基于RFID的公交车智能报站系统.pdf

发布时间：2022-05-31 发布人：admin 分类：说明书资料大小：3.17M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第二章RFID 技术工作原理

第三章系统整体设计分析及主要器件选型

第四章车载读写器的设计

第五章站牌主动式电子标签的设计

第六章系统制作与调试

第七章总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果

河北工业大学硕士学位论文基于RFID的公交车智能报站系统姓名：杨伟平申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：刘剑飞20081101

河北工业大学硕士学位论文 i 基于RFID的公交车智能报站系统摘要射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术是一种利用无线射频通信实现的非接触式自动识别技术。由于采用了无线电与雷达技术，系统的数据交换是通过电场与磁场，即无线的方式进行通信，可实现多目标识别、运动目标识别，具有广阔的应用领域。本文首先介绍了RFID系统的组成、特点、应用以及工作原理，并对射频识别技术的关键技术进行了深入的研究。然后结合我国目前城市公交报站现状，按照公交系统智能化的要求，提出了一种新型智能化公交报站系统。公交智能报站系统由车载读写器和站牌主动式电子标签组成，根据实际应用要求，系统采用主动式UHF RFID技术实现公交智能报站。课题从硬件和软件两个方面进行系统设计，在硬件设计方面，采用了模块化设计，详细分析了系统硬件电路的构成和实现方法，系统主要由控制模块电路、射频通信电路、语音功放电路、串口通信电路、显示电路五部分组成。微控制器采用单片机AT89S52；无线射频收发芯片采用Nordic公司的nRF905，工作频率选择433MHz；语音芯片选用ISD公司的ISD4003；串口通信模块使用MAX232作为RS232与TTL电平转换芯片。在软件设计方面，根据系统硬件组成原理和功能要求，使用C语言编写了射频通信电路、串口通信电路、语音功放电路的控制程序，以及车载读写器和站牌主动式电子标签的总体控制程序。最后对系统进行软硬件联合调试，完成车载读写器与站牌主动式电子标签之间的双工通信，实现了公交车对车站自动识别、自动报站的功能，系统经测试通信距离远，且稳定可靠，具有较高的优越性。关键词：射频识别，阅读器，nRF905，单片机

基于RFID的公交车智能报站系统 ii THE SYSTEM OF INTELLIGENT BUS-STOP AUTO-ANNOUNCE BASED ON RFID ABSTRACT Radio Frequency Identification (RFID) is a new technology of radio frequency communication which is realized through non-contact automatic identification technology. According to wireless communication and Radar technology, the data communication of RFID is via electric field and magnetic field, which is a wireless communication method. So, RFID can be used in multitarget and floating targets situation，as well as can be applied to many areas. Firstly, the compose, features, applications and operating principle of RFID system are introduced, also, some key technologies about RFID are carefully studied. Then, according to combined with the situation of urban public transport auto-announce and the requirements of intelligent transportation system, the system a new type intelligent bus-stop auto-announce is put forward. The system of intelligent bus-stop auto-announce is by the composition of the on-board reader and station active RFID, according to the actual application requirements, active UHF RFID is used to realize intelligent bus-stop auto-announce. The hardware and software aspects of system is designed, in the aspect of hardware , using a modular design, components and implementation of hardware circuit is analysed in detaile. The system is by the composition of radio frequency communications circuits and voice amplifier circuit and serial communications circuits and display circuit. Single-chip AT89S52 is used as microcontroller; nRF905 of Nordic company is used for radio frequency transceiver chip, operating frequency is 433MHz; ISD4003 of ISD company is used as voice chip; the MAX232 which can change TTL level to RS232 TTL is used as serial communication chip. The aspect of software, according to the structure principle of hardware and requirements of system performance, the C language is used to design control programme of radio frequency communications circuits and voice amplifier circuit and serial communications circuits and display circuit, as well as whole control programme of the on-board reader and station active RFID.

河北工业大学硕士学位论文 iiiFinally, the software and hardware of system are debugged, the duplex communications is completed fully between the on-board reader and station active RFID, the auto-announce and auto-recognition of station is realized. System tested that is long-distance and more stable and superior. KEY WORDS: RFID, reader, nRF905, single chip

河北工业大学硕士学位论文 1 第一章绪论 §1-1 研究背景和意义 1-1-1 自动识别与RFID技术在我们的现实生活中，各种各样的活动或事件都会产生这样或那样的数据，这些数据包括人、物质、财务的数据，也包括采购、生产和销售中的数据，这些数据的采集与分析对于我们的生产或者生活决策来说十分重要。如果没有这些实际的数据支持，生产和决策将成为一句空话，将缺乏现实基础。在信息系统早期，相当一部分数据的处理都是通过人工手工录入的，这样不仅数据量十分庞大，劳动强度大，而且数据误码率较高，也失去了实时的意义。为了解决这些问题，人们需要研究和发展了各种各样的自动识别技术（automatic identification technology, AIT），将人们从繁重且十分不精确的手工劳动中解放出来，提高系统信息的实时性和准确性，从而为生产的实时调整、财务的及时总结以及决策的正确制定提供了正确的参考依据[1]。在计算机信息处理系统中，数据的采集是信息系统的基础，这些数据通过数据系统的分析和过滤，最终成为影响我们决策的信息。自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机系统做后续处理的一种技术。自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，它是信息数据自动识别、自动输入到计算机的重要方法和手段，可以这么说，自动识别技术是一种高度自动化的信息和数据采集技术。自动识别技术近几十年来在全球范围内得到了迅速发展，初步形成了一个包括条码技术、磁卡磁条技术、IC卡技术、光学字符识别技术、射频技术、声音识别及视频识别等集计算机、光、磁、物理、机电、通信技术为一体的高新技术学科，表1.1中列出了常用的自动识别技术的属性比较[1]。其中，射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术，是一种无线的、非接触的自动识别技术,是近几年发展起来的前沿科技项目。 RFID 最早的应用可追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞机的“敌我辨识”系统。该技术主要和当今数字化移动商务相适应，可以实现自动识别和远程实施监控及管理，其通信距离范围可从几厘米到几十米远。而且依据读写方式的不同，可以输入数千字节的数字信息，具有极高的保密性，它适应当代数字化移动商务的社会需求，是当代信息技术中的热门技术之一，其主要优点是环境适应性强、不受风雪、冰雹、灰尘等的影响，可全天候、无接触地完成自动识别、跟踪与管理，且可穿透非金属物体进行识别，抗干扰能力强。因此，RFID技术已在世界各地得到广泛的应用，以美国、日本和欧洲为首的发达国家对RFID技术的应用研究已达到相当高的水平，而我国仍处于起步阶段，大多采用了引进的技术成果，所以研究自主知识产权的RFID技术已成为当今社会发展的必需[1,2]。

基于RFID的公交车智能报站系统 2 表1.1 常用自动识别技术属性比较 Table1.1 The attribute comparison of common automatic identification technology 另外，RFID技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了微波技术与电磁学理论，而且还包括通信原理及半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学科。因此，对RFID技术的认识和研究具有深远的理论意义。 1-1-2 RFID国内外应用发展与现状随着21世纪数字化时代的到来，基于远程信息化网络管理技术和移动商务的社会需求，RFID 技术在智能交通管理系统中将发挥巨大的作用，RFID技术的明天将更加灿烂夺目，将在全球范围内蔓延开来，研究开发RFID技术有着巨大的经济效益和社会意义。近些年来由于受到以美国沃尔玛为代表的大型零售商的推动，RFID技术在全球掀起阵阵热潮，吸引了众多厂商参与相关技术及芯片的研究和开发[3]。RFID技术处于迅速上升的时期，该技术被业界公认为是本世纪最有前途应用技术之一，引起了许多国家的重视。目前还没有正式的RFID产品国际标准，各厂家推出的RFID产品互不兼容，造成了产品在不同市场和应用上的混乱和孤立，这势必对未来的RFID产品互通和发展造成障碍，标准不统一已成为制约RFID发展的重要因素之一。目前，RFID存在着两个技术标准阵容，一个是美国的Auto-ID Center，一个是日本的Ubiquitous ID Center(UID)[1,4]。这两大技术标准阵容在使用的无线频段、信息位数和应用领域等方面有许多的不同点，而且旗下各有数家公司提供技术研究支持，每一个阵容都在争取自己的标准系统参数条形码光学字符语音识别生物识别磁卡接触IC卡射频识别信息载体塑料薄膜等物质表面 — — 磁性物质 EEPROM EEPROM 信息量小小大大较小大大读写性能 R R R R R/W R/W R/W 读取方式 CCD/激光束光电转换机器识读机器识读电磁转换电擦写无线通信人工识读性受约束简单不可不可不可不可不可保密性无无好好一般好好智能化无无 — — 无有有环境适应性不好不好 — — 一般一般很好光遮盖全部失效全部失效 — 可能 — — 没有方向位置影响很小很小 — — 单向单向没有识别速度低低很低很低低低很快通信速度低低低较低快快很快读取距离近很近很近直接接触接触接触远使用寿命一次性较短 — — 短长很长国际标准有无无无有有有成本较低一般较高较高低较高较高多标签同时识别不能不能不能不能不能不能能

河北工业大学硕士学位论文 3成为世界标准，进而成为行业的领跑者。但是主动式 RFID 标准至今尚没有统一，各个厂家都有自己的标准。中国作为世界上最大的产品制造基地，当中国制造的产品远涉重洋走向世界的时候，在产品中安装的RFID标签也必须符合世界通用标准，但是国内由于涉足RFID时间较晚，在标准制定、技术储备和人才培养等方面与国外存在着较大的差距。2004年2月，中国国家标准化管理委员会宣布成立电子标签国家标准工作组，负责起草、制定中国有关电子标签的国家标准。2004年4月，中国企业分别加入EPC Global和日本的UID，同时EPC Global China和UID中国中心成立。2006年，中国科技部宣布，在“十一五”期间，将在“射频识别(RFID)技术与应用”领域拨款一亿两千八百万，力争实现中国RFID领域技术突破与自主创新[4]。射频识别技术在国外应用非常广泛，产品种类繁多。在北美、欧洲、大洋洲、亚太地区及非洲南部，射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域：汽车、火车等交通监控；高速公路自动收费系统；停车场管理系统；物品管理；流水线生产自动化；安全出入检查；仓储管理；动物管理；车辆防盗等[6]，具体体现在以下几个方面：在车辆自动识别方面，早在1995年北美铁路系统就采用了射频识别技术的车号自动识别标准，在北美150万辆货车、1400个地点安装了射频识别装置。近年来，澳大利亚也相继开发了用于矿山车辆的识别和管理的射频识别系统。在高速公路收费及智能交通方面，香港“驾易通”采用的就是射频识别技术。装有射频标签的汽车能被自动识别，无须停车缴费，大大提高了行车速度和效率。虽然我国很多地区高速公路都采用了射频卡，但就技术而言都是采用近距离射频卡，大部分还是应用人工停车收费的方式。最近，锦山的一条高速公路上应用了射频卡自动收费，但是与香港“驾易通”相比，差距显而易见。利用射频识别技术的不停车高速公路自动收费系统是将来的发展方向，人工收费包括IC卡的停车收费方式也终将被淘汰。在射频卡应用方面，1996年1月韩国就在汉城的600辆公共汽车上安装射频识别系统用于电子月票，实现了非现金结算，方便了市民出行。而德国汉莎航空公司则开始试用射频卡作为飞机票，改变了传统的机票购销方式，简化了机场人关的手续。在我国，射频卡主要应用于公共交通、地铁、校园、社会保障等方面，上海、深圳、北京等地陆续采用了射频公交卡。在生产线的自动化及过程控制方面，德国 BMW 公司为保证汽车在流水线各位置准确地完成装配任务，将射频识别系统应用在汽车装配线上。而Motoro1a公司则采用了射频识别技术的自动识别工序控制系统，满足了半导体生产对于环境的特殊要求，同时提高了生产效率。在动物的跟踪及管理方面，许多发达国家采用射频识别技术，通过对牲畜个别识别，保证牲畜大规模疾病爆发期间对感染者的有效跟踪及对未感染者进行隔离控制。而在生产线的自动化及过程控制以及动物的跟踪及管理方面，我们离国际水平的差距就更大，甚至在有些方面根本就没有应用[4,5]。总体而言，射频识别技术在国外的发展已经相当成熟，应用更加普及，而在我国，由于对射频识别技术的起步较晚，应用的领域不是很广，除了在中国铁路应用的车号自动识别系统外，主要应用仅限于射频卡。然而在今年北京奥运会上，奥运门票、食品供应等都史无前例的使用了RFID技术，这为RFID技术在中国的注入了强心剂[3]，相信在不久的将来，我国射频识别技术应用将在生产线自动化、仓储管

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