基于无线射频识别技术的停车场管理系统设计

1、 电子信息科学技术概论课程论文题目：应用型电子信息工程专业生产建设及实习教学的探究系（院） 信息学院 专 业 08级电子信息科学与技术姓 名 张鑫 学 号 200807840129 指导教师 郭峰 时间： 2010 年 12 月基于无线射频识别技术的停车场管理系统设计 摘 要 ： 论述基于无线射频识别技术的智能停车场管理系统的构成与工作原理、读写器对进出停车场的机动车辆的识别过程 ； 介绍 RFID 射频识别读写器的命令集及串讯协议。给出应用多线程技术实现PC 机与 RFID 读写器间的串行通信的方法。 关键词 ： 无线射频识别 ； 停车场管理 ； 串行通信 ； 智能卡1 引 言将 RFID

2、（Radio Frequency Identification ）技术应用到停车场的管理中 ， 代表了当今国际流行的停车场管理的最高水平。 RFID 技术继承了以往磁卡、条码卡、接触式 IC 卡、近距离感应 IC 卡的所有优点 ， 向零缺陷迈进了一大步 ， 可有效地管理停车场 ， 做到车辆进出有序、手续简便、速度快、安全防盗、管理自动化、收费公正合理、应收费用不流失以及减少管理人员等。 RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 RFI

3、D是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。 2 系统总体结构系统的核心部分是控制器对车辆探测器和 IC卡感应器的控制部分 ， 可以实现对车辆进出停车场的出入、记费等智能化管理。 见图 。3 停车场管理流程设计3.1 入口流程设计（）长期用户 ： 车辆进入发射天线工作区域时系统自动感应到车上的标识卡（RFID） ， 将图像传送到入口计算机 ， 计算机检查卡的有效性并控制摄像头抓拍车辆图像 ， 经判断后进行如下处理 ：如果标识卡有效（即用户为合法用户） ， 控制道闸抬起 ， 实现不停车而进入停车场 ；如果标识卡

4、有效（即用户为合法用户） ， 控制道闸抬起 ， 实现不停车而进入停车场 ；如果标识卡无效（过期、不是本场卡、卡已入场） ， 系统通过视觉和声音报警（含满位显示功能） ，根据错误原因提示 ： “卡已过期” 、 “非本场卡”或“卡在场内” ， 道闸不抬起 ；道闸抬起后 ， 中心控制系统自动保存入场车辆信息（进场时间、卡号、图像等） 。 车辆通过道闸时 ，系统启动防砸车检测装置 ， 防止砸车。 车辆通过道闸后 ， 自动关闭道闸。（） 临时用户 ： 车辆停在入口票箱的车辆检测器上时 ， 入口票箱自动感应到车辆并置于售卡读卡位 ， 驾车人士根据提示取卡并读卡后 ， 入口票箱把所读取的卡号传递到入口计算机

5、。 计算机检查卡的有效性并控制摄像头抓拍车辆图像 ， 经过判断后作如下处理 ：如果卡有效 ， 道闸抬起 ， 车辆入场 ：如果卡号无效 ， 则和长期用户的处理过程一样。 入口流程如图 所示。3.2 出口流程设计在停车场的出口处也有一个对车辆的读卡过程 ， 如图 所示 ：4 主要设备工作原理4 主要设备工作原理射频识别系统的核心设备由电子标签、天线、读写器三部分构成。 读写器通过无线波束读取在有效范围内的带有半导体芯片的电子标签上面的信息 ， 根据需求还可以写入想要更改的信息4.1 射频识别系统工作频段的选择射频识别系统属于无线自由频段的应用范畴 ，不能干扰其他系统的工作。 RFID 运用于停车场

6、管理系统中 ， 选择的合适工作频率是 MHz ，运用这个频率的优点是数据传输快、时钟频率高、可以实现密码功能和协同微处理器工作。4.2 RFID射频识别系统射频识别利用无线电射频实现射频识别控制器与标签间的数据传输 ，从而实现非接触式目标识别与跟踪。RFID 射频识别系统包括四部分 ： 标签、天线、控制器和主机（PC） ， 系统结构图见图 。标签用于记录车辆信息。 标签安装在车辆的挡风玻璃上 ， 停车场的入口安装 RFID 读头。 车辆进入停车场时 ， 阅读器自动阅读标签信息并通过串行口传输到计算机内。 天线的作用是通过无线电磁波从标签中读数据或写数据到标签中。 控制器控制天线与 PC 间的数

7、据通信 ， 与天线合称读写器。 PC 机根据读写器捕捉到的标签中的数据完成相应的过程控制。4.3 读写器及车辆识别过程地感线圈感应到车辆进出时 ， 控制中心计算机发出命令 ， 相应地读写器发射电磁信号 ， 信号激活车辆标签。 同时把标签传输器送来的载波信号经过放大、解调、解码后变成数字信号送给控制中心的计算机。）读写器（PCD）系统的组成读写 器 系 统 主 要 由 MCU 、时 钟 芯 片、MFRC 、液晶屏、看门狗以及 RS 通信模块组成。 工作过程是 ： 先由 MCU 控制 MFRC 驱动天线对 Mifare 卡也就是应答器（PICC）进行读写操作 ， 根据所得的数据对其它接口器件 ，

8、如液晶屏、 EEPROM 、时钟芯片等进行响应操作 ， 最后与PC 机之间进行通信 ， 把数据传给上位机（后台处理计算机） 。MCU 选用 C 。 EEPROM 采用 C ，用于存储系统的数据。 为了防止系统“死机” ， 使用X 作为看门狗。 与上位机的通信采用 RS 串行通信。 如图 所示。 MFRC 集成了 MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MFRC 与 MCU C 的接口采用中断（INT）工作模式 ， 即 MCU 通过中断对 MFRC进行控制。 另外 ， 根据需要 ， 可以采用查询方式对MF RC 进行操作。）系统工作原理车辆的识别数据存储在 无 源 Mifare 卡（PI

9、CC） 。 PCD 的主要任务是传输能量给 PICC ， 并与之的通信。 PICC 是一个电子数据载体 ， 由单个微型芯片以及用作天线的大面积线圈等组成 ； PCD产生高频的强电磁场 ， 这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。 因为 MFRC 提供的频率为 MHz ， 所以其波长比 PCD 的天线和 PICC 之间的距离大好多倍 ， 可以把 PICC 到天线之间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。 PCD 天线线圈发射磁场的一小部分磁力线穿过 PICC 的天线线圈 ， 接着 PICC 的天线线圈和电容器 C 构成振荡回路 ， 调谐到 PCD 的发射频率。 回路的谐振使 PICC线圈的电压达到最

10、大值 ， 将其整流后作为微型芯片的电源。 PICC 启动之后 ， 可与 PCD 之间进行数据通信。）对 Mifare卡的操作流程整个系统的工作由对 Mifare卡操作和后台处理两大部分组成。 对 Mifare卡的操作包括复位请求、反撞操作、卡选择操作、认证操作、读写操作这几个流程 ， 如图 所示。（）复位请求。 当一张 Mifare 卡片处在 PCD的天线工作范围之内时 ， 程序控制 PCD 向卡片发出请求指令。 卡片的 ATR 启动 ， 将卡片中的卡片类型传送给 PCD ， 建立卡片与 PCD 的第一步通信PCD PCD握手。 如果不进行复位请求操作 ， 读写器对卡片的其它操作将不会进行。（

11、）反碰撞操作。 如果有多张卡片在天线的工作范围之内 ， PCD 将首先与每张卡片进行通信 ， 取得卡片的唯一的系列号 ， PCD 根据卡片的序列号来保证一次只对一张卡操作。（）卡选择操作。 完成了上述二个步骤之后 ，PCD 必须对卡片进行选择操作。 执行操作后 ， 返回卡上的 SIZE 字节。（）认证操作。 经过上述三个步骤 ， 在确认已经选择了一张卡片时 ， PCD 在对卡进行读写操作之前 ， 必须对卡片上设置的密码进行认证。 如果匹配 ， 才允许进一步的读写操作。（）读写操作。 对卡的最后操作是读、写、增值、减值、存储和传送等操作。结 论 将射频技术应用到停车场管理中 ， 实现现代化智能停车场 ， 使 RFID 技术在停车场出口、入口、车位管理以及交费过程中充分发挥作用。 自动读卡 、验卡 ， 打开闸门 ， 使管理人员能够更高效地管理车辆的停放 ， 同时也为客户提供更周到的服务 ， 既节约人力又节省时间。参考文献 游战清 ， 李苏剑 无线射频识别技术（RFID）理论与应用M 北京 ： 电子工业出版社 ， 畅 陈