基于RFID技术的城市智能停车联网管理系统的设计与实现_刚红润

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基于RFID技术的城市智能停车联网管理系统的设计与实现

交通运输部科学研究院财政与金融研究所 刚红润 张永军

【摘要】随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，城市私家车保有量逐年上升，随之而来的交通拥堵和停车难的问题也越来越突出。有的地方采用了智能停车场管理系统，采用IC卡或非接触式RFID标签作为电子身份对车辆进行管理。笔者经过大量考察与实际应用，发现目前智能停车管理系统中的一些问题，并提出一种基于RFID技术的城市智能停车联网解决方案。

【关键词】RFID；停车场；联网收费；交通信息化

1.引言

RFID(Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID技术是物联网发展的重要支撑技术，利用RFID技术可以实现车辆身份的有效识别，基于车载标签可以形成车辆的电子身份管理系统，实现高速公路不停车收费及路径识别、出租车的综合管理、营运车辆的身份管理、客运站场的车辆进出及报班管理、停车场的自动化管理、党政机关车辆自动化管理。[1]

在本文中先分析现有基于IC卡和普通RFID标签的“智能”停车场管理系统的不足，从而提出一种基于900M高速识别RFID标签的城市智能停车联网管理系统的解决方案。

2.现存停车场管理系统类型与缺陷2.1 IC卡式停车场管理系统[2]

此种停车场管理系统在入口处放置IC 卡刷卡机，为车主发送标记有车辆信息的IC 卡。此种类型系统车主驶入停车场的流程如图1所示。

由于IC卡可以随意倒换，所以在停车场出口处，车辆在刷完卡后，必须由值守人员进行手工确认才能驶出，否则可能出现“一卡带多车”的现象。

总之，IC卡式停车场管理系统可以满足自动认证车辆的基本功能，但认证流程过于复杂与耽误时间，在上下班高峰时容易造成停车场入出口拥堵。

2.2 普通RFID标签停车场管理系统[3]为了解决IC卡的识别距离短，速度慢的问题，提出了使用非接触式RFID标签作为认证媒质。在车辆前挡风粘贴RFID电子标签，在停车场入口安装RFID远距离读写器。

当车辆驶入读写器信号区域时，读写器读取标签号等信息并传送到后台数据中心进

行数据验证，再由数据中心发送抬杆指令给栏杆机。此过程时间为微秒级，车辆不需要停车刷卡，从而节省了一定的时间。

相比IC卡停车场管理系统，基于RFID的停车场管理系统在处理时间上有了较大的改进，但由于是远距离读取信息，又带来了其他问题，如下情况：

1）有些车辆只是路过入口，但是由于读取距离比较远，读卡器读到了标签信息，发送了抬杆指令，记录了车辆进入信息，但车辆实际上没有进入，造成了误读取信息。

针对此种情况，在距离栏杆较近处加入了地感线圈，仅当感应到地感线圈有车时，读卡器才读取信息。这样可以一定程度上规避这个问题，但还有下面一个问题。

2）前车为未注册车辆，后车为注册车辆，但由于读取距离较远，读到了后车的车辆信息，标签认证通过，系统发出了抬杆指令，栏杆机抬起，前面的未注册车辆就被放入了停车场。

上面的情况在收费式停车场中尤其严重，会造成误收费和逃费等问题。

3.系统设计3.1 总体架构

系统采用C/S，B/S混合架构，车道程序与数据中心架构图如图2。

其中，出入口现场车道控制程序与服务器为C/S架构，用户注册车辆，查询车辆信息，查询车辆通行信息，查看报表等功能设计采用B/S架构，保证用户操作的方便性。

3.2 车道设备

车道入出口现场设备布置图如图3所示。

以入口车道为例，说明一下各设备功能作用：

1）电子显示屏：用于实时显示停车场的剩余车位数，用户的欢迎信息和收费金额等信息；

2）电子读头：用于读取车辆上标签信

息，传送到后台程序进行信息校验；

3）栏杆机：用于控制车辆进出，当车辆信息认证通过后，自动抬起，放车辆驶入，否则处于关装状态；

4）地感线圈：用于车辆进出计数，以便实时更新车位数，同时用于车辆驶入后自动落杆；

5）摄像头：用于监控现场和抓拍、实时录像，便于管理；

6）综合处理终端：用于控制现场设备并与数据中心进行信息交互。

传统停车场读头和电子显示屏大多采用RS232或485走线，摄像头采用视频线，这样每个设备都要留出一路信号线，加上电源线，每个车道需要预埋至少5条不同类型的线，大大增加了现场施工的复杂度。同时由于RS232最多仅能传输15米，RS485最多传输1.2千米，不能满足某些远距离控制的需求。

在本系统中，现场所有设备采用网络接口，使用TCP/IP协议进行通信，这样现场只需预留一条网线和电源线，从而极大降低了施工的复杂度和线路的成本。

4.系统功能与优势

系统具有传统停车场的所有功能：1）车辆出入场自动认证通过：实现车辆出入停车场的自动认证、自动抬落杆。

2）车位动态管理功能：可以动态调整地下停车场的车位数。

3）管理员权限设置：实现对使用系统的用户的权限管理等功能；

4）数据查询和统计：实现数据查询、统计功能和报表导出。

5）视频管理：出入口两路视频实时在线监控，同时进行录像留档。

6）栏杆机远程控制：实现远程控制栏杆机执行抬杆、落杆操作。

7）车队模式：在特殊情况下，执行车队模式，栏杆机一直处于抬起状态，使车辆快速通行。

8）停车场入出口车辆数统计：当车辆通过入口或出口时，入出口通行数量自动加1，并记录在系统中。

图1 IC卡式停车场管理系统车主驶入停车场的流程Web 客户端Web 客户端车道控制程序防火墙防火墙防火墙防火墙防火墙

车道控制程序Web 客户端

图2 系统逻辑架构

图3 停车场现场设备布置图

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9）停车场操作日志记录：自动记录对系统的每一次操作，例如新注册用户，修改用户信息，抬落杆操作等。

10）不同车辆用户区别管理：对固定用户、充值用户、临时用户、公司用户等不同类型的车辆进行区别管理。

在此之外，系统还具有以下优势：

1）采用远距离RFID读写标签作为认证媒质，在180KM/H的速度下都能保证安全无误认证，因此能够保证车辆在入出口能够以正常行驶速度进出停车场，在早晚高峰时基本不存在堵车现象。

2）此设备能将信号集中在某个很小的区域，仅当车辆进到该区域时，标签才会激活传输信号，因此从根本上解决了普通RFID

阅读器的跟车干扰和误读取的问题。

3）现场所有设备采用网络接口，极大节省了布线成本，降低了后期的维护难度，扩展了系统的控制距离。

4）停车场系统采用网络设备，因此可以统一规划，将全市所有停车场使用相同系统，建立统一数据中心，建成城市智能停车联网管理系统，对全市所有停车场进行统一管理。

5.总结

随着科技的进步和人类文明的发展，智能停车管理系统在住宅小区，机关单位等地方应用越来越普遍，但其出现的问题也越来越多，更有甚者，许多地方直接弃用已建好的“智能”管理系统，使用人工管理。本文

分析了已有停车管理系统的问题，并提出了一套基于RFID技术的城市智能停车联网管理系统，本系统已在多个地方应用，并取得了很好的效果。

参考文献

[1]王竹萍.基于RFID技术的智能停车场研究与开发[J].杭州师范学院学报(自然科学版),2007,6(1).

[2]毕晓东.基于物联网的智能停车场解决方案研究[J].计算机时代,2011(2).

[3]郭稳涛,何怡刚.基于RFID的智能停车场管理系统的研究与设计[J].自动化技术与应用,2010(6).

作者简介：刚红润（1986—），男，河北沧州人，硕士，实习研究员，现供职于交通运输部科学研究院，从事交通信息化方向工作。

手机控制小车的创新设计

张家港沙洲职业工学院电子信息系 赵海兰

桂林电子科技大学电子信息工程系 杨 磊

【摘要】本设计采用单片机对HT9170双音多频解码芯片的控制，来实现手机远程控制小车的智能运行。以两个电机来驱动小车，采用反射式红外光电传感器ST178来实现小车自动循迹功能，通过超声波测距来实现语音播报，其中手机遥控部分的按键可通过一个数码管来显示。【关键词】双音多频；电机驱动；自动寻迹；超声波测距

1.引言

近现代，随着电子科技的迅猛发展，人们对技术也提出了更高的要求，本系统采用HT9170双音频编解码电路实现手机遥控小车的控制，用户只需拨通和HT9170相连的手机，通过按不同的按键实现不同的功能。

手机远程控制作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，没有距离的限制，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。通过手机远程控制小车的运行可以扩大到远程智能家电控制领域。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过按不同的键来实现不同的操作，比如按手机的1键，小车前进，按2键，小车后退按3键，小车循迹运行等等。

2.系统整体方案的设计

整个系统由单片机最小系统，电机驱动模块，手机遥控模块，超声波测距模块，语音播报模块，循迹模块等组成，小车的结构由两个车轮和带动他的两个电机组成，电机与驱动模块输出端口相连，经手机发射命令，单片机接收到HT9170解码后的信号进行相应处理，将结果送给驱动模块，驱动电机运转，当超声波避障模块检测到有障碍物时，会发出信号给单片机，单片机会控制语音播报模块播出相应内容并控制电机做相应处理，另外还有利用循迹模块可以让小车自动沿着黑线行走。

2.1 主控模块

主控模块的CPU采用的是AT89S52，利用P0口来显示手机遥控按键的相应的值，具体电路图如图2.1。

2.2 手机控制模块

利用手机按键频率的不同，通过双音多频（DTMF）信号接收器HT9170对信号的处理，将解码后的信号传给单片机，让单片机驱动电机工作，从而实现小车的运行，通过按不同的手机按键，实现小车的前进，后退，左转，右转等功能，当然通过按不同的按键，还可以实现超声波避障，语音播放等等不同的功能。

2.2.1 HT9170双音多频解码芯片简介HT9170是一个具有数字解码和滤波功能的双音多频（DTMF）信号接收器，HT9170B 和HT9170D可进入省电模式，HT9170系列都是利用数字计数的方式对16种DTMF输入进行解码，并产生4位的代码输出。高速转换的滤波电路将DTMF信号分解为高频和低频信号，芯片引脚图见图2.2。

由上图芯片HT1970系列可通过三次滤波和两次数字解码电路将DTMF信号输入转换为数字信号输出，它有一个内置的放大电路对输入信号进行调整，其预置滤波电路可将350Hz—400 Hz的信号滤掉，再通过低通滤波电路和高通滤波电路将信号分解成低频信号和高频信号。当HT1970接收到有效的DTMF 信号时，其DV引脚被置为高电平，并且这个DTMF信号被内部电路进行解码，将OE引脚置为高电平后，其D0—D3会产生解码输出，用D0-D3表示不同的高低电平值，从而解码相应的DTMF信号。然后用解码出来的DTMF信号与单片机进行通信。其原理图如图2.3（注意，图中晶振一定要用3.579MHz的晶振，晶振边的两个电容一定要用20-22pF的。） 2.2.2 手机控制硬件原理图

DTMF信令具有的传递速度，使得它不仅广泛应用于电话系统的语音通信中，而且在通信网中应用普遍。一些系统中常常需要同时接收和发送DTMF信号，发送和接收分别伴有编码和解码的过程。双音多频拨号方式的双音是指用两个特定的单音信号的组合叠加来代表数字或符号（功能）。两个单音的频率不同，所代表的数字和功能也不同。表2.1是DTMF数据输出表

根据此表，在程序中只要检测对应的值，比如当检测到到都的D3D2D1D0的值为02，那么就是手机的按键2按下，就可以去实现相应的功能，程序非常简单。

2.3 语音模块

语音部分(图2.4)包括一个SD卡放音芯片BLA902，和一个功放芯片TDA1554。要想

表2.1 DTMF解码信号数据输出对应表

Low Group High Group Digit OE D3D2

D1D069712091H L L L H 69713362H L L H L 69714773H L L H H 77012094H L H L L 77013365H L H L H 77014776H L H H L 85212097H L H H H 85213368H H L L L 85214779H H L L H 94113360H H L H L 9411209.H H L H H 9411477#H H H L L 6971633A H H H L H 7701633B H H H H L 8521633C H H H H H 9411633D H L L L L --ANY L Z

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