基于RFID技术住宅区智能车位锁设计

基于R F I D技术住宅区智能车位锁设计Prepared on 22 November 2020基于RFID技术的住宅区智能车位锁设计摘要：随着现代社会经济快速发展，人们购置的车辆数量也在不断增多，而小区经常出现车位被占而引发纠纷的现象。

本文旨在为解决住宅区内私人专用停车位被占用问题，结合物联网的RFID技术对车位锁系统进行自动智能控制，采用TRF7960 射频芯片和ID 卡交互射频信号并进行解码，识别车辆身份，对合法车辆能够做到车来自动开锁，车走自动上锁弹起防止被他人占用且遇外力干扰时可自动报警。

关键词：RFID；智能车位锁；物联网；车位管理0 引言随着我国城市现代化进程的飞速发展，居民私家车数量急剧增长与住宅小区内停车位稀缺的矛盾亟待解决，停车难的问题日趋严重，“抢车位”的争夺战愈演愈烈。

解决居民小区内私家车停车位紧缺问题逐渐引起社会各界的重视，成为市政规划部门和物业公司管理的热点和难点。

在现实生活中，居民区开发商通常将停车位公开出售，私家车主可购买私人专用停车位，确保随时有地方停车，不用为寻找停车位而苦恼。

然而，由于管理措施和基础建设不够完善，私人专用车位被其他车辆占用的情况还时有发生，很容易引发邻里矛盾和经济纠纷，于是出现了专门管理停车位的设备—车位锁。

使用车位锁对私人专用停车位进行管理，可有效解决其车位被其他车辆占用问题。

但市场上流行的机械式车位锁大多依靠人工操作实现翻转臂的升降，停车前驾驶人员需要下车手动开锁，降下车位锁翻转臂，车辆离开后还需要手动升起车位锁，使用起来较为繁琐和不便，即使某些具有遥控功能的自动车位锁，也需要车主手动遥控操作,用户体验也不够好。

为有效解决这一问题，本文提出基于无线射频识别（RFID）技术的住宅区智能车位锁设计。

1 基于RFID技术的车位锁系统功能设计RFID技术无线射频识别技术（Radio Frequency Identi-fication，简称RFID）是物联网系统的关键技术之一。

RFID是一种精简的无线信号收发系统，主要由附着在物体上的电子标签、阅读器、天线、RFID应用软件等组成。

电子标签一般嵌入到待识别目标物体中，每个电子标签具有唯一的识别编码，以此来标识身份区分不同的对象。

阅读器发射无线射频信号与电子标签交互通信，接收反射回来的信号，两者在无接触方式下完成信息的收发。

RFID 的工作频率取决于阅读器的工作频率，识别的有效距离也取决于阅读器的工作频率。

天线将电流信号通过射频振荡器转变成电磁波信号发射出去，同时将从电子标签反射回来的电磁波信号转变为电流信号发送给阅读器。

计算机应用系统根据需要对读取到的数据进行处理。

RFID 系统组成及工作原理如图１所示。

图1 RFID 系统组成及工作原理智能车位锁系统功能设计结合近年来高速发展的嵌入式和物联网技术，设计基于RFID 的住宅小区智能车位锁。

当车辆驶近停车位时，智能车位锁可对车辆身份进行自动识别，对于身份识别成功的车辆，车主无需任何操作，免去了需要下车手动开锁或者使用无线遥控器的麻烦。

智能车位锁做到车来自动开锁，落下翻转臂；车走自动上锁，升起翻转臂。

基于RFID 的智能车位锁系统由车载单元（On BoardUnit，简称OBU）和路侧单元（Road Side Unit，简称RSU）两部分构成。

OBU 的形式为ID 卡式电子标签，作为车上无线收发电路。

RSU 即智能车位锁，由机械设备和电路设备两部分组成。

OBU 和RSU 利用RFID 在频率通信，实现车辆信息与智能车位锁的信息交换，从而自动起落车位锁，避免下车手动开锁的麻烦，使车辆能泊车入位。

车载电子标签进入阅读器工作范围内，通过内置天线接收阅读器发出的射频信号和能量，相应工作单元被电磁感应电流所产生的能量激活，将电子标签内的身份信息调制成相应频率的射频信号发射出去，阅读器接收数据并解码，并将提取出的信息再传送到后台控制中心，做相应的上层逻辑处理。

2 智能车位锁系统硬件设计智能车位锁要根据控制电路的指令实现对翻转臂的升降控制，以便实现车辆的停泊及驶出。

在功能上，智能车位锁可以划分成高频电路、控制电路和机械设备三个部分。

高频电路包括RFID 信号收发芯片、检波滤波放大电路、保护电路等模块；控制电路由微控制器芯片、电机及驱动电路、电源模块组成；机械设备部分由转动轴、定位齿轮、变速齿轮和卡扣开关组成。

智能车位锁系统硬件结构如图2 所示。

图2 智能车位锁硬件结构无线射频模块无线通信模块采用TI 公司的TRF7960 射频芯片，TRF7960 工作频率为，支持ISO 14443/15693双标准。

TRF7960 工作电压范围大，封装紧密，体积较小，外接元器件结构简单，只需一个的晶振即可工作，功耗非常小，特别适合嵌入到一些环境空间较小、供电不便的场合。

TRF7960 与微控制器之间通过8 位串行SPI 总线进行通信。

车载信号收发电路采用ID 卡式电子标签。

该模块技术简单、市场成熟，直接选购业界流行的EM4100 型I D 卡即可，无需进行二次开发。

本系统使用的电子标签基于ISO 18000-6C 协议，速度快，数据传输速率可达40-640KBPS，数据存储空间相对较小，为28 字节，但足以容纳编码后的车辆身份信息。

微控制器模块与电机驱动模块微控制器模块是控制电路的核心，其主要功能是发送指令机械装置特别是电机进行控制。

微控制器基于宏晶科技有限公司的STC11F32XE 高速单片机实现，内嵌低功耗的8051 微控制器核，其内部1 字节的ROM FLASH用于存放程序代码、128 字节的EEPROM 用于保存车辆信息，8 路AD 转换用于电源电压检测。

STCllF32XE 采用外部中断和RTC 技术，保证其符合低功耗的需求。

电机驱动模块主要用于驱动直流电机完成车位锁翻转臂的升降。

由于本系统使用太阳能蓄电池供电，所以必须考虑功耗和效率问题。

为提高运行效率，减小功率损耗，延长供电时间，采用直流电动机作为驱动电机。

电机驱动模块采用意法半导体有限公司的L298 芯片，并采用PWM 对电机控制，避免电流冲击。

机械装置及电源模块智能车位锁的机械设备部分由转动轴、定位齿轮、变速齿轮和卡扣开关组成。

电机通过变速齿轮调节带动车位锁翻转臂的升降。

车位锁翻转臂升起到最大限度之后，驱动电路会向微处理器反馈电机停止信号，微控制器控制电机停转。

卡扣开关固定在车位锁的转轴上，将升起的车位锁翻转臂锁死，防止翻转臂意外落下。

智能车位锁采用蓄电池供电。

RFID 技术功耗较小，本系统所选择电子设备均为低功耗元器件。

一次充电使用时间约为3个月，可满足实际需求。

以后可以考虑将整个住宅区内所有智能车位锁联网，采用太阳能光伏电池板供电或直接使用交流电源。

3 智能车位锁系统软件设计智能车位锁开启、关闭软件流程如图3 所示。

车辆离开停车位较远时，电子标签在RFID 阅读器工作范围之外，整个电路处于待机休眠状态，保持较低的功耗。

当车辆驶近停车位（20m之内）时，阅读器逐渐收到车辆携带的电子标签发回的射频信号。

微处理器模块STC11F32XE 将整个电路从待机状态下激活，高频模块对接收到的反馈信息解调解码。

如果解码成功则把收到的身份信息和系统保存的合法身份进行配比，智能判断该车辆是否为车位的拥有者。

如果信息配比失败则认为是非法车辆，系统继续解码；如果配比成功，则认为是合法车辆，单片机发送打开车位锁的命令信息，开启电机，自动降落车位锁翻转臂，让车辆停放在车位上，智能车位停车完成。

当车辆驶出车位时，离开RFID 工作范围，智能车位锁感应不到车载单元发回的信号，启动定时器延时15s；定时器超时后，如果仍然不能收到电子标签信息，说明车辆确已离开，车位锁自动升起，开始保护车位，等待车辆下次停靠。

图3 智能车位锁开启和关闭软件流程4 总结与展望本文针对小区车位管理的现状，提出了一种基于 RFID 技术的智能车位管理系统优化设计方案，并对系统的软硬件设计与工程实现进行了一定的描述。

基于RFID 的住宅区智能车位锁，可以通过无线电波主动识别车辆身份，自动控制车位锁升降，抗干扰能力强，误操作率低，待机功耗小，耗电量极低，采用直流蓄电池供电。

使用方便，翻转臂的升降完全实现自动化，避免了传统机械式车位锁需要车主下车手动开锁的弊端。

测试结果表明，该系统硬件设计合理，软件设计稳定可靠，成本低廉，具有一定的实际应用价值，使住宅区更加舒适便利和智能化。

如果继续设计应用的话，可以适当丰富改变一些其他的功能或模块。

比如：1)防止车在车位时车位锁弹起砸坏车，所以可增加信号校验、地磁信号校验、挡臂遇阻检测共同判断车位状况。

2)当车位锁受到外力干扰时，自动报警。

具有一般性防水功能。

3)考虑RFID读写器的成本，是否替代为蓝牙通信模块。

4)可针对小区物业设计一个系统根据RFID或者地磁信号将所有车位锁状态信息进行实时汇总处理，便于物业的管理与维护。

5)考虑业主工作日白天一般在小区外，导致小区停车位锁起他人也无法使用造成资源浪费的问题，可设计附加一个空闲时间出租停车位的系统，业主将自己车位空余的时间段线上发给物业，物业处根据车位空闲时间将车位租给住宅区外客户并收取一定停车费（物业可在小区停车系统上直接开关车位锁），客户需在该时间段截止时将车开走否则缴纳一定滞纳金。

由业主和物业共同分享停车受益，也利于社会资源合理应用。

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