基于無線射頻識別技術(shù)的停車場管理系統(tǒng)設計

1、 電子信息科學技術(shù)概論課程論文題目：應用型電子信息工程專業(yè)生產(chǎn)建設及實習教學的探究系（院） 信息學院 專 業(yè) 08級電子信息科學與技術(shù)姓 名 張鑫 學 號 200807840129 指導教師 郭峰 時間： 2010 年 12 月基于無線射頻識別技術(shù)的停車場管理系統(tǒng)設計 摘 要 ： 論述基于無線射頻識別技術(shù)的智能停車場管理系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理、讀寫器對進出停車場的機動車輛的識別過程 ； 介紹 RFID 射頻識別讀寫器的命令集及串訊協(xié)議。給出應用多線程技術(shù)實現(xiàn)PC 機與 RFID 讀寫器間的串行通信的方法。 關(guān)鍵詞 ： 無線射頻識別 ； 停車場管理 ； 串行通信 ； 智能卡1 引 言將 RFID

2、（Radio Frequency Identification ）技術(shù)應用到停車場的管理中 ， 代表了當今國際流行的停車場管理的最高水平。 RFID 技術(shù)繼承了以往磁卡、條碼卡、接觸式 IC 卡、近距離感應 IC 卡的所有優(yōu)點 ， 向零缺陷邁進了一大步 ， 可有效地管理停車場 ， 做到車輛進出有序、手續(xù)簡便、速度快、安全防盜、管理自動化、收費公正合理、應收費用不流失以及減少管理人員等。 RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。 RFI

3、D是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器（或閱讀器）和很多應答器（或標簽）組成。 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的核心部分是控制器對車輛探測器和 IC卡感應器的控制部分 ， 可以實現(xiàn)對車輛進出停車場的出入、記費等智能化管理。 見圖 。3 停車場管理流程設計3.1 入口流程設計（）長期用戶 ： 車輛進入發(fā)射天線工作區(qū)域時系統(tǒng)自動感應到車上的標識卡（RFID） ， 將圖像傳送到入口計算機 ， 計算機檢查卡的有效性并控制攝像頭抓拍車輛圖像 ， 經(jīng)判斷后進行如下處理 ：如果標識卡有效（即用戶為合法用戶） ， 控制道閘抬起 ， 實現(xiàn)不停車而進入停車場 ；如果標識卡

4、有效（即用戶為合法用戶） ， 控制道閘抬起 ， 實現(xiàn)不停車而進入停車場 ；如果標識卡無效（過期、不是本場卡、卡已入場） ， 系統(tǒng)通過視覺和聲音報警（含滿位顯示功能） ，根據(jù)錯誤原因提示 ： “卡已過期” 、 “非本場卡”或“卡在場內(nèi)” ， 道閘不抬起 ；道閘抬起后 ， 中心控制系統(tǒng)自動保存入場車輛信息（進場時間、卡號、圖像等） 。 車輛通過道閘時 ，系統(tǒng)啟動防砸車檢測裝置 ， 防止砸車。 車輛通過道閘后 ， 自動關(guān)閉道閘。（） 臨時用戶 ： 車輛停在入口票箱的車輛檢測器上時 ， 入口票箱自動感應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傳遞到入口計算機

5、。 計算機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 ， 車輛入場 ：如果卡號無效 ， 則和長期用戶的處理過程一樣。 入口流程如圖 所示。3.2 出口流程設計在停車場的出口處也有一個對車輛的讀卡過程 ， 如圖 所示 ：4 主要設備工作原理4 主要設備工作原理射頻識別系統(tǒng)的核心設備由電子標簽、天線、讀寫器三部分構(gòu)成。 讀寫器通過無線波束讀取在有效范圍內(nèi)的帶有半導體芯片的電子標簽上面的信息 ， 根據(jù)需求還可以寫入想要更改的信息4.1 射頻識別系統(tǒng)工作頻段的選擇射頻識別系統(tǒng)屬于無線自由頻段的應用范疇 ，不能干擾其他系統(tǒng)的工作。 RFID 運用于停車場

6、管理系統(tǒng)中 ， 選擇的合適工作頻率是 MHz ，運用這個頻率的優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸快、時鐘頻率高、可以實現(xiàn)密碼功能和協(xié)同微處理器工作。4.2 RFID射頻識別系統(tǒng)射頻識別利用無線電射頻實現(xiàn)射頻識別控制器與標簽間的數(shù)據(jù)傳輸 ，從而實現(xiàn)非接觸式目標識別與跟蹤。RFID 射頻識別系統(tǒng)包括四部分 ： 標簽、天線、控制器和主機（PC） ， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖 。標簽用于記錄車輛信息。 標簽安裝在車輛的擋風玻璃上 ， 停車場的入口安裝 RFID 讀頭。 車輛進入停車場時 ， 閱讀器自動閱讀標簽信息并通過串行口傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)。 天線的作用是通過無線電磁波從標簽中讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)到標簽中。 控制器控制天線與 PC 間的數(shù)

7、據(jù)通信 ， 與天線合稱讀寫器。 PC 機根據(jù)讀寫器捕捉到的標簽中的數(shù)據(jù)完成相應的過程控制。4.3 讀寫器及車輛識別過程地感線圈感應到車輛進出時 ， 控制中心計算機發(fā)出命令 ， 相應地讀寫器發(fā)射電磁信號 ， 信號激活車輛標簽。 同時把標簽傳輸器送來的載波信號經(jīng)過放大、解調(diào)、解碼后變成數(shù)字信號送給控制中心的計算機。）讀寫器（PCD）系統(tǒng)的組成讀寫 器 系 統(tǒng) 主 要 由 MCU 、時 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)動天線對 Mifare 卡也就是應答器（PICC）進行讀寫操作 ， 根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對其它接口器件 ，

8、如液晶屏、 EEPROM 、時鐘芯片等進行響應操作 ， 最后與PC 機之間進行通信 ， 把數(shù)據(jù)傳給上位機（后臺處理計算機） 。MCU 選用 C 。 EEPROM 采用 C ，用于存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 為了防止系統(tǒng)“死機” ， 使用X 作為看門狗。 與上位機的通信采用 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 MFRC進行控制。 另外 ， 根據(jù)需要 ， 可以采用查詢方式對MF RC 進行操作。）系統(tǒng)工作原理車輛的識別數(shù)據(jù)存儲在 無 源 Mifare 卡（PI

9、CC） 。 PCD 的主要任務是傳輸能量給 PICC ， 并與之的通信。 PICC 是一個電子數(shù)據(jù)載體 ， 由單個微型芯片以及用作天線的大面積線圈等組成 ； PCD產(chǎn)生高頻的強電磁場 ， 這種磁場穿過線圈橫截面和線圈周圍的空間。 因為 MFRC 提供的頻率為 MHz ， 所以其波長比 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當作簡單的交變磁場來對待。 PCD 天線線圈發(fā)射磁場的一小部分磁力線穿過 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線圈的電壓達到最

10、大值 ， 將其整流后作為微型芯片的電源。 PICC 啟動之后 ， 可與 PCD 之間進行數(shù)據(jù)通信。）對 Mifare卡的操作流程整個系統(tǒng)的工作由對 Mifare卡操作和后臺處理兩大部分組成。 對 Mifare卡的操作包括復位請求、反撞操作、卡選擇操作、認證操作、讀寫操作這幾個流程 ， 如圖 所示。（）復位請求。 當一張 Mifare 卡片處在 PCD的天線工作范圍之內(nèi)時 ， 程序控制 PCD 向卡片發(fā)出請求指令。 卡片的 ATR 啟動 ， 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。 如果不進行復位請求操作 ， 讀寫器對卡片的其它操作將不會進行。（

11、）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行通信 ， 取得卡片的唯一的系列號 ， PCD 根據(jù)卡片的序列號來保證一次只對一張卡操作。（）卡選擇操作。 完成了上述二個步驟之后 ，PCD 必須對卡片進行選擇操作。 執(zhí)行操作后 ， 返回卡上的 SIZE 字節(jié)。（）認證操作。 經(jīng)過上述三個步驟 ， 在確認已經(jīng)選擇了一張卡片時 ， PCD 在對卡進行讀寫操作之前 ， 必須對卡片上設置的密碼進行認證。 如果匹配 ， 才允許進一步的讀寫操作。（）讀寫操作。 對卡的最后操作是讀、寫、增值、減值、存儲和傳送等操作。結(jié) 論 將射頻技術(shù)應用到停車場管理中 ， 實現(xiàn)現(xiàn)代化智能停車場 ， 使 RFID 技術(shù)在停車場出口、入口、車位管理以及交費過程中充分發(fā)揮作用。 自動讀卡 、驗卡 ， 打開閘門 ， 使管理人員能夠更高效地管理車輛的停放 ， 同時也為客戶提供更周到的服務 ， 既節(jié)約人力又節(jié)省時間。參考文獻 游戰(zhàn)清 ， 李蘇劍 無線射頻識別技術(shù)（RFID）理論與應用M 北京 ： 電子工業(yè)出版社 ， 暢 陳