智能化小区车辆出入管理系统设计分析

智能化小区车辆出入管理系统设计

摘要

随着社会的进步和发展，人们的生活方式发生着深刻的变化，城市的交通拥挤便是现象之一。城市由于交通工具的增加，造成交通挤塞或混乱，不易于人们的出行，由此人们开始寻找高技术并且有效的方法去解决这个问题。智能化的停车场应运产生，这不仅可以有效地解决乱停乱放造成的交通混乱，而且可以促进交通设施的正规化建设，同时也最大限度地减少车主汽车被盗的忧虑。

针对这些情况，设计了基于RFID的智能化小区车辆管理系统。停车场管理系统是一个以非接触式IC卡为车辆出入停车场凭证、以车辆图像对比管理为核心的多媒体综合车辆收费管理系统。该系统将先进的IC卡识别技术和高速的视频图像存储比较相结合，通过计算机的图像处理，对车辆进出停车场的保安和管理等进行全方位管理。本文详细介绍了系统结构、工作流程和设计思路。

关键词：RFID,非接触,智能化,车辆管理

The Design of Intelligent Parking lot Management system

Abstract

Along with social progress and development，the lifestyle of the people is changing tremendously, The city's traffic congestion is one of the phenomena. City due to the increase of transport, resulting in traffic congestion or confusion, and difficult to travel in the people, which people are looking for high-tech and effective way to solve this problem.

Intelligent parking lot to be shipped produce, which can not only effectively solve Luantingluanfang caused traffic chaos, but also promote the standardization construction of transport facilities, but also to minimize the worries of owners of the car is stolen.

For these conditions, the design of the Intelligent Community Vehicle Management System is based on RFID. Multimedia integrated parking management system is a non-contact IC card, vehicle access parking credentials, vehicle image contrast management as the core vehicle charging management system. The system will be advanced IC card recognition technology and high-speed video images are stored the combination, by computer image processing, all-round management of vehicles entering and leaving the car park security and management. This paper describes the system architecture, workflow, and design ideas.

Keyword: RFID,non-contact,intelligent,the management of vehicle

第一章序言 (4)

1.1 选题背景及意义 (4)

1.2 射频识别简介 (4)

1.2.1 RFID的发展历史 (4)

1.2.2 电子标签RFID七大特点 (5)

1.3 RFID发展现状及存在的问题 (6)

1.3.1 国内外发展现状 (6)

1.3.2 RFID发展存在的问题 (6)

第二章RFID技术阐述及工作流程 (7)

2.1 RFID系统的组成部分及工作原理 (7)

2.1.1RFID的基本组成部分 (7)

2.1.2 RFID工作原理 (8)

2.2 RFID系统基本工作流程 (8)

第三章系统工作流程分析 (9)

3.1 智能停车场系统工作流程 (9)

3.2 车辆入场分析 (10)

3.2.1、月租卡车辆入场工作流程 (10)

3.2.2、普通卡车辆入场工作流程 (10)

3.3 车辆出场分析 (11)

3.3.1 长期卡车辆出场工作流程 (11)

3.3.2普通卡车辆出场工作流程 (11)

第四章系统设计 (13)

系统构架设计 (13)

4.2 系统硬件设计 (15)

4.2.1主控机（PC机） (15)

4.2.2抓拍设备 (15)

4.2.3感应设备 (16)

4.2.4辅助灯光 (16)

4．3 系统软件模块设计 (16)

总结 (18)

参考文献 (18)

谢辞 (19)

第一章序言

1.1 选题背景及意义

随着社会的进步和发展，人们的生活方式发生着深刻的变化，城市的交通拥挤便是现象之一。城市由于运输工具的增加，造成交通挤塞或混乱，不易于人们的出行，由此人们开始去寻找高技术并且有效的方法去解决这个问题。智能化停车场应运产生，这不仅可以有效地解决乱停乱放造成的交通混乱，而且可以促进交通设施的正规化建设，同时也最大限度地减少车主汽车被盗的忧虑。

停车管理，是针对建设安全文明小区的管理需要，管理目标为物业小区内车主的汽车，小区内的长期用户为重点服务对象，以符合小区用户安全，方便，快捷的要求，同时符合物业公司管理高效，服务优质的目的。

停车场管理系统是一个以非接触式IC卡为车辆出入停车场凭证、以车辆图像对比管理为核心的多媒体综合车辆收费管理系统。该系统将先进的IC卡识别技术和高速的视频图像存储比较相结合，通过计算机的图像处理，对车辆进出停车场的保安和管理等进行全方位管理。

1.2 射频识别简介

射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别通过无线电信号读写数据以确定具体的目标，而不需要通过建立光学或机械接触连接识别系统与目标之间，它是一种通信技术。

1.2.1 RFID的发展历史

1948年哈里·斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别RFID 的理论基础。

1941～1950年雷达技术的发展催生了RFID技术，在1948年RFID技术奠

定了理论基础。

1951～1970年 RFID理论已经进入一个新的应用尝试阶段。

1971～1980年 RFID技术和产品开发处于大发展的时期，各种RFID技术测试加速，出现了一些初期的RFID应用。

1981～1990年 RFID技术及产品进入大规模生产应用阶段。

1991～2000年 RFID标准化问题越来越得到重视，RFID识别产品已逐渐成为人们生活中的一部分。

2001至今标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加多样化，成本不断下降，规模应用行业扩大。

1.2.2 电子标签RFID七大特点

RFID与传统识别技术相比，有以下优势：

（1）、形状多样化、体积小型化

RFID并不受大小和形状的限制。此外，RFID标签，以较小的和更多样化的形式发展，以适用于不同的产品。

（2）、快速扫描

条形码一次只能有一个条形码受到扫描； RFID辨识器可同时读取多个RFID标签。

（3）、可重复使用

RFID标签则可以重复地更新RFID卷标内储存的数据，比起传统条形码无法更改的缺点，RFID标签更方便信息的修改。

（4）、安全性

由于 RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。

（5）、数据的存储容量大

一维条形码的容量是 50Bytes，二维条形码容量最大可存储3000字符，RFID最大的容量则有几M。随着物品所带的资料量有不断扩大的趋势，卷标存储容量的扩大也成必然要求。

（6）、高穿透性和无障碍阅读

在被覆盖的情况下， RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条码扫描器在接近且没有物体遮挡的情况下，才可以阅读。

（7）、耐久性和抗污染性

传统条形码容易受到水、油等污染，但 RFID能很好抵抗这些物质的污染。此外，RFID是将信息存储在芯片中，比起附在包装纸上的条形码，可以免受折损。

1.3 RFID发展现状及存在的问题

1.3.1 国内外发展现状

国外：从全球的范围来看，美国已经在RFID标准的建立，相关软硬件的开发和应用领域走在世界的前列。欧洲RFID标准追上美国主导的EPCglobal标准。在封闭系统应用方面，欧洲与美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提出UID 标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走。RFID在韩国的重要性得到了加强，政府给与了高度的重视，但至今韩国在RFID 的标准上仍模糊不清。

国内：射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术，也将在中国很快地普及。可以说，我国射频识别产品市场是十分巨大的，射频识别技术应用状况还处于初级阶段，市场前景十分广阔。国内RFID研发主要集中在北京、上海等大城市。目前，上海RFID产业链已初步形成，包括上海华虹，复旦微电子，上海贝岭为代表的国内芯片设计企业，以及像上海申博这样的芯片封装厂商和上海华申为代表的电子标签终端设备厂商。北京在上游产品的自主开发方面起色不大，但在应用系统的集成方面却发展较快，该领域实华开。维深电子等企业十分活跃。在技术方面，Auto ID中国实验室依托于复旦大学，作为全球Auto ID六个实验室之一，在EPC的技术研究上保证我国与世界同步，同时又能提供本土化的支持。

1.3.2 RFID发展存在的问题

目前RFID产品识别技术还有以下问题需要克服。

(1)、技术不成熟

仅RFID标签就十几元的成本，而条形码标签的单价只有2美分。当前，全球RFID标签的年需求量约为10万片，只有超过50亿片的需求，价格才能降低到两美分。沃尔玛的RFID技术合作商Tag-istics公司总裁克里斯多夫介绍说，RFID系统一般是在美国定价2.5亿美元左右。

(2)、标准未统一

目前现有两大标准：日本UID和欧美的EPC，两大标准组织互不兼容的对抗局面，而中国也开始制定自己的RFID标准。为适应市场化需求，我们有必要建立统一的标准。

(3)、安全性有待加强

有关RFID技术的大规模应用还涉及到隐私和安全问题。目前的RFID技术要想在对信息有保密要求的领域展开应用还存在障碍。而如何不会增加太多成本，同时提高电子标签的安全性有待进一步研究。

第二章RFID技术阐述及工作流程

2.1 RFID系统的组成部分及工作原理

2.1.1RFID的基本组成部分：

标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象

阅读器（Reader）：读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为固定式或手持式；

天线（Antenna）：在标签和阅读器间传递信号。

图1 射频识别系统的基本模型图

2.1.2 RFID工作原理:

RFID的阅读器通过天线发送出某一频率的信号，当RFID标签进入磁场时，凭借感应电流所获得的能量发送出信息（无源标签，Passive Tag），或者主动发送出某一定频率的信号（有源标签，Active Tag）；然后，读写器读取信息并将解码的数据传输到中央信息系统进行有关的数据处理。

2.2 RFID系统基本工作流程

系统的基本工作流程如下：

(1) 读写器经发射天线向外发射无线电载波信号后；

(2) 当电子标签进入发射天线工作区域被激活，电子标签通过天线发出自己的信息代码;

(3) 系统的接收天线接收电子标签的载波信号，经天线的调节器向读写器发出。读写器接收到的信号解调解码，传送到电脑控制器;

(4) 电脑控制器根据逻辑运算判断不同的设置标签的合法性，做出适当的处理和控制，发出指令信号控制的执行机构的动作;

(5)执行机构按照电脑的指令动作；

(6) 通过计算机通信网络连接各监测点，构成了总量控制的信息平台，可以根据不同的软件完成要实现的功能。

第三章系统工作流程分析

3.1 智能停车场系统工作流程

射频识别系统具有其他识别系统无法比拟的优势，再加上良好的防污，抗磨损性能的射频识别系统的数据载体，这将有助于提高重用载体，提高其使用寿命，降低使用成本，因此，停车场管理系统使用射频识别系统。

停车场管理系统运行过程是顾客停车取车，停车场的工作过程也始终是用户车辆的流入和流出停车场。停车场用户一般分为普通用户和固定用户的两类。当车辆驶入/出停车天线通信区时，天线以微波通信的方式与同车的射频卡进行双向数据交换，从射频卡读取车辆的相关信息，射频卡自动识别，并判断车卡的有效性和合法性。车道控制电脑显示与射频卡的数据和信息的车牌号码和司机一个一一对应；车道控制电脑自动通过时间、车辆和驾驶员的信息存储在数据库中，车道控制计算机，根据数据进行处理做出决定释放或禁止的决策。

（1）固定用户

停车场使用者长期使用的固定用户，这些用户的停车行为，一般具有长期性，规律性，使用频率高的特点。固定用户一般指的是停车场附近的住户或者单位工作的人员，数量在一定时间内确定。

（2）普通用户

普通用户指停车场临时使用的用户，这些用户的停车行为一般都是暂时的，随机的，使用低频率低，是潜在的巨大用户群且身份不确定性。

针对停车场用户一般分为固定用户和普通用户的实际情况，系统出/入场流程也分为固定用户和普通用户的两种情况。

3.2 车辆入场分析

3.2.1、月租卡车辆入场工作流程

当持月租卡用户车辆进入入口读卡器感应范围，读卡器与射频卡建立一个信息交换系统，射频卡信息发送到读卡器，读卡器来判断射频卡的合法性和有效性，如有效则访问射频卡的ID号，发送到数据处理中心。与此同时，摄像系统和车辆识别系统将开始运行。摄取车辆图像，经车辆识别系统的分析，获得牌照信息，颜色信息，车型信息等；数据处理中心根据读卡器上传ID号，查询数据库中与此ID相关的车辆信息，数据处理中心和实时获取的信息对比，若不符合则拒绝释放，并给出告警信息和错误提示消息。此外，数据处理中心将检查这个固定卡是否已过期。如果他们符合条件，一个有效信号传送给入口控制器，抬起栏杆，用户开车进入停车区域。入口的栏杆检测到配套的车辆，检测汽车信号出现“有车 - 无车”的变化后，将栏杆放下。入口控制器接收到入口栏杆出现“抬杆—落杆”的动作后，确认本次入场过程已完成。由于月租卡与读卡器的信息交换距离，从十几米到几十米，并在空间完成，时间短，因此，当车辆进入，电围栏已解除，以实现固定用户并不停车进场。

3.2.2、普通卡车辆入场工作流程

车辆临时进入停车场，车辆在车道上，感应线圈检测到车辆的到来。将有车信号传送给入口控制器，以获得车辆到达的信号，向相关设备发出指令，启动摄像系统和车辆识别系统。通过计算机对图像处理，记录车辆牌照信息，颜色信息，车型信息等。语音提示装置会提示用户按取卡按钮，入口控制器检测卡采集的信号，通过串口给发卡机发送发卡机命令。接到命令后，发卡机发出一个普通的用户卡，刚才系统所获取的信息即于此卡ID号对应起来。同时，语音提示，提示用户取走普通卡。如果用户不取卡，在指定时间内发出将自动退回用户卡，取消入场操作。用户取走卡后，用户已经取走了卡的信号传送给入口控制器，进口控制器抬起电梯栏杆，用户开车进入停车场。入口的电动栏杆检测到匹配的车辆，检测汽车信号出现“有车 - 无车”的变化，将栏杆放下，以防止砸车事件。

3.3 车辆出场分析

3.3.1 长期卡车辆出场工作流程

持长期卡用户的车辆到达的停车场出口，获取读卡器的信息，信息发送到数据处理中心上，启动的车辆图像识别系统，并确定的用户卡和密码的有效性，并从数据中心查询资料，有关车辆的信息，并取得车辆识别信息的ID号，如果符合，则给出口控制器一个有效信号，由出口控制器抬起出口电动栏杆，用户离开停车区域，出场完成。

3.3.2普通卡车辆出场工作流程

用户驾驶车辆进入停车场离开的通道，并停在车辆检测器的出口处，车辆检测器检测到有车后，一个有效信号向出口控制器发出。开始启动摄像系统和车辆识别系统，摄取的车辆图像，经车辆识别系统的分析，获得牌照信息，颜色信息，车型信息等；用户把用户卡交给管理人员在入场时取得的，管理人员通过出口读卡机读取用户卡ID信息，并将用户卡收回循环使用。

图2 车辆入场工作流程

图3 车辆出场工作流程

第四章系统设计

系统构架设计

小区车辆管理系统主要包括：停车场出入口的读写器，一个控制中心，一个数据库和大量车卡。如图1

图1智能停车场管理系统模型

系统通过控制中心与RFID读写器之间进行通信，读取车辆RFID标签的信息，然后验证车辆的有效身份，管理车辆的出入。控制中心上的系统软件实现对车辆各种信息的采集、管理，记录出入车辆的信息。

工作原理：在入口处，车辆靠近感应线圈时，由磁感应原理可知，检测器产生触发信号通过线圈的磁通量变化，该触发信号被控制板检测到，将通过车牌摄像机摄车辆，并将照片保存到主控机中以ＪＰＧ压缩方式，同时主控机自动快速识别车辆的车牌号码，并与保存在数据库里的合法车辆进行比对，检查车牌号码的有效性。若该车辆合法，通知控制板控制道闸控制器通过RS232串口开放，车辆进入，当汽车离开感应线圈，一个触发信号由车辆检测器产生，该信号被控制板检测到后会使道闸机放下。

在出口处，当车辆经过感应线圈相应区域时，车辆检测器产生有效的触发信号，该信号表明有车辆来，同样拍摄识别该牌号码，若车辆已被确认作出出库登记，则放行。若车辆没有被确认，则系统提示请管理人员作出相应操作。车辆离开后，当汽车离开感应区域时，一个触发信号被车辆检测器产生，控制板检测到信号后，控制道闸机自动放下栏杆。

4.2 系统硬件设计

4.2.1主控机（PC机）

整个系统的核心部分是主控机。主要包括PC主板、RS232串口通信、图像采集卡、控制板、专业的识别控制软件和网卡等。

PC主板采用Intel 845系列或以上系列芯片组成的CPU P4 2.0G以上，内存容量至少256M以上，硬盘容量为80G以上；系统基于Windows2000操作系统，SQL Server的数据库管理系统。可以与其他电脑进行联网。

系统采用的图像采集卡，具有高可靠性，同时作为一个系统的图像采集设备，可以及时并且动态地监视停车场的进出口。

PC主板可把车辆检测器检测到的车辆通过状态的开关信号经过隔离输入到控制板的输入端口，主控机通过RS232从控制板的输入信号得到车辆通过和离开信号。PC主板还可将控制板的触发信号转换成控制信号，控制闪光灯。

专业的识别控制软件可触发抓拍设备采图；对采集的图片进行压缩，可存储至少俩百万张车辆图片；自动识别并存储车牌号码，同时存储车牌颜色、访问时间等信息，可进行字符训练，提高识别率；可对车辆进行自动报警；可以控制闪光灯闪光；可以管理道闸机的降落；有看门狗的功能，如果系统运行出现故障，可以自行恢复。

4.2.2抓拍设备

抓拍设备包含Charge Coupled Device(电荷耦合器件，缩写为CCD)摄像机、镜头、防护罩。

摄像机为三洋（SANYO VCC-6592P）低照度彩色摄像机，该摄像机扫描系统为PAL标准，摄像元件为1/3英寸固态图像装置CCD，分辨率水平520视频线，0.3lux 低照度，视频信噪比大于48db，电子快门可手动调整（1/50～1/10000），自动增益AGC可设置，Y/C信号输出。该摄像机性能稳定，适合于长时间工作。

镜头采用5～50mm手动调焦、自动光圈、直流驱动镜头。由于光照和目标距离变化大，一般要求使用自动光圈镜头，同时具有受到变焦功能，以体现高清的优势，

防护罩采用室外双层全天候护罩，密封性高，以避免雨水进入，还具有遮阳功能，同时配有温度继电器，在温度高时自动打开风扇冷却，低时自动加热。防护罩必须有足够的强度，安装界面必须牢固，视窗应该是清晰透明的安全玻璃,PMMA板或聚碳酸酯板,pc板也叫聚碳酸脂板。防护等级符合IP55标准。

4.2.3感应设备

感应设备包括车辆检测器和地感线圈。

车辆检测器是通过地感线圈来检测线圈区域是否有车辆存在的，系统是通过车辆检测器给的信号来判断线圈区域是否有车，然后做出是否抬降杆或者其他功能的验证。地感线圈是最可靠，最稳定的检测方式，现已被广泛应用。地感线圈采用高温导线，导体是多股软铜线，截面积为2.5m㎡。

4.2.4辅助灯光

辅助灯光主要包括金卤灯和闪光灯，用于在夜间补光。金卤灯主要是照亮出入口的周围场景，准确地拍摄车辆在夜间的特征。闪光灯可以改善夜间的图片质量，提高夜间车牌的识别率。

4．3 系统软件模块设计

图3 为车辆管理信息系统的软件体系结构，主要包括入口控制系统、车辆识别系统、用户管理系统、出口控制系统。

图4 车辆信息管理系统软件体系结构图

入/出口控制系统主要包括开启/关闭道闸。车辆检测系统主要用于检测车辆是否到达出入口和车辆是否通过道闸。发/收卡读卡系统主要读写RFID 卡，该系统与数据库配合使用，当固定用户（贴有RFID 标签）的车辆到来时，RFID 读卡器读取RFID 信息，并将此信息对比数据库里的信息， 以验证RFID 标签的有效性，同时为普通用户（没有RFID 标签）提供发/收卡服务。摄像系统记录来访车辆的信息，将为管理人员提供出入口的实时情况，方便以后信息回调，提高安全性。语音系统将给普通车主提供一些 取卡收卡的信息。数据库系统为车辆的管理提供一个行之有效的办法，尽量减少人为的参与，提高系统的效率。用户基本信息系统将提供简单的操作界面，方便管理人员使用。

车辆管理系统

入口控制系统 车辆识别系统 用户管理系统 出口控制系统

入

口

控

制 车辆检测系

统 发卡读卡系统 摄像系统

语音系统 用户基本信息 数据库系统 出口控制 车辆检测系统 收卡读卡系统

总结

本文介绍的智能化车辆管理系统，利用射频技术作为识别标签，能充分利用RFID的快速扫描和识别功能，使系统工作在最佳状态，从而具有劳动强度小，实用方便的特点。比较人工停车场管理系统，该系统非接触，自动识别，劳动强度低，具有一定的市场价值。

由于时间和其它客观上的原因，此次设计没有对系统进行收费等其他的分析，但是对设计有一个很好的理论基础。设计的最终结果是实现小区智能化车辆管理。

本次设计基本实现了所要求的各项指标，但由于欠缺时间、水平和经验，此设计在许多方面还存在着不足，比如系统的收费分析、软件设计合理性等问题，这些都还有待解决。通过本次射频课程设计，我对射频技术有了进一步的熟悉和更深入的学习，也是我认识到书本知识与实际应用的区别。在实际应用中遇到的许多问题，都需要我们具体分析，并一步步去解决它，只有不断地学习才会有不断地提高。

参考文献

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谢辞

在此论文即将完成之际，我要感谢我的指导老师侯志松老师的精心指导和大力支持，侯老师有丰富的专业知识，对工作认真负责，在百忙之中抽出时间对我耐心的指导，使我收获颇多，正是在他专业的教学指导下，我的毕业设计才得以顺利完成。在此我表示衷心的感谢！

经过本次毕业设计把我大学四年来所学的知识和能力转化为实际应用，既锻炼了实际操作能力，又使理论知识得以加强和升华，激发了创新意识。

如今，大学四年将尽，我们即将离开母校，踏上新的征程。回顾大学四年历程，老师和同学给予我太多的支持，太多的帮助。在此，我对所有老师表示感谢，并祝你们身体健康，工作顺利! 也祝我的同学事业早成，万事如意！