前言

　　随着我国经济的高速发展，高速公路的建设需求也越来越大。由于投资巨大，单靠国家的投入有时不能及时解决经济发展与高速公路建设的矛盾，在东南沿海某些省份，往往采用国家建设和私人投资相结合，收益按比例分配的方式。这种方式虽然解决了建设需求，但随着高速公路建设的网络化发展，汽车在公路网络行驶的不确定性，使利益分配变得越来越困难。例如：某省内有1000多条高速公路，分属几百个业主，其收费是按车主在高速公路行驶的最短路径进行，但在利益分帐时却很难，因为如果在每个属不同业主的路段设收费站，投资巨大，也会影响高速公路的效率。如果按投资的比例进行分配，不同道路的行车流量又不能完全等同，因此这种分帐方式也有失公平。正是基于这种情况，我们开发了基于rfid的多义性路径识别系统，利用rfid技术，自动收集汽车在高速公路的行车路线，作为业主利益分配的依据。

　　系统功能与组成

　　该系统由rfid有源电子标签技术，以及配套的标识站和标签读出设备组成。考虑到高速公路现有的ic卡系统，为了减少资源浪费，本标签的功能除了实现收集汽车的行车路线，还包含了原有ic卡的功能，也就是双卡合一。在充分了解用户 的需求后，系统设计了如下的主要服务功能：

　　·入口mtc发卡

　　司机在路网mtc入口车道处，领取一张二合一的“rfid电子标签＋ic卡”。系统利用现有的mtc车道ic卡读写器，向ic卡中写入入口信息，并由司机携带上路。

　　·标识站etc自动读写

　　车辆行驶至具有标识站的etc标识车道(多车道自由流方式)，安装于etc标识车道的天线基站控制系统会自动唤醒rfid电子标签，并实时向rfid标签中写入本标识站信息。

　　·出口mtc刷卡收费

　　车辆行驶至路网mtc出口车道，司机把“rfid电子标签 ic卡”交回给收费员，由收费员利用现有mtc车道系统的ic卡读写器，对多功能ic卡进行读写操作完成计费及收费，并把通过一个近距离的rfid读写设备，把rfid电子标签中的标识站信息读出，然后由车道系统组合到本次交易流水中去，再定时传送至结算中心后台进行分账。

　　由以上功能可以看出，系统主要由电子标签、发射装置和读卡器三部分组成(如图1)。

　　 图1 系统组成

　　系统硬件实现

　　从技术指标上看，其硬件设计的难点在于电子标签的功耗控制以及双卡合一的设计。这里重点介绍电子标签。

　　 图2 电子标签原理框图

　　电子标签由唤醒电路、mcu、电池、天线和rf模块组成(图2)。其工作原理为：平时电子标签处于休眠状态，当到达路边发射设备标识的有效区域，唤醒电路唤醒mcu，然后由mcu唤醒rf模块，进入接收状态，当接收到正确编码后，mcu使rf模块休眠， mcu延时(1.6s-接收时间)后进入休眠模式(防止重复唤醒)。当到达读卡器有效区域时，唤醒电路再度唤醒mcu，mcu唤醒rf模块，电子标签进入发射状态，把接收到路边设备的标识信息发送给读卡器，在收到读卡器的确认信息后，内存信息回零，又进入休眠状态。其中读卡器整合了高速公路原有ic卡和作标识用的读卡器，这样在发卡和读卡时，实际上是两套系统同时工作。

　　其中，rf模块在接收时可看成是一个传统的超外差接收器。rf输入信号经低噪声放大器(lna)放大后翻转进入混频器，通过混频器混频产生中频if信号，在中频处理阶段，该信号在送入解调器之前被放大和滤波。解调后，从引脚 d1输出解调数字信号，解调信号的同步性由p1提供的时钟信号完成。在发送模式下，频率合成器输出信号直接送入功率放大器(pa)，采用fsk调制。其中，d1、d2为数据接口，p1、p2和p3为配置接口。配置主要确定工作频率，功率，数据结构等。

为了保证标签电池能够使用5年，mcu采用了业界最低功耗的msp430单片机。该单片机休眠模式三时，功耗仅为1ma，2mhz工作时为400ma，唤醒电路功耗在5ma，再加上其它电路，静态功耗为7ma，工作时接收功耗为7.8ma，发射功耗为 12.4ma, 根据实际最大使用次数计算，一天总耗电为：0.1694 mah，如果用560mah的电池可以用9年。满足系统指标的要求。

　　路边设备硬件框图如图3。

　　 图3 路边设备框图

　　考虑到开发速度和整体成本，路边设备的mcu和rf模块与电子标签相同。其中功放是为了保证系统的有效距离，滤波器主要是为了防止干