信息位，
                    后10位是冗余位。设计中选用Microchip公司的24LC02B。

                    计算机管理系统通过RS232接口与微处理器相连，处理接收到的车辆代码，完成经过车辆的收费、登
                    记和建档等，并通过计算机系统可随时查询车辆的资料。

                  2.通信协议及数据类型
                    ·通信协议
                      车辆收发信机与收费站收发信机之间，在正式传输车辆信息之前， 双方应互发握手信号以确保通
                      信接收数据的准确性。首先由收费站收发信机发出一握手信号88H，车辆收发信机接收该数据，如
                      果接收正确，则将88H发回收费站收发信机。 紧接着再由收费站收发信机再发AAH信号，车辆收发
                      信机再判断是否收到。 如上述过程准确无误， 则由车辆收发信机发射车辆信息给收费站收发信
                      机。设计中选用的数据速率为1200波特。

                    ·数据类型
                      为了把车辆身份代码通过FSK调制发射出去，首先要把车牌号码、车辆颜色、银行帐号、车辆类型
                      等变换成相应的二进制表示法。
                      车牌号码：特征号代表车辆特殊身份。0代表普通收费车；1代表特殊免费车，如军、警车等。
                      车辆类型：用1字节代表，最多可表示256种车型。
                      车辆颜色和车牌颜色：用1字节表示，分别可表示16种不同的车辆颜色和16种车牌颜色。
                      银行帐号：用10个字节表示，最多可表示长度为20位的银行帐号。

                  3.软件设计
                    软件设计包括收发信机中的控制软件设计和计算机管理软件设计。
                    ·收发信机的控制软件
                      控制软件主要由通信握手子程序、数据发送子程序、数据接收中断服务子程序、译码纠错子程
                      序、RS232通信子程序和EEPROM读数据子程序组成。

                    ·计算机管理软件
                      计算机管理软件主要有完成数据的读取、数据库的建立以及查询和设置功能。由读取数据模块、
                      处理数据模块、查询及设置模块组成。

                      读取数据模块：它由后台线程完成，线程在程序运行时即创建。它由初始化和读取数据两部组
                      成。读数据时，每隔一定时间检查串行口缓冲区，非定时读取数据并存放在程序缓冲区中，此缓
                      冲区已在程序初始化时分配。

                      处理数据模块：定时检测程序缓冲区，非定时读数据，经处理后插入数据库Autoinfo.db中。

                      查询模块：查询Autoinfo数据库，可按车牌号码、车辆类型、车辆颜色和日期查询。

                      整个程序用Object Pascal语言编写。

                  4.系统主要特点
                    ·实现真正的不停车收费；
                    ·数据通信采用全双工方式；
                    ·整个收费时间大大缩短，每收发一次车辆信息，仅需625ms左右，提高车辆流速；
                    ·付款方式由银行间结算完成，完全杜绝资金流失。但实行难度很大。

                    本系统在室内环境下，收发距离小于5m时，数据误码率小于10-3，基本能满足不停车收费的要求。