摘要：笔者主要从RFID 识别系统设计，以及收费系统软件实现两方面来概括了本文主题，旨在与广大同行共同探讨学习。
关键词：RFID；高速公路；不停车收费系统
一、RFID 识别系统设计
射频识别（RFID）技术在上世纪 80 年代走向成熟，起初发展缓慢，但是随着时间的推移，因为其识别率高，响应快，具有很好的稳定性，已经逐渐的被人们采用，应用到多个领域，发展的极为迅速，此项技术的发展给人们的日常生活带来了非常大的帮助。
RFID 系统主要包含三个部分，分别是电子标签、读写器、数据管理系统。每一个电子标签都含有一个唯一的识别代码，附着电子标签上，它内部存储着各物体的各类参数。读写器是作为读写标签内部的信息来使用的，他可以写入、修改用户信息等。而数据管理系统的主要存储和管理电子标签内的车辆、车牌等信息。数据系统可以采用一般的比较小的数据库管理系统来担当，如果管理的数据量极大，则也可以使用大型的 ERP 数据管理软件。
图3-1 射频系统组成
在平时的收费中，每个收费站都建设有多个车道，如果需要完全的实现不停车收费，则就需要在每个车道上安装一个天线，，对驶入驶出的车辆进行通讯，天线通过局域网与控制计算机相连接，组成一个完整的不停车收费系统。
1.电子标签
RFID 技术的基本工作原理并不复杂。标签进入天线发出的磁场后，接收天线发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号，读写器读取信息并解码后，送至系统的信息处理中心进行有关数据处理。
电子标签根据内部保存信息方式的不同，可将其分为集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类；根据读取电子标签数据的技术实现手段，可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类；按能量供给方式（电池供电）的不同，射频识别技术又可分为有源、无源和半有源三种。RFID 通常流行的分类方法是，按照工作频率（单位：Hz）的不同，分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波频段（MW）4 种。
（1）超高频/微波系统一般其工作频率>400MHz，典型的工作频段有 915MHz、2450MHz、
5800MHz 等。系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持，基本特点是：电子标签及读写器成本较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远（可达几米至十几米），适应物体高速运动性能好，外形一般为卡状，阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。
（2）有源电子标签内装有电池，一般具有较远的阅读距离。不足之处是电池的寿命有限。无源电子标签内无电池，它接收到阅读器（读出装置）发出的微波信号或者太阳能，将能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护。相比有源系统，无源系统在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制。
（3）广播发射式射频识别系统。电子标签必须采用有源方式工作，并实时将其存储的标识信息向外广播，阅读器相当于一个只收不发的接收机。这种系统的缺点是：电子标签因为要不断地向外发射信息，既费电，又对环境造成了电磁污染，而且系统的安全保密性差。
（4）倍频式射频识别系统实现起来有一定难度。一般情况下，阅读器发出射频查询信号，电子标签返回的信号载频为阅读器发出射频的倍频。这种工作模式对阅读器接收处理回波信号提供了便利。但是，对无源电子标签来说，电子标签将接收的阅读器射频能量转换为倍频回波载频时，其能量转换效率较低。提高转换效率需要较高的微波技巧，这就意味着更高的电子标签成本。同时这种系统工作须占用两个工作频点，一般较难获得无线电频率管理委员会的产品应用许可。
3.微波天线
车道天线一直不停的发射信号。当装有电子标签（OBU）的用户驶入不停车收费车道时，电子标签被车道天线发出的信号激活，变为激活状态，然后它依据收到的信号指令向天线做出呼应，发回相应的信号。天线控制器收到反馈信号后，建立通讯状态，形成符合短程通信协议的数据帧，通过车道天线将数据帧发给刚才驶入车辆的电子标签，
4.射频识别过程
天线在有效的范围内持续发射电磁波，根据电磁波范围、读写器的发射频率，天线功率尺寸大小等参数，形成电磁场。当标签（OBU）进入到由天线发射的电磁波而形成的电磁场时，通过标签内自带的稳压电路，对接收到的信号脉冲进行整流滤波，对电容进行充电，从而形成内部的工作电压。收到数据信息后，电子标签内部的逻辑控制器开始工作，对其进行解码，进行读、写等操作，并将得到的数据信息进行编码，通过射频天线将数据信息发送给读写器。读写器对接受到的数据信息进行解码，校验，也进行相似的信息处理。需要说明的是读写器必须在同一时间处理收到的大量的电子标签信息，假使一下子处理不完这么多的标签信息，那么这些数据信息将会在读写器外部发生数据碰撞，从而造成对电子标签识别的延时，影响到响应的速度，造成不良后果。因此要让读写器和电子标签之间存在相关协议，当多个标签信息同时到达读写器时，在保证正确的基本前提下，读写器能行之有效的将碰撞减少到最小，避免不必要的重复识别的无用过程，做到高效识别。
二、收费系统软件实现
1.收费站及分中心设备
（1）收费站设备：收费站作为整个收费系统最基础的一环，主要有以下硬件设备：应用服务器、工作站、对讲机、硬盘录像机及监视器等。
（2）分中心设备：分中心作为承上启下的中间环节，其设备构成如下：分中心服务器、程控交换机、SDH传输设备、收费业务终端、打印机等。收费供电设备：由于收费系统要求保证全天24小时不间断工作，因此供电设备保障就显得尤为重要，在我们这套系统中采用不间断电源（UPS）和柴油发电机。计算机网络设备：交换机、光纤收发器、集线器和网卡构成了自动化收费系统的网络通信设备，将各个设备联网。
2.收费系统硬件设备
收费系统硬件主要由以下设备构成：车道设备、收费站设备、分中心设备、中心设备、收费供电设备、计算机网络通信设备。ETC车道与普通的人工车道相比教，增加了路测天线，自动栏杆机采用高速栏杆。
（1）车道控制器：是收费系统最重要的控制设备，相当于人的大脑，一般为一台工控机，可脱离网络进行收费工作，接收指令控制各种外设的开关等，并与站上的服务器进行数据交互。
（2）车道显示器：普通显示屏，用来显示系统操作界面、当前状态、监控车道实时图像。
（3）收费专用键盘：区别于普通电脑键盘，键盘上具有收费命令功能，收费员通过它输入命令，快速完成收费操作。
（4）车道摄像机：安装在收费站出入口处，监控车道上的实时动态图像，车辆进入收费车道，摄像机拍摄当前交易车辆照片，保存后传到上传数据库。
（5）费额显示器：安装在收费站出口处，用来显示此次交易的通行费数额，卡内余额。
（6）红外车辆分离器：由发射器和接收器组成，安装在收费站出口，用来区分交易车辆是否已通过，如通过，则快速关闭自动栏杆，防止闯关。
（7）闪光报警器：对出现的异常现象进行声光报警，如：闯关、OBU异常等等。
（8）检测线圈：用于检测车辆的到达和通过，线圈一般埋设在路基里面，当有车辆通过时，金属压在线圈上产生电磁感应，信号传到工控机，控制摄像机、栏杆机开关。
结语
不管从交通运输还是物流成本的角度，基于射频技术为基础的高速公路不停车收费系统对于我国高速公路管理效率及交通服务的水平的提高都有很大的提升。根据国家关于信息技术推进传统产业技术进步的总体思路，电子收费等技术必将在我国逐步得到运用，为高速公路的收费问题的解决提供积极的探索。
参考文献：
[1]李海俊.高速公路不停车收费系统中射频技术的应用[J].技术与市场，2017（14）
[2]张桂华.不停车收费系统的探讨[J].山西科技，2017（11）
[3]林钢.射频技术的高速公路不停车收费系统[J].建筑学，2018（6）
论文作者:李伟东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：电子标签论文; 车道论文; 天线论文; 射频论文; 收费系统论文; 设备论文; 数据论文; 《基层建设》2019年第13期论文;