基于CC2430的城市車(chē)輛限行系統(tǒng)研究

摘要：隨著車(chē)輛的增多，城市交通擁堵越來(lái)越嚴(yán)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)線識(shí)別，結(jié)合單片機(jī)與以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，設(shè)計(jì)了一套根據(jù)車(chē)輛出行天數(shù)進(jìn)行城市車(chē)輛限行的系統(tǒng)。為了獲得車(chē)輛出行天數(shù)，對(duì)根據(jù)出行天數(shù)進(jìn)行車(chē)輛限行的方法進(jìn)行了論述，重點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)軟件設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)給出了說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：車(chē)輛限行；CC2430；射頻識(shí)別；8051單片機(jī)

0 引言
隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各個(gè)城市都面臨著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?yàn)樗鼑?yán)重影響社會(huì)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(duì)社會(huì)生活的影響，首先是出行時(shí)間和出行費(fèi)用的消耗增加；其次，隨著出行成本的增大，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(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費(fèi)；交通擁堵對(duì)公共交通的影響也十分嚴(yán)重，交通擁堵極大降低公共交通的運(yùn)行效率；交通擁堵對(duì)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(dǎo)致汽車(chē)尾氣污染加重，還會(huì)使噪聲污染變得更加嚴(yán)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(shù)城市進(jìn)行車(chē)輛限行采用的是根據(jù)車(chē)牌尾號(hào)限行的方案，如單雙號(hào)限行措施。根據(jù)車(chē)牌號(hào)進(jìn)行限行有一系列缺點(diǎn)：限行號(hào)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(duì)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(gòu)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(duì)以上情況，本文將單片機(jī)技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了一套統(tǒng)計(jì)車(chē)輛出行天數(shù)的裝置。車(chē)輛加裝電子標(biāo)簽與道路上采集單元實(shí)現(xiàn)信息交互，道路采集單元識(shí)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(shù)計(jì)算系統(tǒng)，計(jì)算出車(chē)輛的出行天數(shù)，作為收取擁堵費(fèi)依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)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(jù)車(chē)輛車(chē)牌尾號(hào)進(jìn)行限行。如北京，根據(jù)車(chē)牌尾號(hào)將車(chē)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(hào)的車(chē)輛限行。此方法采用行政手段，強(qiáng)制性限制車(chē)輛出行，不夠人性化。
本文提出，根據(jù)車(chē)輛出行天數(shù)收取擁堵費(fèi)，實(shí)現(xiàn)車(chē)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(chē)輛電子標(biāo)簽、采集單元和交控中心擁堵費(fèi)計(jì)算系統(tǒng)組成。當(dāng)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(shí)別單元，激活電子標(biāo)簽工作電路，車(chē)輛電子標(biāo)簽和識(shí)別單元進(jìn)行信息交互，將車(chē)牌信息發(fā)送至識(shí)別單元。采集單元接收車(chē)牌信息，存儲(chǔ)于內(nèi)部芯片，并定時(shí)發(fā)送所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)至交控中心服務(wù)器。車(chē)輛電子標(biāo)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(hào)接收模塊，控制模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。其中射頻信號(hào)接收模塊由接收天線和閱讀器組成?？刂颇K控制數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和發(fā)送。

交控中心擁堵費(fèi)計(jì)算系統(tǒng)主要功能是車(chē)輛出行天數(shù)統(tǒng)計(jì)和擁堵費(fèi)計(jì)算。本文主要研究車(chē)輛出行天數(shù)的獲得，對(duì)于擁堵費(fèi)計(jì)算部分，各城市可根據(jù)自身實(shí)際情況，依據(jù)車(chē)輛的出行天數(shù)，制定擁堵費(fèi)收取方案。
系統(tǒng)功能框圖見(jiàn)圖2，主要工作分為三個(gè)階段。

1．1 無(wú)線射頻信號(hào)收發(fā)階段
當(dāng)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(nèi)部閱讀器天線的輻射區(qū)，電子標(biāo)簽開(kāi)始發(fā)送加密載波信號(hào)至閱讀器。二者之間屬于微波通信，通信工作頻率達(dá)2．4 GHz。對(duì)已接收車(chē)輛電子標(biāo)簽采用休眠-喚醒-休眠方式控制數(shù)據(jù)發(fā)送，避免車(chē)輛信息重復(fù)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(shí)別，防止多個(gè)標(biāo)簽信息發(fā)送發(fā)生碰撞。電子標(biāo)簽和閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳送采用驗(yàn)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(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(shù)據(jù))。若為本市車(chē)輛，則存入，否則繼續(xù)判讀下一條信息。將車(chē)牌信息結(jié)合當(dāng)天日期進(jìn)行編碼，存入存儲(chǔ)器。
控制模塊選用微處理器作為控制芯片，外接存儲(chǔ)芯片保存數(shù)據(jù)。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(biāo)準(zhǔn)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(fèi)計(jì)算系統(tǒng)
采集單元將當(dāng)天車(chē)輛出行信息發(fā)送至交控中心服務(wù)器。對(duì)各個(gè)單元內(nèi)車(chē)輛出行信息進(jìn)行篩選，去除重復(fù)數(shù)據(jù)，得出車(chē)輛當(dāng)天的出行信息。
月底或年終，對(duì)車(chē)輛出行信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出車(chē)輛每月或每年總的出行天數(shù)，然后可根據(jù)車(chē)輛出行天數(shù)進(jìn)行擁堵費(fèi)收取。
交控中心應(yīng)對(duì)安裝采集單元的路段以及擁堵費(fèi)收取費(fèi)率作必要公示。每月以短信方式通告車(chē)主當(dāng)月出行天數(shù)以及應(yīng)繳擁堵費(fèi)數(shù)額。年底，交控中心匯總計(jì)算車(chē)輛當(dāng)年應(yīng)繳擁堵費(fèi)，并通知車(chē)主擁堵費(fèi)繳納時(shí)間。對(duì)于逾期不交、拖欠等行為，交管中心可對(duì)車(chē)輛進(jìn)行適當(dāng)罰款，以作必要警示。對(duì)于故意人為破壞電子標(biāo)簽等逃避車(chē)輛識(shí)別行為，采取教育、罰款等方式，確保車(chē)輛識(shí)別率，提高城市車(chē)輛限行效果。