基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、?電子信息科學(xué)技術(shù)概論?課程論文題目：應(yīng)用型電子信息工程專業(yè)生產(chǎn)建設(shè)及實(shí)習(xí)教學(xué)的探究系院 信息學(xué)院 專 業(yè) 08級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 時(shí)間： 年 月基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 ： 論述基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理、讀寫器對(duì)進(jìn)出停車場(chǎng)的機(jī)動(dòng)車輛的識(shí)別過程 ； 介紹 RFID 射頻識(shí)別讀寫器的命令集及串訊協(xié)議。給出應(yīng)用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)與 RFID 讀寫器間的串行通信的方法。 關(guān)鍵詞 ： 無(wú)線射頻識(shí)別 ； 停車場(chǎng)管理 ； 串行通信 ； 智能卡1 引 言將 RFID Radio Frequency Identificati

2、on 技術(shù)應(yīng)用到停車場(chǎng)的管理中 ， 代表了當(dāng)今國(guó)際流行的停車場(chǎng)管理的最高水平。 RFID 技術(shù)繼承了以往磁卡、條碼卡、接觸式 IC 卡、近距離感應(yīng) IC 卡的所有優(yōu)點(diǎn) ， 向零缺陷邁進(jìn)了一大步 ， 可有效地管理停車場(chǎng) ， 做到車輛進(jìn)出有序、手續(xù)簡(jiǎn)便、速度快、平安防盜、管理自動(dòng)化、收費(fèi)公正合理、應(yīng)收費(fèi)用不流失以及減少管理人員等。 RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。 RFID是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線系統(tǒng)，只有兩個(gè)根本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢

3、測(cè)和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢問器或閱讀器和很多應(yīng)答器或標(biāo)簽組成。 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的核心局部是控制器對(duì)車輛探測(cè)器和 IC卡感應(yīng)器的控制局部 ， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)出停車場(chǎng)的出入、記費(fèi)等智能化管理。 見圖 。3 停車場(chǎng)管理流程設(shè)計(jì)3.1 入口流程設(shè)計(jì)長(zhǎng)期用戶 ： 車輛進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)感應(yīng)到車上的標(biāo)識(shí)卡RFID ， 將圖像傳送到入口計(jì)算機(jī) ， 計(jì)算機(jī)檢查卡的有效性并控制攝像頭抓拍車輛圖像 ， 經(jīng)判斷后進(jìn)行如下處理 ：如果標(biāo)識(shí)卡有效即用戶為合法用戶 ， 控制道閘抬起 ， 實(shí)現(xiàn)不停車而進(jìn)入停車場(chǎng) ；如果標(biāo)識(shí)卡有效即用戶為合法用戶 ， 控制道閘抬起 ， 實(shí)現(xiàn)不停車而進(jìn)入停車場(chǎng) ；如果標(biāo)識(shí)卡

4、無(wú)效過期、不是本場(chǎng)卡、卡已入場(chǎng) ， 系統(tǒng)通過視覺和聲音報(bào)警含滿位顯示功能 ，根據(jù)錯(cuò)誤原因提示 ： “卡已過期 、 “非本場(chǎng)卡或“卡在場(chǎng)內(nèi) ， 道閘不抬起 ；道閘抬起后 ， 中心控制系統(tǒng)自動(dòng)保存入場(chǎng)車輛信息進(jìn)場(chǎng)時(shí)間、卡號(hào)、圖像等 。 車輛通過道閘時(shí) ，系統(tǒng)啟動(dòng)防砸車檢測(cè)裝置 ， 防止砸車。 車輛通過道閘后 ， 自動(dòng)關(guān)閉道閘。 臨時(shí)用戶 ： 車輛停在入口票箱的車輛檢測(cè)器上時(shí) ， 入口票箱自動(dòng)感應(yīng)到車輛并置于售卡讀卡位 ， 駕車人士根據(jù)提示取卡并讀卡后 ， 入口票箱把所讀取的卡號(hào)傳遞到入口計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)檢查卡的有效性并控制攝像頭抓拍車輛圖像 ， 經(jīng)過判斷后作如下處理 ：如果卡有效 ， 道閘抬起 ，

5、 車輛入場(chǎng) ：如果卡號(hào)無(wú)效 ， 那么和長(zhǎng)期用戶的處理過程一樣。 入口流程如圖 所示。3.2 出口流程設(shè)計(jì)在停車場(chǎng)的出口處也有一個(gè)對(duì)車輛的讀卡過程 ， 如圖 所示 ：4 主要設(shè)備工作原理4 主要設(shè)備工作原理射頻識(shí)別系統(tǒng)的核心設(shè)備由電子標(biāo)簽、天線、讀寫器三局部構(gòu)成。 讀寫器通過無(wú)線波束讀取在有效范圍內(nèi)的帶有半導(dǎo)體芯片的電子標(biāo)簽上面的信息 ， 根據(jù)需求還可以寫入想要更改的信息4.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)工作頻段的選擇射頻識(shí)別系統(tǒng)屬于無(wú)線自由頻段的應(yīng)用范疇 ，不能干擾其他系統(tǒng)的工作。 RFID 運(yùn)用于停車場(chǎng)管理系統(tǒng)中 ， 選擇的適宜工作頻率是 MHz ，運(yùn)用這個(gè)頻率的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸快、時(shí)鐘頻率高、可以實(shí)現(xiàn)密碼

6、功能和協(xié)同微處理器工作。4.2 RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)射頻識(shí)別利用無(wú)線電射頻實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別控制器與標(biāo)簽間的數(shù)據(jù)傳輸 ，從而實(shí)現(xiàn)非接觸式目標(biāo)識(shí)別與跟蹤。RFID 射頻識(shí)別系統(tǒng)包括四局部 ： 標(biāo)簽、天線、控制器和主機(jī)PC ， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖 。標(biāo)簽用于記錄車輛信息。 標(biāo)簽安裝在車輛的擋風(fēng)玻璃上 ， 停車場(chǎng)的入口安裝 RFID 讀頭。 車輛進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí) ， 閱讀器自動(dòng)閱讀標(biāo)簽信息并通過串行口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)。 天線的作用是通過無(wú)線電磁波從標(biāo)簽中讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)到標(biāo)簽中。 控制器控制天線與 PC 間的數(shù)據(jù)通信 ， 與天線合稱讀寫器。 PC 機(jī)根據(jù)讀寫器捕捉到的標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)完成相應(yīng)的過程控制。4.3 讀寫器及車

7、輛識(shí)別過程地感線圈感應(yīng)到車輛進(jìn)出時(shí) ， 控制中心計(jì)算機(jī)發(fā)出命令 ， 相應(yīng)地讀寫器發(fā)射電磁信號(hào) ， 信號(hào)激活車輛標(biāo)簽。 同時(shí)把標(biāo)簽傳輸器送來(lái)的載波信號(hào)經(jīng)過放大、解調(diào)、解碼后變成數(shù)字信號(hào)送給控制中心的計(jì)算機(jī)。讀寫器PCD系統(tǒng)的組成讀寫 器 系 統(tǒng) 主 要 由 MCU 、時(shí) 鐘 芯 片、MFRC 、液晶屏、看門狗以及 RS 通信模塊組成。 工作過程是 ： 先由 MCU 控制 MFRC 驅(qū)動(dòng)天線對(duì) Mifare 卡也就是應(yīng)答器PICC進(jìn)行讀寫操作 ， 根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件 ， 如液晶屏、 EEPROM 、時(shí)鐘芯片等進(jìn)行響應(yīng)操作 ， 最后與PC 機(jī)之間進(jìn)行通信 ， 把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)后臺(tái)處理計(jì)算機(jī)

8、 。MCU 選用 C 。 EEPROM 采用 C ，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 為了防止系統(tǒng)“死機(jī) ， 使用X 作為看門狗。 與上位機(jī)的通信采用 RS 串行通信。 如圖 所示。 MFRC 集成了 MHz 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。MFRC 與 MCU C 的接口采用中斷INT工作模式 ， 即 MCU 通過中斷對(duì) MFRC進(jìn)行控制。 另外 ， 根據(jù)需要 ， 可以采用查詢方式對(duì)MF RC 進(jìn)行操作。系統(tǒng)工作原理車輛的識(shí)別數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 無(wú) 源 Mifare 卡PICC 。 PCD 的主要任務(wù)是傳輸能量給 PICC ， 并與之的通信。 PICC 是一個(gè)電子數(shù)據(jù)載體 ， 由單個(gè)微型芯片以及用作天線

9、的大面積線圈等組成 ； PCD產(chǎn)生高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng) ， 這種磁場(chǎng)穿過線圈橫截面和線圈周圍的空間。 因?yàn)?MFRC 提供的頻率為 MHz ， 所以其波長(zhǎng)比 PCD 的天線和 PICC 之間的距離大好多倍 ， 可以把 PICC 到天線之間的電磁場(chǎng)當(dāng)作簡(jiǎn)單的交變磁場(chǎng)來(lái)對(duì)待。 PCD 天線線圈發(fā)射磁場(chǎng)的一小局部磁力線穿過 PICC 的天線線圈 ， 接著 PICC 的天線線圈和電容器 C 構(gòu)成振蕩回路 ， 調(diào)諧到 PCD 的發(fā)射頻率。 回路的諧振使 PICC線圈的電壓到達(dá)最大值 ， 將其整流后作為微型芯片的電源。 PICC 啟動(dòng)之后 ， 可與 PCD 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。對(duì) Mifare卡的操作流程整個(gè)系統(tǒng)

10、的工作由對(duì) Mifare卡操作和后臺(tái)處理兩大局部組成。 對(duì) Mifare卡的操作包括復(fù)位請(qǐng)求、反撞操作、卡選擇操作、認(rèn)證操作、讀寫操作這幾個(gè)流程 ， 如圖 所示。復(fù)位請(qǐng)求。 當(dāng)一張 Mifare 卡片處在 PCD的天線工作范圍之內(nèi)時(shí) ， 程序控制 PCD 向卡片發(fā)出請(qǐng)求指令。 卡片的 ATR 啟動(dòng) ， 將卡片中的卡片類型傳送給 PCD ， 建立卡片與 PCD 的第一步通信PCD PCD握手。 如果不進(jìn)行復(fù)位請(qǐng)求操作 ， 讀寫器對(duì)卡片的其它操作將不會(huì)進(jìn)行。反碰撞操作。 如果有多張卡片在天線的工作范圍之內(nèi) ， PCD 將首先與每張卡片進(jìn)行通信 ， 取得卡片的唯一的系列號(hào) ， PCD 根據(jù)卡片的序列

11、號(hào)來(lái)保證一次只對(duì)一張卡操作?？ㄟx擇操作。 完成了上述二個(gè)步驟之后 ，PCD 必須對(duì)卡片進(jìn)行選擇操作。 執(zhí)行操作后 ， 返回卡上的 SIZE 字節(jié)。認(rèn)證操作。 經(jīng)過上述三個(gè)步驟 ， 在確認(rèn)已經(jīng)選擇了一張卡片時(shí) ， PCD 在對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作之前 ， 必須對(duì)卡片上設(shè)置的密碼進(jìn)行認(rèn)證。 如果匹配 ， 才允許進(jìn)一步的讀寫操作。讀寫操作。 對(duì)卡的最后操作是讀、寫、增值、減值、存儲(chǔ)和傳送等操作。結(jié) 論 將射頻技術(shù)應(yīng)用到停車場(chǎng)管理中 ， 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化智能停車場(chǎng) ， 使 RFID 技術(shù)在停車場(chǎng)出口、入口、車位管理以及交費(fèi)過程中充分發(fā)揮作用。 自動(dòng)讀卡 、驗(yàn)卡 ， 翻開閘門 ， 使管理人員能夠更高效地管理車輛的停放 ， 同時(shí)也為客戶提供更周到的效勞 ， 既節(jié)約人力又節(jié)省時(shí)間。參考文獻(xiàn) 游戰(zhàn)清 ， 李蘇劍 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)RFID理論與應(yīng)用M 北京 ： 電子工業(yè)出版社 ， 暢