物联网ZigBee技术在套牌车监管中的应用研究

杨 博

（内江师范学院 国有资产与实验设备管理处，内江 641112）

0 引言

套牌车在我国被明确禁止。套牌车不仅侵犯广大合法车主的利益，扰乱正常交通秩序， 严重影响道路交通安全，还加剧了交管和公安等部门对违规、违法案件侦破查处的难度。同时，套牌车直接导致国家税收、政府财政收入大量流失，据不完全统计，每年全国漏征养路费高达人民币30～40亿元。

而目前，我国对套牌车监管基本靠“望、摸、问、查”等传统方式，其中望是指从形、色、字的角度观察车牌外形。摸是指用手感知字体边缘是否有棱角或牌照背面被敲打过。问是指询问车主是否清楚正常领证程序等问题，以佐证是否套牌。查是指根据车牌号码，通过网络核查车辆登记档案。这种传统手工方式存在着漏查、误查、稽查人员工作强度大等弊端，因此，套牌的监管治理亟需先进有效的技术手段。

本文通过深入分析研究Zigbee技术，尝试提出了利用Zigbee技术对套牌车进行有效监管的方案，整个系统由植入到机动车中的无源电子标签，ZigBee无线控制基站及后台应用程序等三大部分组成。可以部署在城市停车场、加油站、收费站等机动车临时停靠场所进行套牌车的识别和锁定，为行政管理部门打击套牌车提供了有力的技术支持。

1 ZigBee概述

ZigBee是遵循IEEE802.15.4协议标准的无线传输技术，适用于工业现场自动化控制、家庭自动化、工业与环境控制、医疗护理、环境监测等领域。具有如下显著特点：

1）低功耗: ZigBee设备发射输出功率区间为03.6dBm到3.6dBm，通信距离区间为30米到70米，可自动调整发射功率，保持最低限度功耗，支持休眠模式。目前，一对5号电池就能使得ZigBee设备工作3年。

2）成本低： ZigBee基站成本1000元/个较移动通信网络基站成本百万元而言，相当便宜。同时，ZigBee协议本身是免专利费的。

3）时延短: ZigBee节点入网耗时30 ms，较蓝牙的3～10 s和WiFi的3 s耗时而言，ZigBee更适用短时延要求的无线控制应用。

4）安全可靠：CRC应用于ZigBee能保证数据完整性,同时,ZigBee系统支持无安全设定、ACL、AES128的三级安全模式。

综上，根据本文方案需求，ZigBee以无可比拟的优势显示其适用性。

2 系统整体结构

本系统主要利用ZigBee无线网络识别和锁定套牌车，为交管和运输部门打击套牌车违法行为提供技术支持，其整体结构见图1。

图1 套牌车识别锁定系统结构图

在办理牌照时，机动车主不仅要办理实物车牌，交管部门还将在机动车中植入一个电子标签，其中存储了机动车的牌照号及发动机号等信息，数据信息经过加密，能有效防止数据被非法篡改或假冒，因此，电子标签实质上等同于“电子车牌”，能保证牌照和发动机号唯一对应，随时查验。当机动车进入停车场、加油站、收费站等无线网络覆盖的区域时候，电子标签中的信息自动被读出并显示在交管部门检查点的终端屏幕上。没有安装电子标签或标签中关键信息与机动车实际信息不符都将被认定为套牌车，该电子标签将被锁定，系统报警；只有机动车主在接受处罚后或能有效证明不是套牌车后，系统才可以将该电子标签解锁。此外，套牌车的信息还将通过交通内网集中到交管部门的数据库服务器中，便于交管部门统一对套牌车开展治理整顿行动。

3 系统设计及实现

本文整个ZigBee系统设计由硬件设计及软件开发两个部分组成。

3.1 硬件设计

1）ZigBee硬件设计

中心节点、路由器、放大电路等是ZigBee系统硬件的有机组成部分。整个系统硬件结构见图2所示。

图2 硬件结构图

2）中心节点设计

ZigBee路由器、ZigBee终端节点及ZigBee中心节点三个部分构成了ZigBee的硬件系统。本文以ZigBee中心节点为例分析其硬件设计，中心节点的结构如图3所示。

图3 中心节点结构图

其中，JN5121组成部分有16MHz的晶振、JN5121芯片、lM bitFLASH存储、退耦装置及天线等。将要运行的应用程序都存储在JN5121模块内部处理器FLASH里，启动系统后，FLASH存储里的程序被下载到RAM里运行。

3）ZigBee中心节点的供电电路设计

供电由ZigBee中心节点协调器控制板通过以下两种途径实现：①可以将中心节点协调器和具有串口的设备连接起来供电,适用于中心节点协调器相对固定的时侯，不需要更换电池；②当中心节点协调器需要移动时，2节1.5V电池就可以满足供电的需求。供电电路如图4所示。

图4 中心节点供电电路图

一个选择跳线J2就可以实现上述两种供电方式。其中，跳线的1和2引脚连接实现串口供电；跳线的2、3引脚连接实现电池供电。无论选择前者还是后者都使用SW5电源开关。

3.2 软件设计

1）通信功能软件模块设计

为判断ZigBee网络建立及数据收发的正确性，ZigBee系统通过串口将中心节点及终端节点上位机相连，即时监测阶段接受和发送的数据。其中，LEDI处于常亮状态表征中心节点及各终端节点上电。无线网络建立成功后，表征无线网络保持连接的是LED2闪烁1次/秒。ZigBee串口通信程序流程图如图5所示。

图5 ZigBee串口通信程序流程图

2）ZigBee 无线网络建立及通信流程

ZigBeeWSN的建立流程如图6所示。由中心节点协调器完成建立ZigBee网络的功能，终端节点入网请求的电压数据被传输到中心节点协调器后，由中心节点协调器通过串口与上位机进行通信，在得到上位机的控制命令数据后，中心节点协调器将自动分配具有唯一性的网络地址给终端节点。当终端节点全部被并入WSN后，ZigBeeWSN就建立完成，表示可以开始数传。

图6 ZigBee无线网络的建立流程

图7 ZigBee中心节点和终端节点的通信流程

ZigBee中心节点协调器和终端节点的通信流程如图7所示，无线网络成功建立后，通过ZigBee无线网络，需要传输的数据被终端节点传输到ZigBee中心节点协调器，终端节点如果到中心节点协调器距离值较大的情况下，数据传输就需要依靠ZigBee路由节点进行路由转发。

ZigBee无线网络在实际应用中呈现的拓扑结构可以是星型、网型和树型，比较复杂。当数据信息被ZigBee终端节点通过ZigBeeWSN发送给中心节点协调器后，中心节点协调器就会向串口发送数据信息，上位监控平台读取数据信息并将读到的数据信息做深入的分析处理，及时存储。

4 结论

本文依据ZigBee网络设计的识别套牌车的通信模块经调试，该节点在模拟试验中应用良好，可实现两个节点间的无线通信，指示接收、发送和应答等信息能在LED中得到正常显示，达到了设计要求。本方案软件产品二次开发，可以根据车辆和车主信息数据库，更为广泛的应用于套牌车等违法车辆和交通违规、车肇事逃逸车等问题车辆的稽查，使得交通稽查成本在最大程度得以降低、稽查效率得以提高，同时，更重要的是在某种程度上保护了人们的生命财产，利于构建安全智慧的交通环境。

[1] Kinney P.ZigBee technology: wireless control that simply works[DB/OL].http://www.hom.etoys.com/htinews/oct03/articles/Kin-ney/ZigBee.htm, 2004-08-30.

[2] LAN/MAN Standard Committee.Part 15.4: Wireless medium access control(MAC)and physical layer(PHY)Specif i cations for low-rate wireless personal area networks[EB/OL].http://www.Zigbee.org/,2004-08-30.

[3] Morais R, Fernandes M A, Matos S G, et al.A ZigBee multipowered wireless acquisition device for remote sensing applications in precision viticulture[J].Computers and Electronics in Agriculture, 2008, 62(2).