基于射頻識別（RFID）技術的車庫管理系統

唐鑫凌

（湖南科技學院 電子工程系，湖南 永州 425100）

基于射頻識別（RFID）技術的車庫管理系統

唐鑫凌

（湖南科技學院 電子工程系，湖南 永州 425100）

本車庫管理系統基于射頻識別技術(RFID)于一體，使卡與砸欄之間實現完整“對話”功能，以智能卡來控制砸欄的開啟，開創了車庫管理的新概念，系統研究了基于射頻識別技術的車庫管理系統的總體設計，設計了射頻讀卡器的電路原理圖，RFID 天線，設計優化了天線耦合電路。主要由射頻天線、讀卡模塊、RS485通信接口及單片機控制系統等組成。系統能實現城市中停車庫（場）無人智能管理，能自動識別汽車進出車庫整個系統具有自動識別、智能控制、報警提示、信息記錄以及數據通訊等功能。

車庫管理系統；射頻識別；MF RC500；通信；單片機

0 引言

伴隨著世界信息事業的蓬勃發展，一方面計算機技術、自動化控制技術和數據傳輸技術在近些年來都得到了非常迅速的發展, 各項信息事業方興未艾、各種身份識別載體日趨豐富；而另一方面，由于生活水平與安全防范意識的提高，使得人們對于停車管理的安全性和泊車的便利性都產生了新的需求。目前市場上現有的停車管理系統很多都是簡單的 對停車場進出通道的管理，由于技術人員缺乏，市場需求量大，現有技術也不夠成熟，進一步研究與開發停車場（庫）管理系統十分必要。對如何有序的管理車輛，使車輛安全有序的停放？如何提高停車費用提交的效率？作為現代停車場管理系統的新要求仍沒能得到客戶的滿足。

停車場管理系統進行全面綜合分析與設計，通過強化停車場進出通道的安全管理、場內車位引導、方便快捷收費等方面來闡述一個完整意義上的智能化停車場系統。車庫管理系統基于射頻識別技術(RFID)于一體，以智能卡來控制砸欄的開啟，開創了車庫管理的新概念，它不僅給管理者提供了更安全、更快捷、更自動化的管理模式，而且也給使用者帶來了極大的方便?；谏漕l識別技術的車庫管理系統將有更廣闊的發展空間。隨著人們對車庫管理系統各方面要求的不斷提高，系統的應用范圍越來越廣泛。本系統針對集成應用給出了可行方案和電氣設計，具有重要的意義。

1 系統總體方案設計

采用MF RC500射頻識別技術車庫管理系統是以射頻識別讀寫器為核心，以AT89C52為控制核心，系統的總體結構見圖1，系統的工作原理是先由微處理器AT89C52控制射頻識別讀寫器讀取非接觸式射頻卡的信號，實現接收空位號、檢測車輛進與離開顯示與語音提示、開關閘欄、與上位機通信以及脫離上位機獨立管理等功能，并且整個系統與上位PC機之間進行通訊，獲得指令以及傳輸系統狀態等，最后，對系統的輔助設備，如液晶屏、E2PROM等進行操作。

圖1 系統的總體結構圖

2 射頻讀寫模塊設計

該模塊的工作方式主要是先由MCU 控制MF RC500 驅動天線Mifare卡，進行讀寫操作。然后，根據所得的數據對其它接口器件，如液晶屏、E2PROM、時鐘芯片等，進行響應操作。最后，與PC機之間進行通信，把數據傳給上位機。為了防止系統“死機”，使用x5045作為看門狗。x5045是串口工作方式，內置E2PROM，可用來存儲一些系統參數。與上位機的通信采用RS485 通信模式，通信距離可以達到1000m左右。

MF RC500是應用于13.56 MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員。該讀卡IC系列利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近操作距離的天線(100mm)。接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，數字部分處理 ISO14443A幀和錯誤檢測(奇偶&CRC)。此外，它還支持快速加密算法用于驗證MIFARE系列產品。方便的并行接口可直接連接到任何8位微處理器，這樣給讀卡器/終端的設計提供了極大的靈活性。

本系統采用中斷(INT0)工作模式，即MCU利用MF RC500提供中斷信息對其進行控制。另外，根據系統的需要，可以采用查詢方式對MF RC500進行操作。

圖2 MF RC500與89C52的接口電路圖

3 車位狀態檢測設計

檢索裝置具有車位查詢功能并發送相關數據主控制器等功能，在設計過程從怎樣檢測車位停車狀態、如何進行數據編碼以及狀態指示燈和語音提示等方面研究和探討。

探測器與主控制器通訊設計實現將車位狀態信息發送至主控制器，從而達到對車位的實時管理。系統控制器與車位狀態模塊采用了基于 RS485小型局域網的分布式結構。由于要進行遠距離傳輸數據，所以線路應接終端電阻進行阻抗匹配，以抑制數據傳輸的終端反射，避免信號失真。結構簡圖3如下:

圖3 探測器與主控器通訊框圖

由于沖突檢測和同步通信功能無法由軟件實現，因而485總線通常采用二線制主從、異步通信方式。物理層采用帶有屏蔽層的雙絞線，通信方式為半雙工方式。

4 車輛入口和出口檢測

本系統具有汽車進出自動檢測，并能防止欄桿下降砸到汽車和自動計算現在有空位數，在其入口與出口處如何準確檢測到汽車很重要，直接關系到系統具體功能的實現。

圖4 紅外光電車輛檢測電路

采用車位狀態檢測的地磁車輛檢測器，用它來代替常用的地感線圈，安裝方便。在停車場入口處安裝兩條地磁車輛檢測器。當車輛到達停車場入口時，地磁傳感器發出檢測信號，射頻卡收費機啟動射頻卡讀卡功能，持卡人將射頻卡靠近讀卡機，讀卡機讀取卡內信息并分析卡內信息確認無誤后，傳給主控制器完成空位號檢索和顯示，語音播放以及開閘允許車進入等任務。另一支傳感器安裝于欄桿位置，當地磁車輛檢測器檢測到車輛正在欄桿下方時，不允許欄桿下降，達到防止砸車的目的。當車輛順利通過欄桿時，地磁傳感器向主控制器發出信號，從而控制欄桿下降。

5 顯示模塊設計

本系統的顯示部分必須在三個不同的地方顯示，一是在主控制器上顯示面板上顯示相關內容，二是停車場進口處相關內容的顯示，三是停車場出口處相關內容的顯示。

WGM-12832共有7個外接引腳，其采用串口發送指令和數據，優點在于滿足顯示目的的同時，占用很少的CPU引腳資源。因此，在很多低端CPU的引腳較少時，也能驅動WGM-12832液晶，滿足了不同微系統的需求。而在停車場入口與出口處的顯示采用點陣式LED顯示器件，為設計方便直接應用成熟的驅動模塊和顯示模塊，且入出口顯示內容一致從而減少設計周期和成本。

AT89C52和液晶WGM-12832模塊的接口電路見圖5。由于WGM-12832采用SPI串口通信，外接引腳較少，與單片機連接采用直接連接的方法，即用IO口直接與LCD數據線和控制線相連，其特點是簡單、直觀、操作方便。

圖5 AT89C52和液晶WGM-12832模塊的接口電路

在此電路中，采用軟件模擬液晶的時序，達到正確顯示的目的。

6 主控器與PC通訊設計

該模塊主要實現單片機與PC之間的數據傳送，采用RS-485通信接口，其抗干擾能力強、接收器可以檢測到低至200mV的信號，可以恢復從千米以外的距離傳輸過來的數據，但由于PC機只配備有標準的RS-232串口，故還需使用RS-232轉RS-485轉接板使PC機的串口接入RS-485網絡。RS232/RS485轉換器原理見圖6。

圖6 RS232/RS485轉換器原理圖

7 系統軟件分析與設計

軟件設計方法

本射頻識別系統的控制元件較多，程序代碼較多，尤其對MF RC500的控制程序，有4K之多。因此，采用模塊化程序設計方法，以C語言實現的控制程序，按模塊分別儲存在AT89C52芯片內，無需單片機擴展存儲器接口，簡化了系統硬件結構，減低了成本，同時又提高了系統的穩定性。

主控制器軟件設計

圖7 主控器主程序流程圖

車輛進入停車場中斷子程序流程圖如圖8所示，此中斷應用外中斷INT1口。車輛駛出分為在該車輛從停放車位上駛離和車輛駛離車庫，硬件將單片機外中斷INT0擴展為兩個中斷接口，在軟件中斷服務程序中查詢每次中斷具體地中斷源。在產生中斷情況下，首先判斷P2.3是否為“1”，車輛駛出中斷服務程序流程圖如錯誤！未找到引用源。所示。若為真，則與PC通信將車位號顯示于PC機上；若為假，表示有車輛要駛出車庫，計算停放時間和費用顯示于LED上并語音播報，然后與PC機通信保存數據，等待到了允許出車信號后開閘，判斷車輛安全駛離閘欄后關閘，最后返回主程序。

8 結語

過去智能卡應用領域常采用磁卡或接觸式IC卡，但由于讀寫速度慢，易磨損，使用壽命短，無法保證系統長期運行的可靠性和方便性。射頻卡技術的出現彌補了這些不足，射頻卡是無接觸式IC卡，讀寫速度快，功耗低。本文將射頻識別技術引入到車庫管理系統中，對基于射頻識別的車庫管理系統進行了研究和設計。在研究過程中，借鑒國內外已有的一些設計經驗和設計理論，設計了適應于露天停車場，地下停車場等場所的系統，可實現方便快捷收費操作。

[1]游戰清,李蘇劍等.無線射頻識別(RFID)技術理論與案例.北京：電子工業出版社，2004.

[2]游戰清.無線射頻識別技術(RFID)規劃與實施.北京：電子工業出版社，2003.

[3]李劍中，趙海東，徐中.停車場汽車泊位紅外巡檢系統的設計[J].自動化與儀表.2001,(16).

[4]何將三,陳國棟.基于MF RC500的射頻識別讀寫器設計[J].單片機與嵌入式系統應用 2004.

O59

A

1673-2219（2011）04-0037-04

2010－09－20

本課題為永州市科技局資助的一般項目，項目編號為：永科發[2009]20號。

唐鑫凌（1982－），助理實驗師，研究方向為測控技術。

(責任編校：何俊華)