基于CC2430的城市車輛限行系統(tǒng)研究

摘要：隨著車輛的增多，城市交通擁堵越來越嚴重，影響了市民日常出行。實行車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進行車輛無線識別，結(jié)合單片機與以太網(wǎng)實現(xiàn)遠程通信，設(shè)計了一套根據(jù)車輛出行天數(shù)進行城市車輛限行的系統(tǒng)。為了獲得車輛出行天數(shù)，對根據(jù)出行天數(shù)進行車輛限行的方法進行了論述，重點是系統(tǒng)的硬件設(shè)計，并對軟件設(shè)計中的難點給出了說明。
關(guān)鍵詞：車輛限行；CC2430；射頻識別；8051單片機

0 引言
隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，各個城市都面臨著不同程度的交通擁堵問題。交通擁堵之所以成為城市公害，是因為它嚴重影響社會正常秩序，而且還引發(fā)城市環(huán)境的持續(xù)惡化。交通擁堵對社會生活的影響，首先是出行時間和出行費用的消耗增加；其次，隨著出行成本的增大，可能會抑制出行，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施的有效利用而言，交通擁堵無疑又會導(dǎo)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)量的危害是另一個不可忽視的問題，交通擁堵會導(dǎo)致汽車尾氣污染加重，還會使噪聲污染變得更加嚴重。
車輛限行作為一種卓有成效的解決城市交通擁堵措施，經(jīng)過了實踐的證實，其效果也得到了社會的肯定。大多數(shù)城市進行車輛限行采用的是根據(jù)車牌尾號限行的方案，如單雙號限行措施。根據(jù)車牌號進行限行有一系列缺點：限行號碼、時間和路段過于混亂，難于記憶掌握；另一方面，限制了一些確實需要出行的車輛，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購買第二輛車來逃避車輛限行，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(jié)合起來，設(shè)計了一套統(tǒng)計車輛出行天數(shù)的裝置。車輛加裝電子標簽與道路上采集單元實現(xiàn)信息交互，道路采集單元識別并記錄車輛信息。將車牌信息發(fā)送至交控中心服務(wù)器，由出行天數(shù)計算系統(tǒng)，計算出車輛的出行天數(shù)，作為收取擁堵費依據(jù)，從而實現(xiàn)車輛限行目的。

1 城市車輛限行方法
目前城市車輛限行主要是根據(jù)車輛車牌尾號進行限行。如北京，根據(jù)車牌尾號將車輛分為不同的幾組，一周內(nèi)每天分別指定一組或幾組尾號的車輛限行。此方法采用行政手段，強制性限制車輛出行，不夠人性化。
本文提出，根據(jù)車輛出行天數(shù)收取擁堵費，實現(xiàn)車輛限行的目的。系統(tǒng)模擬圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由車輛電子標簽、采集單元和交控中心擁堵費計算系統(tǒng)組成。當車輛經(jīng)過橫跨車道上空的龍門架時，龍門架上安裝識別單元，激活電子標簽工作電路，車輛電子標簽和識別單元進行信息交互，將車牌信息發(fā)送至識別單元。采集單元接收車牌信息，存儲于內(nèi)部芯片，并定時發(fā)送所存儲數(shù)據(jù)至交控中心服務(wù)器。車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(shù)據(jù)發(fā)送模塊。其中射頻信號接收模塊由接收天線和閱讀器組成。控制模塊控制數(shù)據(jù)的接收、存儲和發(fā)送。

交控中心擁堵費計算系統(tǒng)主要功能是車輛出行天數(shù)統(tǒng)計和擁堵費計算。本文主要研究車輛出行天數(shù)的獲得，對于擁堵費計算部分，各城市可根據(jù)自身實際情況，依據(jù)車輛的出行天數(shù)，制定擁堵費收取方案。
系統(tǒng)功能框圖見圖2，主要工作分為三個階段。

1．1 無線射頻信號收發(fā)階段
當車輛通過安裝了采集單元的龍門架前方附近時，處于采集單元內(nèi)部閱讀器天線的輻射區(qū)，電子標簽開始發(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。對已接收車輛電子標簽采用休眠-喚醒-休眠方式控制數(shù)據(jù)發(fā)送，避免車輛信息重復(fù)發(fā)送，降低功耗。
采用ALHOLA時分算法進行多個車輛的識別，防止多個標簽信息發(fā)送發(fā)生碰撞。電子標簽和閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳送采用驗證和加密方式保證數(shù)據(jù)傳送安全。
閱讀器解調(diào)接收信息后，將數(shù)據(jù)送至控制模塊。
1．2 控制模塊信息處理及數(shù)據(jù)發(fā)送
控制模塊首先根據(jù)車牌前兩位判斷是否為本市車輛(只記錄本地車輛出行數(shù)據(jù))。若為本市車輛，則存入，否則繼續(xù)判讀下一條信息。將車牌信息結(jié)合當天日期進行編碼，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(shù)據(jù)。選用以太網(wǎng)控制器芯片通過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(shù)據(jù)發(fā)送至交控中心服務(wù)器。
1．3 擁堵費計算系統(tǒng)
采集單元將當天車輛出行信息發(fā)送至交控中心服務(wù)器。對各個單元內(nèi)車輛出行信息進行篩選，去除重復(fù)數(shù)據(jù)，得出車輛當天的出行信息。
月底或年終，對車輛出行信息進行統(tǒng)計，得出車輛每月或每年總的出行天數(shù)，然后可根據(jù)車輛出行天數(shù)進行擁堵費收取。
交控中心應(yīng)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主當月出行天數(shù)以及應(yīng)繳擁堵費數(shù)額。年底，交控中心匯總計算車輛當年應(yīng)繳擁堵費，并通知車主擁堵費繳納時間。對于逾期不交、拖欠等行為，交管中心可對車輛進行適當罰款，以作必要警示。對于故意人為破壞電子標簽等逃避車輛識別行為，采取教育、罰款等方式，確保車輛識別率，提高城市車輛限行效果。