基于RFID自动停车收费系统课程设计

课程设计报告书

设计名称：自动停车收费系统

课程名称：射频识别技术与应用课程设计

摘要

射频识别技术（RFID）是从20 世纪80 年代起走向成熟的一种自动识别方式。它具有很多突出的优点：RFID 技术不需要人工干预，不需要直接接触、不需要光学可视即可完成信息输入和处理，可工作于各种恶劣环境，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，实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，机具无直接对最终用户开放的物理接口，能更好地保证机具的安全性；数据安全性能高，除标签的密码保护外，读写器和标签之间也可互相认证，实现安全通信和存储等。

基于射频识别技术（RFID）的智能收费系统，由自动车辆识别技术和实时监控系统组成。通过 RFID 技术获取车辆牌照号、车型、所属用户和银行专用账户等数据，并由实时监控系统通过摄像机获取车辆图像。数字化处理后核对实际牌照号与车载信息卡的牌照号是否相符。相符即为合法车辆，其通行费经计算机网络，从用户开户行的专用账户中自动交纳，从而实现不停车自动收费。反之则通过监控网络对违章车辆进行惩处。

关键词：射频识别；电子收费系统；自动识别技术；自动车辆识别

目录

1.开发背景 (1)

2.系统分析 (1)

2.1可行性分析 (1)

2.2系统特点与原理 (2)

3.系统设计 (3)

3.1 QT平台的介绍 (4)

3.2 系统功能结构 (4)

3.2功能 (8)

4.系统测试 (8)

5.开发环境 (11)

6.总结 (11)

7.参考文献 (12)

1.开发背景

随着经济的发展，人们的生活水平也越来越高，汽车正逐渐走进寻常百姓家。交通工具方便了人们的生活，但车辆的日益增加，在某种程度上也给生活带来了诸多的不便，造成了一些负面的社会影响，如汽车尾气对环境的污染、车辆的存放安全、停车困难等。尤其像繁华地带的商业购物区、大型医院、商务办公写字楼等场所，停车场面积大，车位多，但往往在停车上存在种种不理想的现状：停车等待、刷卡不被识别，人工收费速度慢等。停车设施建设严重落后, 也直接导致交通堵塞、擦车追尾等交通事故, 不同程度阻碍了城市经济的发展。无论是发达国家还是发展中国家, 都毫无例外地承受着停车场容量与汽车拥有量严重不对称的现实, 致使有车无处停, 以及停车场设备科技含量低的困扰。使得停车场自动收费系统设计的好与坏，不仅会影响到企业或公司的形象，长远来讲也会影响到企业、公司的社会效益与经济效益。

设计目的

对于大型停车场而言，打造智能停车收费系统就显得尤为必要。方便人们出行和管理层对车主的管理。有效地提高停车场的管理效率。

同时，进一步巩固射频识别的基本概念、理论、分析方法和实现方法，增强应用QT、Ubuntu软件设计实现射频识别应用系统的能力。使用所学的内容解决实际工程问题，提高工程实践能力、就业能力。

2.系统分析

2.1可行性分析

近几年，我国停车场自动停车收费技术已逐渐走向成熟，停车场管理系统向大型化、复杂化和高科技化方向发展，并作为楼宇自控系统的一个子系统实现与计算机网络相联，使管理人员在远距离就能方便地实现智能化监控与管理，从而在很大程度上减轻了停车问题带来的压力。

国内的停车场收费管理系统通常采用以下几种收费方式:

（1）采用摄像计费的方式: 在停车场门口一定位置放置一台摄像机, 利用

摄像机采集下汽车车牌号码, 传送单片机或电脑处理。再由单片机计时和收取费用,并控制大门开启。该方案中所涉及信息量大, 要求必须具有较大的存储容量,硬件、软件设计复杂, 花费成本高。

（2）采用刷卡计费的方式: 车主必须到指定地点办理IC卡,通过刷卡进出停车场, 并采用IC卡缴停车费用纳费。但该方式更适合于有长期固定停放车位的停车场。

（3）采用非接触IC卡自动计时的收费方式：硬件组成上简单清晰，直接由上位机控制，软件设计较为复杂

本系统采用刷卡计费方式。

(1)使用13.56M标签实现；

(2)系统自动记录牌号、车辆型号及进场时间；

(3)出场时自动计算停车费用，并在卡中扣除相应金额；

(4)余额不足则系统报警

尽管我国许多站点已采用微机管理，但仍然是人工收费，效率低。因此电子收费（ETC：Electronic Toll Collection）系统必将成为未来收费的主要方式。近年来，一种非接触式自动识别技术，即射频识别技术 RFID（Radio Frequency Identification），的实用化使非接触式自动识别成为可能

射频识别技术以射频信号自动识别目标为对象，无需可见光源，具有穿透性，可透过外部材料直接读取远距离数据，无需与目标接触。此优点可应用在智能交通领域（ITS），不停车收费系统就是在此基础上建立。对于自动收费系统，必须保障较高的通行速度和较低的交易错误率，及较长的通讯距离。5.8GH系统DSRC （专用短程通信协议）可保证其至少有 10m 的双向通讯距离。

2.2系统特点与原理

2.2.1 RFID 的特点

RFID 是自动识别技术 AEI 在无线电技术方而的具体应用与发展，其基本原理是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别的目的，并交换数据。与同期或早期的接触式识别技术不同，RFID 的突出特点是可非接触识读，可识

别距离达几十米的多个高速运动物体。RFID 系统中，通过对 RFID 卡进行读写操作，实现对各类物体或设备在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。

2.2.2 RFID的系统结构

射频识别系统包括射频卡、读写器。射频卡和读写器间互相不接触并利用感应、无线电波或微波进行数据通信，达到识别的目的。 RFID 系统的工作频率。阅读器发送时所使用的频率称为该系统的工作频率。低频系统典型工作频率有125kHz、225kHz、13.56MHz 等，高频系统典型的工作频段有 915MHz、2.45GHz、5.8GHz 等。本文采用13.56MHz进行设计。

2.2.3 RFID的工作原理

该系统基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过该卡内置天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，并对接收的信号进行解调和解码后送后台主系统进行相关处理；主系统依逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。如图

3.系统设计（详细描述方案的框架和细节，论证实验结果）

目标

(1)使用13.56M标签实现；

(2)系统自动记录牌号、车辆型号及进场时间；

(3)出场时自动计算停车费用，并在卡中扣除相应金额；

(4)余额不足则系统报警。

3.1 QT平台的介绍

QT是一个跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI 程序，也可以用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。QT是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展（称为元对象编译器（Meta Object Compiler,moc））。

本系统是在QT creator下进行开发的，Qt Creator包括项目生成向导、高级的C++代码编译器、浏览文件及类的工具、集成了Qt Designer、Qt Assistant 等。

3.2 系统功能结构

射频自动停车收费系统按其功能可分为自动识别控制子系统、自动判断型子系统、数据采集子系统、车辆检测子系统、闭路电视子系统和信号控制子系统等。

1．自动识别控制子系统主要由射频自动识别读写器、射频自动识别卡，天线、车道道闸控制机、收费员计算机终端等组成，它是整个不停车收费系统的核心，负责控制不停车收费车道所有设备的运行、收费业务操作的管理以及与收费站计算机的通信和数据交换。

2．自动判断型子系统主要由光栅、高度检测器、轴数检测器等组成，它通过采集车辆的高度和轴数等参数，经综合分析比较来判别车辆的车型；该子系统至少可以判别三种以上车型。自动判断型子系统在有些场合可以由用户选择使用。

3．数据采集子系统主要由系列射频天线和射频电子标签卡构成。射频电子标签被安装在汽车挡风玻璃内侧的上方，在电子标签上写有标签编号、车号、车主、车型、应缴金额、剩余金额和有效期等信息；天线被安装在收费的前端，它通过微波技术从射频电子标签卡上读取有关信息，并同步传送给车道控制主机。

4．闭路电视子系统主要由车道摄像机和收费站的监视器等组成。车道摄像机被安装在收费岛的前端，主要用于拍摄非法通过的违章车辆。

5．信号控制子系统主要由通行信号灯、偏叉信号灯和自动栏杆等组成，用于提醒驾驶员正确使用停车收费车道。

6．车辆检测子系统主要由三组环形线圈组成。第一组环形线圈(ENTER LOOP)被安装在收费岛的入口处，用于激活天线读取电子标签的信息；第二组环形圈(ESC LOOP)被安装在收费岛的中间出口处，用于控制通行信号灯和偏叉信号灯的状态；第三组环形线圈(EXIT LOOP)被安装在收费岛的出口端，用于统计车流量，并控制自动栏杆、通行信号灯和偏叉信号灯的工作状态。

系统流程图

3.2功能

操作员权限设置

软件的各个功能模块操作权限都可以任意控制，故软件系统可任意设定不同的操作级别。不同级别对应着进入软件系统的不同密码，故软件系统具有良好的保密性与可靠性。不同等级的操作人员进入软件系统后，能实现不同的功能。软件系统具有良好的兼容性及资料保护性。

录入资料

可由主管级以上操作人员录入各种相关资料。例如：月租卡车资料的录入，车位数量、免费时间、收费标准、离场时限的录入，免费资料清单的录入，发行、延期、充值、挂失、恢复、回收、换卡、人工出场等。

查询、更改资料

查询或修改各种相关资料。例如：卡的发行、延期、充值、挂失、恢复、回收、换卡、人工出场等记录。查询车辆出入车场的记录、在场车清单、某卡号车流水账、操作员交接班记录、操作员值班流水账。管理员可更改相关资料。例如：系统自动删除记录时间、更改车场车位数量、更改系统时间等等。

ETC充值

可以进行网上充值，手机客户端充值。利用 13.56M 电子标签的内部存储区域，可以存储车主姓名、车辆类型、所属小区编号、余额等信息。同时，具备对卡的初始信息写入（注册）、充值的功能。系统由一个 ETC_Recharge 程序构成，该程序通过对 13.56M 读写器的控制，完成对电子标签内部数据的读取、判断、信息分析、将数据写回标签等操作。

对电子标签自动识别、扣费

利用 13.56M 读写器对电子标签进行自动识别，并在出现有效电子标签时自动对标签进行判断，对进入停车场的标签进行计时，并在再次扫描到该标签时，对其进行计费和扣费。

4.系统测试

注册充值

1注册充值界面启动

图1注册充值主界面2读取标签

图2未初始化的卡3修改标签信息

写入成功后弹出

图3写入成功的提示4再次读取标签

图4程序自动再次读取卡内信息

停车自动识别、扣费

1停车自动识别、扣费界面启动

图5主界面

2在“收费标准”中，设置合适的收费标准

3确保 13.56M电子标签有余额

4将电子标签靠近 13.56M读写器天线上方，可以看到在“车辆信息”一栏中会显示车辆的基本信息，包括余额、进入时间等

图6进入工作区5驶出工作区

图7驶出工作区6当余额不足时，响铃报警

5.开发环境

1.PC 机一台

2.应用型 RFID 实验箱一台

3. 14443 协议白卡若干

6.总结（设计心得体会，并且总结实验方法）

智能停车场收费系统是通过计算机、网络设备、车道管理设备搭建的一套对停车场车辆出入、场内车流引导、停车费收取工作进行管理的网络系统。是专业车场管理公司必备的工具。它通过采集记录车辆出入记录、场内位置，实现车辆出入和场内车辆的动态和静态的综合管理。系统一般以射频感应卡为载体，通过感应卡记录车辆进出信息，通过管理软件完成收费策略实现，收费账务管理，车道设备控制等功能。这大大提高我们现代人的生活效率。

本次设计我们利用RFID 实验箱，QT、Ubuntu软件来完成。使我们进一步巩固射频识别的基本概念、理论、分析方法和实现方法，增强我们应用QT、Ubuntu 软件设计实现射频识别应用系统的能力学会尝试使用所学的内容解决实际工程问题，提高了我们的能力。

注意：1标签在读写器上方停留的时间不要超过10 秒钟，否则程序会认为车辆要驶出工作区。

2如果需要使用同一张卡再次测试，需要注意等待超过10 秒之后再刷，因为10 秒以内程序认为车辆仍然是刚离开工作区，并不会认为再次进入。

7.参考文献

[1] 宋夕阳，张忠.智能停车场管理系统[J].智能建筑与城市信息.2009（10）：95-98

[2] 刘新一，谢陈跃.非接触式IC卡停车场收费管理系统[J].计算机应用.2008(10)：25-27

[3]李鹏宇.基于无线传感器网络的车位检测系统的设计[J].上海交通大学，2011

[4]凌阳科技.应用型RFID实验箱实验指导书.2014

[5]米志强.射频识别技术与应用.2015