基于CC2430的城市車(chē)輛限行系統研究

摘要：隨著(zhù)車(chē)輛的增多，城市交通擁堵越來(lái)越嚴重，影響了市民日常出行。實(shí)行車(chē)輛限行是緩解交通擁堵的有效方法。利用Chipcon AS公司的射頻芯片CC2430進(jìn)行車(chē)輛無(wú)線(xiàn)識別，結合單片機與以太網(wǎng)實(shí)現遠程通信，設計了一套根據車(chē)輛出行天數進(jìn)行城市車(chē)輛限行的系統。為了獲得車(chē)輛出行天數，對根據出行天數進(jìn)行車(chē)輛限行的方法進(jìn)行了論述，重點(diǎn)是系統的硬件設計，并對軟件設計中的難點(diǎn)給出了說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：車(chē)輛限行；CC2430；射頻識別；8051單片機

0 引言
隨著(zhù)經(jīng)濟快速發(fā)展，各個(gè)城市都面臨著(zhù)不同程度的交通擁堵問(wèn)題。交通擁堵之所以成為城市公害，是因為它嚴重影響社會(huì )正常秩序，而且還引發(fā)城市環(huán)境的持續惡化。交通擁堵對社會(huì )生活的影響，首先是出行時(shí)間和出行費用的消耗增加；其次，隨著(zhù)出行成本的增大，可能會(huì )抑制出行，致使城市人口生活質(zhì)量下降；就能源消耗以及城市道路交通實(shí)施的有效利用而言，交通擁堵無(wú)疑又會(huì )導致資源的嚴重浪費；交通擁堵對公共交通的影響也十分嚴重，交通擁堵極大降低公共交通的運行效率；交通擁堵對城市環(huán)境質(zhì)量的危害是另一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，交通擁堵會(huì )導致汽車(chē)尾氣污染加重，還會(huì )使噪聲污染變得更加嚴重。
車(chē)輛限行作為一種卓有成效的解決城市交通擁堵措施，經(jīng)過(guò)了實(shí)踐的證實(shí)，其效果也得到了社會(huì )的肯定。大多數城市進(jìn)行車(chē)輛限行采用的是根據車(chē)牌尾號限行的方案，如單雙號限行措施。根據車(chē)牌號進(jìn)行限行有一系列缺點(diǎn)：限行號碼、時(shí)間和路段過(guò)于混亂，難于記憶掌握；另一方面，限制了一些確實(shí)需要出行的車(chē)輛，對一些市民日常生活秩序造成一定程度的影響；甚至有一些家庭通過(guò)購買(mǎi)第二輛車(chē)來(lái)逃避車(chē)輛限行，使得與限行的初衷南轅北轍。
針對以上情況，本文將單片機技術(shù)和射頻識別技術(shù)結合起來(lái)，設計了一套統計車(chē)輛出行天數的裝置。車(chē)輛加裝電子標簽與道路上采集單元實(shí)現信息交互，道路采集單元識別并記錄車(chē)輛信息。將車(chē)牌信息發(fā)送至交控中心服務(wù)器，由出行天數計算系統，計算出車(chē)輛的出行天數，作為收取擁堵費依據，從而實(shí)現車(chē)輛限行目的。

1 城市車(chē)輛限行方法
目前城市車(chē)輛限行主要是根據車(chē)輛車(chē)牌尾號進(jìn)行限行。如北京，根據車(chē)牌尾號將車(chē)輛分為不同的幾組，一周內每天分別指定一組或幾組尾號的車(chē)輛限行。此方法采用行政手段，強制性限制車(chē)輛出行，不夠人性化。
本文提出，根據車(chē)輛出行天數收取擁堵費，實(shí)現車(chē)輛限行的目的。系統模擬圖如圖1所示，該系統主要由車(chē)輛電子標簽、采集單元和交控中心擁堵費計算系統組成。當車(chē)輛經(jīng)過(guò)橫跨車(chē)道上空的龍門(mén)架時(shí)，龍門(mén)架上安裝識別單元，激活電子標簽工作電路，車(chē)輛電子標簽和識別單元進(jìn)行信息交互，將車(chē)牌信息發(fā)送至識別單元。采集單元接收車(chē)牌信息，存儲于內部芯片，并定時(shí)發(fā)送所存儲數據至交控中心服務(wù)器。車(chē)輛電子標簽由射頻芯片和微處理器組成。道路上方采集單元包括射頻信號接收模塊，控制模塊和數據發(fā)送模塊。其中射頻信號接收模塊由接收天線(xiàn)和閱讀器組成?？刂颇K控制數據的接收、存儲和發(fā)送。

交控中心擁堵費計算系統主要功能是車(chē)輛出行天數統計和擁堵費計算。本文主要研究車(chē)輛出行天數的獲得，對于擁堵費計算部分，各城市可根據自身實(shí)際情況，依據車(chē)輛的出行天數，制定擁堵費收取方案。
系統功能框圖見(jiàn)圖2，主要工作分為三個(gè)階段。

1．1 無(wú)線(xiàn)射頻信號收發(fā)階段
當車(chē)輛通過(guò)安裝了采集單元的龍門(mén)架前方附近時(shí)，處于采集單元內部閱讀器天線(xiàn)的輻射區，電子標簽開(kāi)始發(fā)送加密載波信號至閱讀器。二者之間屬于微波通信，通信工作頻率達2．4 GHz。對已接收車(chē)輛電子標簽采用休眠-喚醒-休眠方式控制數據發(fā)送，避免車(chē)輛信息重復發(fā)送，降低功耗。
采用ALHOLA時(shí)分算法進(jìn)行多個(gè)車(chē)輛的識別，防止多個(gè)標簽信息發(fā)送發(fā)生碰撞。電子標簽和閱讀器之間的數據傳送采用驗證和加密方式保證數據傳送安全。
閱讀器解調接收信息后，將數據送至控制模塊。
1．2 控制模塊信息處理及數據發(fā)送
控制模塊首先根據車(chē)牌前兩位判斷是否為本市車(chē)輛(只記錄本地車(chē)輛出行數據)。若為本市車(chē)輛，則存入，否則繼續判讀下一條信息。將車(chē)牌信息結合當天日期進(jìn)行編碼，存入存儲器。
控制模塊選用微處理器作為控制芯片，外接存儲芯片保存數據。選用以太網(wǎng)控制器芯片通過(guò)RJ45接口，連接外部以太網(wǎng)絡(luò )。傳輸協(xié)議遵守標準TCP／IP協(xié)議，將數據發(fā)送至交控中心服務(wù)器。
1．3 擁堵費計算系統
采集單元將當天車(chē)輛出行信息發(fā)送至交控中心服務(wù)器。對各個(gè)單元內車(chē)輛出行信息進(jìn)行篩選，去除重復數據，得出車(chē)輛當天的出行信息。
月底或年終，對車(chē)輛出行信息進(jìn)行統計，得出車(chē)輛每月或每年總的出行天數，然后可根據車(chē)輛出行天數進(jìn)行擁堵費收取。
交控中心應對安裝采集單元的路段以及擁堵費收取費率作必要公示。每月以短信方式通告車(chē)主當月出行天數以及應繳擁堵費數額。年底，交控中心匯總計算車(chē)輛當年應繳擁堵費，并通知車(chē)主擁堵費繳納時(shí)間。對于逾期不交、拖欠等行為，交管中心可對車(chē)輛進(jìn)行適當罰款，以作必要警示。對于故意人為破壞電子標簽等逃避車(chē)輛識別行為，采取教育、罰款等方式，確保車(chē)輛識別率，提高城市車(chē)輛限行效果。