基于ZigBee技术的车辆自动识别系统的设计

如今社会上出现的利用克隆出租车、货车进行运营的现象日益严重。所谓克隆车，就是一辆或几辆无牌无证的车辆套用另一台有合法手续的车辆。这些车辆的车辆型号、外观、车牌照、行驶证件、保险、检验合格证、车船使用税、发动机、车架号都完全一样。因此.单从外观上根本无法识别车辆是否为合法车辆。据业内人士称，有些城市目前的克隆出租车竞有上千辆，已严重扰乱了出租车市场。然而由于执法手段的原始，基本上只能靠车主举报来查处。出租车行业呼吁运用高科技手段，使用自动识别系统来整治克隆车。除此以外，车辆自动识别系统还可以用于对被盗车辆的监控和追踪。

1 ZigBee技术简介

ZigBee联盟正在发展一个极低成本、极低耗能、双向无线通信标准。适应ZigBee标准的解决方案将嵌入在消费者电子学、家庭和建筑自动化、工业控制、PC外围设备。医学传感应用、玩具和游戏等领域。在ZigBee每个PAN中必须有一个协调器.它有唯一的标识符。且最多可以同时和65536个子节点相连，加之其节点的最优通信质量距离在10m到75m之间.从而可以形成广阔的网络覆盖范围.适用于远距离的低速率识别系统。

2 ZigBee车辆自动识别系统

2.1系统简介

车辆自动识别系统的通信协议是基于ZigBee 1.0版本的。其系统组成包括车载子节点、数据采集单元、ZigBee网关和控制中心、手持观测器五个部分。其中安装于车内的车载子节点和安装于道路边或收费站的数据采集点为整个系统的核心部分。车载子节点里包含有车辆发动机、车架号、车牌和车辆编号等固有信息.也可以定时的利用传感器元件采集车内所需要的信息。布置于道路边的数据采集单元一般分为两个部分：激活设备和采集设备。当任意一辆内置车载子节点的车辆进入已布置监控系统的路段时，由激活设备激活车内的车载子节点.发出命令让子节点开始传输数据。但激活设备并不负责接收由子节点传输的数据.以留下更多的时间和容量来激活高速运动的其他子节点。ZigBee休眠设备激活时间为15ms，活跃设备信道接入时间为15ms，采集设备应位于激活设备后约40m处。市区内的车辆行驶速度大概约为20m/s.即在2s的时间内已经足够激活在道路上高速运动的子节点，并使其开始传输数据。

采集设备负责接收车载子节点传来的信息，并转交给ZigBee网关进行处理，然后传到交警的手持观测器中。手持观测器可以为手机终端或者存储能量更强的PDA等。信息也可以通过Internet传到控制中心。控制中心对采集的数据和子节点的固有信息进行整理，可得出驶行在该路段的车辆的详细资料，然后再对数据库里的保存信息进行更新，根据车辆行驶路段的采集设备的编号，可以自动对该车辆该段时间内的行驶路线进行定位监控。系统结构如图1所示：



2.2系统的功能：

1.间接识别克隆车。假设所有正规车辆都安装了车载子节点的情况下，克隆出租车可能没有安装车载子节点，所以当车辆行驶过的时候，如果发现其相同牌照的合法车在该时段内行驶于不同的路段，便能判断出此处行驶的车为克隆车；当已经安装了车载子节点的克隆车辆经过采集设备时.会立刻识别出该车辆信息与观测到的车牌不符，就能判断出该车辆为克隆车辆。

2.识别被盗车辆。当安装有车载子节点的车辆被盗后.失主可以到监控中心登记，将丢失车辆的车牌号等信息输入数据库。当被盗车路经布置了采集节点的路段时。就立刻会被识别出来，并产生告警。根据采集设备路段编号就可以对被盗车辆进行追踪和布控

3 系统组网过程

此系统遵循ZigBee星形网的组网原则，即终端设备可以与协调器通信，本身互相之间不能通信。系统中激活设备和采集设备始终保持同步，且其网络标识符一致，激活设备相当于一个主协调器，采集设备相当于从协调器。MAC层信道接入采用元信标传输模式。无信标模式即为标准的ALOHA CSMA-CA的信道接入机制，终端节点只在有数据要收发的时候才和网络会话，其余时间都处于休眠模式，平均功耗非常低。其组网的过程如下：

首先，在网络中的充当协调器的激活设备一直处于工作状态，不断的扫描信道，当发现有车载子节点进入其网络范围时，就发出命令帧对子节点进行激活。当车载子节点接收到激活命令，立即激活其接收机，并向激活设备返回确认帧，表示已被激活：接着.激活设备发出命令告知车载子节点可以进行数据传输。同时，激活设备将告知采集设备准备接收某频段的数据。利用采集设备单独来接收车载子节点发出的数据信息，使激活设备有充裕的时间来激活高速运动的子节点，同时可以使采集设备在短时间内完成数据的接收。子节点则采用广播方式传输数据和确认帧。当激活节点发现车载子节点传输的信息并非确认帧时.就丢弃该帧.不做任何进一步的处理。为了降低车载子节点的耗能以及避免过多节点造成信道一直处于忙状态，当数据传输完毕后，采集子节点负责休眠子节点。系统组网的过程如图2所示。



图2车辆自动识别系统组网过程