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　　1.1 無線射頻信號收發階段

　　當車輛通過安裝了采集單元的龍門架前方附近時，處于采集單元內部閱讀器天線的輻射區，電子標簽開始發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-休眠方式控制數據發送，避免車輛信息重復發送，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送發生碰撞。電子標簽和閱讀器之間的數據傳送采用驗證和加密方式保證數據傳送安全。

　　閱讀器解調接收信息后，將數據送至控制模塊。

　　1.2 控制模塊信息處理及數據發送

　　控制模塊首先根據車牌前兩位判斷是否為本市車輛(只記錄本地車輛出行數據)。若為本市車輛，則存入，否則繼續判讀下一條信息。將車牌信息結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據。選用以太網控制器芯片通過RJ45接口，連接外部以太網絡。傳輸協議遵守標準TCP/IP協議，將數據發送至交控中心服務器。

　　1.3 擁堵費計算系統

　　采集單元將當天車輛出行信息發送至交控中心服務器。對各個單元內車輛出行信息進行篩選，去除重復數據，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計，得出車輛每月或每年總的出行天數，然后可根據車輛出行天數進行擁堵費收取。

　　交控中心應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以及應繳擁堵費數額。年底，交控中心匯總計算車輛當年應繳擁堵費，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。

　　2 硬件設計

　　系統硬件結構中主要包括射頻收發芯片CC2430、以太網控制器RTL8019AS、存儲芯片、網絡隔離變壓器。CC2430芯片在發送端自動完成對數據信號的打包、編碼、調制，轉換為RP、信號后通過后端輸入/輸出匹配電路送入天線，完成信號發送。接收端將從天線接收到的有用信號通過CC2430解調、拆包，并進行CRC校驗，最終存儲數據。CC2430芯片內部的8051單片機，控制以太網控制器RTL8019AS進行數據的發送，用到的主要芯片有RTL8019AS，CSl93C46(64×16 b的E2PROM)，74HC573(8位鎖存)，62256(32KBRAM)。為分配好地址空間，采用CSI93C46進行讀(或寫)操作來設置RTL8019AS端口的I/O基地址和以太網物理地址。8051作為中央處理器，可控制射頻芯片休眠或者將其喚醒，進行數據的收發。8051的兩個外部中斷輸入端分別接開關K1和K2。開關K1的功能在于使用外部中斷退出單片機的掉電模式，開關K2的功能在于實現單片機內部的數據發送控制。8051單片機作為中央處理器不僅需要控制無線信號收發，同時還要對以太網控制器進行控制，在軟件設計中需要判別車牌信息是否為本市車輛，對數據進行存儲，按照時鐘定時發送或者接收交控中心發出的控制信號進行數據發送操作;射頻收發芯片主要作為該系統的發送、接收設備，它用來實現車輛信息的給定，主要作用在于它可以實現電子標簽和采集單元的數據交互;RTIL8019AS芯片，主要作用是實現單片機和遠程PC通過以太網實現相互通信，將8051的串行口改為能介入以太網的RJ 45接口，數據傳輸遵循標準TCP/IP協議。

　　2.1 電子標簽&閱讀器

　　CC2430是真正的系統芯片(SoC)CMOS解決方案，能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎的2.4 GHzISM波段應用對低成本、低功耗的要求。它結合了高性能的2.4 GHz DSSS(直接序列擴頻)射頻收發器核心和1顆工業級小巧高效的8051控制器。CC2430在單個片上集成了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器，使用1個8位MCU(8051)，具有32 KB/64 KB/128 KB的編程閃存和8 KB的RAM，還包含模/數轉換器(ADC)、定時器(Timer)、AES-128安全協處理器、看門狗定時器(Watchdog Timer)、32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電路以及21個可編程I/O引腳。CC2430的8051內核的目標代碼兼容標準8051微處理器，可以使用標準8051的匯編器和編譯器進行軟件開發。其21個可編程I/O引腳均可以通過軟件設定1組SFR寄存器的位和字節，使這些引腳作為通常的I/O口或者作為接ADC、定時器或USART部件的外圍設備I/O口使用。

　　CC2430電路連接圖如圖3所示。電路選用CC2430芯片作為電子標簽以及采集單元內閱讀器的核心部件。選用1個32.768 kHz的石英諧振器和2個電容組成32.768 kHz的晶振電路;選用1個32 MHz的石英諧振器和2個電容組成32 MHz的晶振電路(具體晶振電路圖省略)。電壓調節器可為所有要求1.8V電壓的內部電源供電，電容是用來作為電源濾波的去耦合電容，以提高芯片工作的穩定性。電路中J2是I/O引腳JTAG仿真器接口。J1是CC2430芯片擴展輸出口，在擴展輸出口上主要預留了SPI口和整個P0 I/O口。設計了2個發光二極管指示燈，作為電路調試指示燈。使用1個非平衡天線，為了使天線性能更好，在天線與CC2430之間連接了1個非平衡變壓器。非平衡變壓器由電容和三個電感以及1個PCB微波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50 Ω)的要求。

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　　在電子標簽中，由微控制芯片8051對CC2430進行控制，并通過SPI口將所要發送的數據送入CC2430，CC2430自動完成對數據信號的打包、編碼、調制，轉換為RF信號后通過后端輸入/輸出匹配電路送入天線，完成信號發送。采集單元閱讀器中數據接收將從天線接收到的有用信號通過CC2430解調、拆包，并進行CRC校驗，然后送入微控制器芯片進行處理，通過RS 232轉換芯片進行輸出。經過上述過程，進行數據的收發，RF收發器設計原理圖如圖4所示，虛線部分為閱讀器部分，通過RS 232串口送至以太網控制器。