基于RFID的不停车收费系统研究

， 系统将自动从电子卡中扣除该车的应缴金额。该电子卡可以重复使用，当卡中剩余金额很少或没有时，用户可以到购卡中心重新存入一定的金额到电子卡中，以保证其继续有效。

　　8）信用式电子标签卡，是一种允许用户先通行后付款的电子卡，该卡的发行对象主要是一些由银行信用卡为结算手段的用户， 或企业形象很好的国家机关和企事业单位，费用结算采用银行托收的方式。系统原理及流程如图2 所示。

图2 系统原理及流程

1.2 RFID 防碰撞算法

　　RFID 防碰撞算法对于提高车辆跟踪可靠性是关键技术，本系统采用的为行链路多标签冲突检测算法[4]， 此算法仅需在电子标签中配置1 个8 位寄存器、1 个l 位“O”、“l”随机数产生器和2 个4 位加减l 计数器以及少量选择电路就能实现最多达1 048 576 个标签的仲裁。仿真表明本算法产生的碰撞概率明显小于二进制数算法，同时通过寄存器高位的灵活设置， 还能有效解决低标签密度时空传率高的问题，从而进一步降低了碰撞概率。算法步骤：

　　1）被动方标签中设计一个4+4 位的寄存器（Rel）和1 个“0”、“l”随机数产生器（RGI），随机数产生器产生两组随机数，分别加载到寄存器高位和低4 位。其中高位加载的位数M 可以动态设为1、2、3 或4。

　　2）主动方读写器向所有处在等待态的标签发送初始化命令。标签因此进入仲裁态，用RGI 产生4 比特随机数，加载到Rel 高4 位R7 R4，低4 位R3 R0 全部清零。

　　3）读写器等待一定时间后发送允许回传命令。

　　4）Rel 为全零的标签向读写器回传标签ID。

　　5）如果当前只有一个标签回传ID，读写器正确读取该ID，则发送确认命令，附加命令参数“低位减l”。回传了ID 的标签接收到该命令后，进入确认态，其他高4 位为全零的标签Re1 低4 位减1，回到步骤4）重复操作。

　　6）如果当前有多个标签回传ID，读写器通过CRC 校验或码长校验，检测到错误的ID 号，则发送确认命令，附加命令参数“寄存器加1”。接收到读写器这个命令后，所有在仲裁态且Rel 为全零的标签由RGI 产生1 比特随机数和寄存器上的数相加后重新载入到寄存器中；其他仲裁态且Rel 高4位为零而低4 位不为零的标签Rel 加1，回到步骤4）重复操作。

　　7）如果当前没有标签回传ID，读写器等待一定时间后发送确认命令，附加命令参数“低位减1”。所有在仲裁态且高4为全零的标签Rel 低4 位减1，回到步骤4）重复操作。

　　8）低4 位减1 操作重复L 次（L 是一个系统参数，由系统设定，经验值为4）后，读写器认为所有在仲裁态且寄存器高4 位为零的标签都已经被正确读取，则发送确认命令，附加命令参数“高4 位减l”，回到步骤4）。

　　9）标签接收到附加“高位减l”参数的确认命令后，所有Rel 高4 位不为零的标签高4 位减l， 回到步骤4 重复操作；在被要求高位减1 前已为零的标签则回到等待态。

　　10）重复2M 次高位减1 操作后，读写器认为所有在仲裁态的标签都已经被读取，则仲裁过程停止，所有还处于仲裁态的标签返回等待态。

图3 防碰撞算法实现电路

　　算法仿真：仿真结果如图4 所示，可以看到当标签总数为20 时，如果把高位寄存器的位数从4 降到1，则平均碰撞次数从5.5 回落到1.4。而当标 签总数为200 和2 000 时，高位寄存器位数的改变对平均碰撞次数的影响不大。因此如果在某次仲裁中出现多次空传，读写器可以在下一次仲裁时指示标签改变寄存器高位个数，以此降低空传率，进而可以降低平均碰撞次数。

图4 防碰撞算法仿真结果

2 系统构成及功能实现

　　射频自动识别不停车收费系统按其功能可分为自动识别控制子系统[5]、自动判断型子系统、数据采集子系统、车辆检测子系统、闭路电视子系统和信号控制子系统等。

　　1）自动识别控制子系统主要由射频自动识别读写器、UHF射频自动识别卡，微波天线、车道道闸控制机、收费员计算机终端等组成，它是整个不停车收费系统的核心，负责控制不停车收费车道所有设备的运行、收费业务操作的管理以及与收费站计算机的通信和数据交换。

　　2）自动判断型子系统主要由光栅、高度检测器、轴数检测器等组成，它通过采集车辆的高度和轴数等参数，经综合分析比较来判别车辆的车型； 该子系统至少可以判别3 种以上车型。自动判断型子系统在有些场合可以由用户选择使用[6]。

　　3）数据采集子系统主要由射频天线和射频电子标签卡构成。射频电子标签被安装在汽车挡风玻璃内侧的上方，在电子标签上写有标签编号、车号、车主、车型、应缴金额、剩余金额和有效期等信息； 微波天线被安装在收费岛的前端，它通过微波技术从射频电子标签卡上读取有关信息，并同步传送给车道控制主机。

4）闭路电视