CN103730019A

CN103730019A - 基于rfid的交通标志智能显示语音***

Info

Publication number: CN103730019A
Application number: CN201410013841.6A
Authority: CN
Inventors: 李景文; 吴博
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Guilin University of Technology
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明公开了一种基于RFID的交通标志智能显示语音***。包括RFID阅读器、车载显示语音装置、外置圆极化天线和路侧电子标签装置。RFID阅读器包括控制单元模块、射频模块、天线接口、电源模块一和串口通信模块一。车载显示语音装置包括电源模块二、单片机、液晶显示屏（LCD）、波形语音格式（WAV）语音播放模块和串口通信模块二。本发明采用主动收集电子标签的方法获取交通标志信息的方法，汽车驾驶员只需根据语音提示和液晶显示屏直观的信息反馈来采取相应措施；排除了周围车辆对驾驶员视线上的干扰而产生对前方斑马线情况不明引发交通事故的隐患；使得电子标签取代交通信号、标示牌或标识等道路交通资源，将复杂多样的交通标志整合成直观的可视信息。

Description

基于RFID的交通标志智能显示语音***

技术领域

本发明采用无线射频识别技术（RFID）实现道路交通标志的智能显示及语音提示，属于物联网和智慧交通领域，特别涉及一种基于RFID的交通标志智能显示语音***。

背景技术

城市道路交通标志信息表达是清晰度、完整度和***性的高低与城市道路功能的发挥、市民出行的便利和安全程度息息相关。人性化的交通标志信息表达是展现城市现代文明的重要方面。城市道路交通标志的问题突出表现在如下方面：①道路等级越低，交通标志越难以满足要求；②信息显示方式比较单一；③城市交通标志中，只注重对道路名称的告知，对道路附近的医院等公共设施的出行引导功能重视不够；④交通标志内容不清，影响其视认性；⑤城市的道路空间中，绚丽的广告占用了大量的城市道路空间资源，使得交通标志位置空间得不到满足等。由于存在的这些问题，城市交通标志设置的不合理，使其信息表达不清晰、不完整，一定程度上降低了公共交通的服务水平，且增加了道路交通的不安全性。目前，导航等车载辅助设备提供的交通标志信息是十分有限的。因此，很有必要提供一种基于RFID的交通标志智能显示***，即采用RFID自动识别方法主动采集路侧电子标签数据，通过车内液晶屏显示及语音播放的方式表达完整的、***的交通标志信息。该***具有识读速度快、不受环境干扰、投资费用低等特点。

发明内容

本发明为了提高道路交通标志信息表达的清晰度、完整度和***性，提供一种基于RFID的交通标志智能显示***。

本发明是这样实现的：基于RFID的交通标志智能显示***包括RFID阅读器、车载显示语音装置、外置圆极化天线和路侧电子标签装置。

RFID阅读器包括控制单元模块、射频模块、天线接口、电源模块一和串口通信模块一。

车载显示语音装置包括电源模块二、单片机、液晶显示屏（LCD）、波形语音格式（WAV）语音播放模块和串口通信模块二。

其中，天线接口与外置圆极化天线相连接，外置圆极化天线安装于汽车右侧后视镜下方，安装时与车门呈30°至40°夹角，方向对准人行道或绿化带边缘台阶，从而避免漏读取标签的情况发生。另外，串口通信模块一与车载显示报警装置的串口通信模块二相连接，控制单元模块与电源模块一相连接，射频模块和串口通信模块一分别与控制单元模块相连接。液晶显示屏与WAV语音播放模块分别与单片机相连接，串口通信模块二与RFID阅读器的串口通信模块一相连接，单片机、液晶显示屏分别与电源模块二相连接。

路侧电子标签装置包括源电子标签、可活动凹槽、圆形带锁窗口、长方体保护盒和特制的绿化带边缘石块。

对基于RFID的交通标志智能显示语音***的操作如下：

1、有源电子标签写入固定的产品电子代码（EPC）数据，每个EPC数据都对应着特定的交通标志信息；将有源电子标签序装入相应路侧电子标签装置内；路侧电子标签装置埋设在人行道或特制的绿化带边缘石块内部，人行道或特制的绿化带边缘石块有一圆形带锁窗口，用于保护内部装置；内部装置包括一个有源电子标签、一个可活动凹槽和一个长方体保护盒。

2、打开或关闭RFID阅读器电源，以调整RFID阅读器的工作状态；RFID阅读器通过外置圆极化天线以无线方式与有源电子标签进行通信，接收并解调采集到的有源电子标签的射频信号；实现获取有源电子标签识别码和读内存数据的操作。

3、打开或关闭车载显示语音装置电源，以调整车载显示语音装置的工作状态，同时控制RFID阅读器开始或停止接收有源电子标签数据；通过串口通信模块与RFID阅读器通信；单片机包含的EEPROM存储数据包括：标志编号、标志图案、标志文字说明和语音数据。单片机按照一定程序处理RFID阅读器读取的数据后传输给液晶显示屏显示，且控制WAV语音播放模块语音提示交通标志信息。

该***的工作流程是当汽车行驶靠近路侧电子标签装置时，RFID阅读器通过外置圆极化天线接收到来自有源电子标签的信号，单片机将接收到的EPC号进行处理,即判断EPC号的第1位、第5位、第9位、第13位、第17位、第21位X是否等于0。若X=1，则读第2、3、4位，这三位数对应的是警告标志的编号；若X=2，则读第6、7、8位，这三位数对应的是禁令标志的编号；以此类推，若X=6，则读第22、23、24位，这三位数对应的是辅助标志的编号。最后，单片机将匹配对应编号的标志图案、标志文字说明及语音数据，并控制车载显示语音装置进行显示和语音播放。

本发明的目的在于通过视觉及听觉上的信息反馈，让机动车驾驶人员可以集中注意力在前方路况的同时了解该路段的交通标志信息，以采取相应措施。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）提供更为人性化的安全辅助:

采用主动收集电子标签的方法获取交通标志信息的方法，汽车驾驶员只需根据语音提示和液晶显示屏直观的信息反馈来采取相应措施，而不需要左右观望，分散注意力。同时，排除了周围车辆对驾驶员视线上的干扰而产生对前方斑马线情况不明引发交通事故的隐患，让驾驶员和行人都能有个更为安全、智能的交通环境。

（2）替代标示牌等道路交通资源:

电子标签写入的EPC号，通过RFID阅读器读取，单片机处理转换以后显示和语音播放的信息包括警告标志、禁令标志、指示标志、旅游区标志、道路施工安全标志和辅助标志等在内的道路交通标志信息。在一定程度上，使得电子标签取代交通信号、标示牌或标识等道路交通资源，将复杂多样的交通标志整合成一系列直观的可视信息。

附图说明：

图1为本发明实施例结构原理示意图。

图中标记：1-RFID阅读器；2-车载显示语音装置；3-外置圆极化天线；4-路侧电子标签装置。

图2为本发明实施例RFID阅读器结构原理示意图。

图中标记：101-控制单元模块；102-射频模块；103-天线接口；104-电源模块一；105-串口通信模块一。

图3为本发明实施例车载显示语音装置原理示意图。

图中标记：201-电源模块二；202-单片机；203-液晶显示屏；204-WAV语音播放模块；205-串口通信模块二。

图4为本发明实施例外置圆极化天线位置示意图。

图中标记：3-外置圆极化天线；8-汽车右侧后视镜。

图5为本发明实施例外置圆极化天线通信示意图。

图中标记：3-外置圆极化天线；4-路侧电子标签装置；5-汽车； 6-绿化带。

图6为本发明实施例车载各部件安装示意图。

图中标记：1-RFID阅读器；2-车载显示语音装置；203-液晶显示屏；204-WAV语音播放模块；7-汽车方向盘。

图7为本发明实施例路侧电子标签装置示意图（①为侧视图，②为主视图）。

图中标记：4-路侧电子标签装置；401-有源电子标签；402-可活动凹槽；403-圆形带锁窗口；404-长方体保护盒；405-特制的绿化带边缘石块。

图8为本发明实施例路侧电子标签装置位置分布示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。

实施例：

本发明提供一种利用RFID技术的交通标志智能显示语音***，该***可以快速地获取路侧电子标签装置的数据，经过处理后通过液晶显示屏以及WAV语音播放模块将交通标志反馈给驾驶员。

如图1所示，基于RFID的斑马线识别报警***包括RFID阅读器1、车载显示语音装置2、外置圆极化天线3和路侧电子标签装置4；如图2所示，RFID阅读器1包括控制单元模块101、射频模块102、天线接口103、电源模块一104和串口通信模块一105；如图3 所示，车载显示语音装置2包括电源模块二201、单片机202、液晶显示屏（LCD）203、WAV语音播放模块204和串口通信模块二205。

图4示出的外置圆极化天线3采用增益6dBi的圆极化定向天线以降低因道路上环境因素不确定性较大，信号传播受阴影衰落、非视距传播等环境因素影响而带来的误差。它安装于汽车右侧门后视镜8下方，安装时与车门呈40°向下倾斜，指向人行道或绿化带边缘台阶。图5示出的是安装在汽车5的外置圆极化天线3发射电磁波，主动采集安装于绿化带6内的路侧电子标签装置4发出的信号。

图6示出的RFID阅读器1固定在汽车方向盘7左侧A柱底部。其查询标签间隔时间设置为300毫秒（由RFID阅读器1设置程序依据实际情况设置其查询标签时间），满足需要的同时尽量减少阅读有源电子标签次数，以延长其寿命。图6中还示出车载显示语音装置2，固定于汽车A柱中部，面对驾驶员方向。

除此之外，整个***中关于路侧电子标签装置4的安装如图7所示：

路侧电子标签装置4安装在特制的绿化带边缘石块405内部，该特制的绿化带边缘石块405与一般绿化带边缘石块外观相同，区别在于有一圆形带锁窗口403，用于保护内部装置。内部装置包括一个有源电子标签401、一个可活动凹槽402和一个长方体保护盒404。长方体保护盒404材质为聚碳酸酯（PC）耐力板，既防止外部水渗漏以保护内部有源电子标签401又不会阻挡通信。可活动凹槽402材质也为PC耐力板，用于存放有源电子标签401，打开窗口后，可拉出和推进，便于更换有源电子标签401。路侧电子标签装置4安装的整体效果如图8所示。

有源电子标签401为可读写的支持协议EPCC1-G2的电子标签，由于其自身有能量提供，自己发出信号，所以读取距离较远且识别稳定性也较好。这样的标签具有穿透性强和无屏障阅读的特点，在被物体遮挡或覆盖的情况下，能够进行穿透性通信。其较高的通信灵敏性也适应了相对速度较高的汽车读取标签的需要。有源电子标签401可读写使得其可以重复地新增、修改、删除标签内储存的数据，方便信息的更新。其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。适应了给有源电子标签写入距离数据和其安全性的需要。

表1：

第一字

第二字

第三字

第四字

第五字

第六字

警告标志（49种）

1001-1049

禁令标志（43种）

2001-2043

指示标志（29种）

3001-3029

旅游区标志（17种）

4001-4017

道路施工安全标志（26种）

5001-5026

辅助标志（16种）

6001-6016

如表1所示，上述六类标志按照其细分种类的个数分别从X001（X=1,2,3，4,5，6）开始编号。细分标志种类数量的确定参考了国家标准GB5768-1999的《道路交通标志和标线》，细分标志种类数量一般与标志编号上限相等。特殊情况下，如禁令标志中的限制速度、解除限制速度、限制高度、限制宽度、限制质量和限制轴重，这类内容数值不固定的标志可依据实际情况扩充编号。这里需要指出的是：在GB5768-1999的《道路交通标志和标线》中的指路标志因其内容因地域不一而具有相当大的不固定性，难以标准分类，故排除在外。

以十六进制写入有源电子标签EPC号，格式按照警告标志+禁令标志+指示标志+旅游区标志+道路施工安全标志+辅助标志顺序编写（注：EPC号的长度必须为4的倍数，4位数字为1字）。另外，该路段无某类或某几类标志的，则该类标志对应的字为0000。另外，需要注明的是一个有源电子标签的EPC号不应表示超过3种的交通标志，以免因单点信息量过大而产生某些信息显示不及时的问题。

如某路段有标志：注意行人（编号：1003）、禁止超车（编号：2028）、允许掉头（编号：3029），那么该路段设置的有源电子标签401的EPC号为：1003’2028’3029’0000’0000’0000。当汽车经过该点时，RFID阅读器1通过外置圆极化天线3接收到来自该点有源电子标签401的信号，单片机202将接收到的EPC号进行处理,即判断EPC号的第1位、第5位、第9位、第13位、第17位、第21位X是否等于0。此点X=1，则读第2、3、4位，这三位数对应的是警告标志的编号003；X=2，则读第6、7、8位，这三位数对应的是禁令标志的编号028； X=3，则读第10、11、12位，这三位数对应的是辅助标志的编号029。最后，单片机202将匹配对应编号的标志图案、标志文字说明及语音数据，并控制车载显示语音装置2显示注意行人的标志图案和文字说明，并且语音提醒“前方注意行人”，3秒以后自动切换到下一个标志，即显示禁止超车的标志图案和文字说明，并语音提醒“禁止超车”，3秒以后自动切换到下一个标志，即显示允许掉头的标志图案和文字说明，并且语音提醒“前方路口允许掉头”。再如某路段只有标志：禁止车辆临时或长时停放（2030），那么该路段设置的有源电子标签401的EPC号为：0000’2030’0000’0000’0000’0000，此时显示禁止车辆临时或长时停放的标志图案和文字说明，并且语音提醒“禁止一切车辆临时或长时停放”。

Claims

1.一种基于无线射频识别技术即RFID的交通标志智能显示***，其特征在于基于RFID的交通标志智能显示***包括RFID阅读器、车载显示语音装置、外置圆极化天线和路侧电子标签装置；

RFID阅读器包括控制单元模块、射频模块、天线接口、电源模块一和串口通信模块一；

车载显示语音装置包括电源模块二、单片机、液晶显示屏即LCD、波形语音格式即WAV语音播放模块和串口通信模块二；

其中，天线接口与外置圆极化天线相连接，外置圆极化天线安装于汽车右侧后视镜下方，安装时与车门呈30°至40°夹角，方向对准人行道或特制的绿化带边缘石块，从而避免漏读取标签的情况发生；串口通信模块一与车载显示报警装置的串口通信模块二相连接，控制单元模块与电源模块一相连接，射频模块和串口通信模块一分别与控制单元模块相连接；液晶显示屏与WAV语音播放模块分别与单片机相连接，串口通信模块二与RFID阅读器的串口通信模块一相连接，单片机、液晶显示屏分别与电源模块二相连接；

路侧电子标签装置包括源电子标签、可活动凹槽、圆形带锁窗口和长方体保护盒；

对基于RFID的交通标志智能显示语音***的操作如下：

（1）有源电子标签写入固定的产品电子代码即EPC数据，每个EPC数据都对应着特定的交通标志信息；将有源电子标签序装入相应路侧电子标签装置内；路侧电子标签装置埋设在人行道或特制的绿化带边缘石块内部，人行道或特制的绿化带边缘石块有一圆形带锁窗口，用于保护内部装置；内部装置包括一个有源电子标签、一个可活动凹槽和一个长方体保护盒；

（2）打开或关闭RFID阅读器电源，以调整RFID阅读器的工作状态；RFID阅读器通过外置圆极化天线以无线方式与有源电子标签进行通信，接收并解调采集到的有源电子标签的射频信号；实现获取有源电子标签识别码和读内存数据的操作；

（3）打开或关闭车载显示语音装置电源，以调整车载显示语音装置的工作状态，同时控制RFID阅读器开始或停止接收有源电子标签数据；通过串口通信模块与RFID阅读器通信；单片机包含的EEPROM存储数据包括：标志编号、标志图案、标志文字说明和语音数据；

单片机按照一定程序处理RFID阅读器读取的数据后传输给液晶显示屏显示，且控制WAV语音播放模块语音提示交通标志信息；

基于RFID的交通标志智能显示语音***的工作流程是当汽车行驶靠近路侧电子标签装置时，RFID阅读器通过外置圆极化天线接收到来自有源电子标签的信号，单片机将接收到的EPC号进行处理,即判断EPC号的第1位、第5位、第9位、第13位、第17位、第21位X是否等于0；若X=1，则读第2、3、4位，这三位数对应的是警告标志的编号；若X=2，则读第6、7、8位，这三位数对应的是禁令标志的编号；以此类推，若X=6，则读第22、23、24位，这三位数对应的是辅助标志的编号；

最后，单片机将匹配对应编号的标志图案、标志文字说明及语音数据，并控制车载显示语音装置进行显示和语音播放。