基于RFID的智能停車場管理系統(tǒng)設(shè)計

1、基于RFID的智能停車場管理系統(tǒng)設(shè)計1 .引言隨著中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市汽車的擁有量不斷增加，汽車在給人們帶來交通快 捷方便的同時，由于停車管理不善等問題也給人們帶來了諸多不便。為滿足人們生活和 工作環(huán)境更科學(xué)、更規(guī)范的要求，管理高效、安全合理、快捷方便的智能停車場管理系統(tǒng) 己成為許多大型綜合性建筑物和居民小區(qū)必備的配套設(shè)施。地處繁華地帶的許多高級公寓、 大型娛樂場所、賓館、辦公樓、球場等停放汽車較多，車流量大，為了保證車輛安全和交 通方便，迫切需要采用自動化程度高、方便快捷的停車場自動管理系統(tǒng)，提高停車場管 理水平。停車場是城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，停車場與一般商品不同，具有三 個特

2、點：一是不可存儲性，表現(xiàn)在非高峰時段容量過剩，高峰時段容量不足；二是不可運 輸性，體現(xiàn)在無法實行空間上的調(diào)節(jié)，如不能把邊緣地區(qū)停車場的剩余容量輸送到中心城 區(qū)去；三是作為社會資源的有限性，從常識的角度來講，一輛車至少要占用一個停車位， 停車位的總需求是剛性的。本文提出一種基于RFID的智能停車場管理系統(tǒng)設(shè)計。2 .射頻識別技術(shù)介紹射頻識別技術(shù)(RFID)是從20世紀80年代起走向成熟的一種自動識別方 式。它具 有很多突出的優(yōu)點：RFID技術(shù)不需要人工干預(yù)，不需要直接接觸、不需要光學(xué)可視即可 完成信息輸入和處理，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運動物體并可同時識別多個 標簽，操作快捷方便，實現(xiàn)了

3、無源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無機械磨損，壽命長，機 具無直接對最終用戶開放的物理接口，能更好地保證機具的安全性；數(shù)據(jù)安全性能高，除 標簽的密碼保護外，讀寫器和標簽之間也可互相認證，實現(xiàn)安全通信和存儲等。2.1 RFID系統(tǒng)的構(gòu)成射頻識別系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器、計算機通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成，如圖1所 示。瀆丐器說據(jù)輸入時鐘電源汝臺旅射 頒 模 塊計訃機通信網(wǎng)標簽線電池圖1射頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖(1)電子標簽:在需要識別的物品(物電子標簽存儲著需要被識別物品(物體)的相關(guān)信息，通常被放:體)上，它所存儲的信息通?？杀簧漕l讀寫器通過非接觸方式讀/寫獲取。(2)讀寫器讀寫器是可以利用射頻技術(shù)讀/寫電子標簽

4、信息的設(shè)備。讀寫器讀出的標簽 信息可以 通過計算機以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行管理和信息傳輸。(3)計算機通信網(wǎng)絡(luò)在射頻識別系統(tǒng)中，計算機通信網(wǎng)絡(luò)通常用于對數(shù)據(jù)進行管理，完成通信傳 輸功能。讀寫器可以通過標準接口與計算機通信網(wǎng)絡(luò)連接，以便實現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)傳輸功能。2.2 RFID系統(tǒng)的基本模型射頻識別系統(tǒng)的基本模型如圖2所示。電子標簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射 頻信號的空間(無接觸)耦合；在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交 換。諫頭數(shù)據(jù)電子標簽圖2射頻識別系統(tǒng)的基本模型圖2.3 RFID系統(tǒng)基本工作流程射頻識別系統(tǒng)的基本工作流程如下：(1)讀寫器將無線電載波信號經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)射；(

5、2)當電子標簽進入發(fā)射天線的工作區(qū)時、電子標簽被激活，將自身信息的代碼經(jīng)天線發(fā)射出去；(3)系統(tǒng)的接收天線接收電子標簽發(fā)出的載波信號，經(jīng)天線的調(diào)節(jié)器傳輸給讀寫器。讀寫器對接收到的信號進行解調(diào)解碼，送往后臺的電腦控制器；(4)電腦控制器根據(jù)邏輯運算判斷標簽的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)的動作；(5)執(zhí)行機構(gòu)按照電腦的指令動作；(6)通過計算機通信網(wǎng)絡(luò)將各個監(jiān)控點連接起來，構(gòu)成總控信息平臺，可以根據(jù)不同 的軟件來完成要實現(xiàn)的功能。3 ,智能停車場管理系統(tǒng)設(shè)計3. 1智能停車場與傳統(tǒng)停車場比較傳統(tǒng)的停車場管理系統(tǒng)重點均放在計費、收費管理功能上，關(guān)注的是各個車輛

6、進出的 時間以便于收費，而在停車場的安全性、運行效率和針對顧客的人性化 要求方而考慮得較 少。針對目前現(xiàn)狀，我們提出了智能停車場管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)車輛自動識別和信息化管理， 提高車輛的通行效率和安全性，并統(tǒng)計車輛出入數(shù)據(jù)，方便管理人員進行調(diào)度，以減輕管 理人員的勞動強度，從而提高工作效率。該停車場管理系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)停車場管理系統(tǒng) 的所有功能，又以原有收費介質(zhì)為依托，對管理介質(zhì)進行了改進。當車輛進入停車場時， 系統(tǒng)自動攝取車輛圖像，經(jīng)計算機處理后得到車輛型號信息、車輛牌照信息、車輛顏色 信息，并將這些信息與用戶卡唯一的對應(yīng)起來一同存入數(shù)據(jù)庫中。當車輛駛離停車場時, 用戶卡、車牌號碼或車輛圖像等相

7、關(guān)指標匹配后才能放行。本系統(tǒng)采用“一車一卡一位” 的管理模式，即從車輛進入停車場一直到車輛駛離停車場，與這輛車相關(guān)的所有數(shù)據(jù)均 與卡的ID號唯一相關(guān)，通過這個唯一的ID號，我們可以將諸如用戶信 息、車輛型號信 息、車輛牌照信息、車輛顏色信息、車輛圖像、車輛進出場時間、停車時長、指定停 車位編號、泊車路徑、應(yīng)繳費用等信息在數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一起來，便于查詢和存儲。這樣便使 收費管理、泊車引導(dǎo)和車輛識別安全監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息建立在同一個數(shù)據(jù)平臺上，從 而將各子系統(tǒng)有效的集成為一個統(tǒng)一的停車場智能管理系統(tǒng)。3.2智能停車場系統(tǒng)工作流程射頻識別系統(tǒng)有著其他識別系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，再加上射頻識別系統(tǒng)中數(shù)據(jù)載體

8、 的防污、防磨損性能很好，這有利于提高載體的重復(fù)使用率，增加其使用壽命，減少使 用成本，因此智能停車場管理系統(tǒng)我們采用射頻識別系統(tǒng)。圖3所示為智能停車場管理 系統(tǒng)示意圖：停車場管理系統(tǒng)運行過程是以顧客停車取車的過程為基礎(chǔ)的，停車場的工作 流程也始終以用戶車輛進出停車場的流程為中心。停車場用戶一般分為臨時用戶和固定用 戶兩大類。當車輛駛?cè)?出停車場天線通信區(qū)時，天線以微波通訊的方式與車載射頻卡進 行雙向數(shù)據(jù)交換，從射頻卡上讀取車輛的相關(guān)信息，自動識別射頻卡并判斷車卡是否有效 和合法性，車道控制電腦顯示與該射頻卡一一對應(yīng)的車牌號碼及駕駛員等資料信息；車 道控制電腦自動將通過時間、車輛和駕駛員的有關(guān)

9、信息存入數(shù)據(jù)庫中，車道控制電腦根 據(jù)獨到的數(shù)據(jù)進行判斷來做出放行或禁止的決策。(1)臨時用戶臨時用戶是指臨時使用停車場停車的用戶，這類用戶的停車行為一般具有臨時性，隨機性，使用頻次低的特征。臨時用戶潛在數(shù)量龐大且身份不確定。(2)固定用戶固定用戶是指長期固定使用停車場停車的用戶，這類用戶的停車行為一般具有長期性、 規(guī)律性、使用頻次高的特征。固定用戶一般是停車場附近單位的工作人員或生活區(qū)的住戶， 數(shù)量在一定時間內(nèi)是確定的。針對停車場用戶一般分為臨時用戶和固定用戶的實際情況， 系統(tǒng)出/入場流程也分為臨時用戶和固定用戶的兩種情況。出 lilVMK白動迫匐年精心得發(fā)9 3智能停車場管理系統(tǒng)示意圖3.

10、2. 1 .臨時車輛入場工作流程牛睛懵幫器臨時車輛進入停車場時，設(shè)在車道下的車輛感應(yīng)線圈檢測到車輛的到來。將有車信號 傳送給入口控制器，入口控制器獲取車輛到來的信號后，向相關(guān)設(shè)備發(fā)出指令，啟動攝像 系統(tǒng)和車輛識別系統(tǒng)。經(jīng)計算機對圖像進行處理后，記錄車輛的牌照信息、顏色信息、車 型信息等。語音提示設(shè)備提示用戶按動取卡按鈕，入口控制器檢測到取卡信號后，通過串 口給發(fā)卡機發(fā)送發(fā)卡命令。發(fā)卡機接到命令 后，發(fā)出一張臨時用戶卡，剛才系統(tǒng)所獲取的信息即與此卡的 ID號對應(yīng)起來。同時語音提示器提示用戶取走臨時卡。如果用戶在規(guī)定時間內(nèi)不取卡，發(fā)卡機將自動吞回 用戶卡，入口控制器取消此次入場操作。用戶取走卡后，

11、發(fā)卡機發(fā)出用戶已取走卡的信號 給人口控制器，入口控制器抬起欄桿，用戶駕車駛?cè)胪＼噲?入口電動欄桿檢測到配套車輛 檢測器信號出現(xiàn)有車一無車”變化后，才自動將欄桿放下，以杜絕砸車事件的發(fā)生。入口 控制器接收到入口欄桿出現(xiàn)抬桿一落桿的動作后，確認本次入場過程已經(jīng)完成。322.長期卡車輛入場工作流程當持長期卡的用戶車輛進入入口讀卡器的感應(yīng)范圍時，讀卡器即與射頻卡之間建立起信息交換系統(tǒng)，射頻卡向讀卡器發(fā)送卡信息，讀卡器判斷射頻卡的合法性和時間 有效性，如有效則獲取射頻卡的ID號，并將其上送至數(shù)據(jù)處理中心。同時、攝像系統(tǒng)和車 輛識別系統(tǒng)將啟動。攝入車輛圖像，經(jīng)車輛識別系統(tǒng)分析后，獲得牌照信息、顏色信息、

12、車型信息等；數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)讀卡器上傳的ID號，查詢數(shù)據(jù)庫中與此ID號相關(guān)的車輛 信息，并與剛才實時獲取的信息進行比對，若不符合則拒絕放行，同時給出告警信息和出 錯提示信息。另外，數(shù)據(jù)處理中心還會檢查此固定卡是否過期。若符合條件，則給入口控 制器一個有效信號，抬起欄桿，用戶駕車駛?cè)胪＼噲?。入口電動欄桿檢測到配套車輛檢測 器信號出現(xiàn)有車一無車”變化后，將欄桿放下。入口控制器接收到入口欄桿出現(xiàn)抬桿一落桿”的動作后，確認本次入場過程已經(jīng)完成。山于長期卡與讀卡器的信息交換距離在 從十幾米 到數(shù)十米，并且都是在空間里完成的，時間花銷短，所以當車輛到達入口時、電動欄桿已 經(jīng)抬起，這樣便實現(xiàn)了固定用戶的不停

13、車操作。車輛入場工作流程如圖4所示：3.2.3 .臨時車輛出場工作流程用戶駕駛車輛進入停車場離場通道，停在出口處，車輛檢測器檢測到有車后，向出 口控制器發(fā)出有車信號。攝像系統(tǒng)和車輛識別系統(tǒng)啟動，攝入車輛圖像，經(jīng)車輛識別系 統(tǒng)分析后，獲得牌照信息、顏色信息、車型信息等；用戶將入場時取得的用戶卡交給管理 人員，管理人員通過出口讀卡機讀取用戶卡ID信息，并將用戶卡收回循環(huán)使用。數(shù)據(jù)中 心通過檢索數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)ID號，獲得該用戶卡的類型（臨時卡）、入場時間，并查詢 數(shù)據(jù)庫中與此ID號相關(guān)的車輛信息，與剛才實時獲取的信息進行比對，若不符合則拒絕 放行，并給出告警信息和出錯提示信息。若符合，數(shù)據(jù)中心根據(jù)車輛

14、在場內(nèi)停留時間和 計費費率，計算出用戶應(yīng)繳費額，同時顯示在金額顯示器屏幕上，語音提示設(shè)備提示用 戶應(yīng)繳納的金額，用戶交納相應(yīng)費用后，管理人員將通過出場控制器打開出口電動欄桿， 用戶駕車駛出停車場。出口電動欄桿檢測到配套車輛檢測器信號出現(xiàn)“有車一無車”變 化后，自動將欄桿放下。計算機接收到出口欄桿出現(xiàn)“抬桿一落桿”動作后，確認本次 出場過程已經(jīng)完成，將先前獲得的用戶卡號、入場時間、出場時間保存到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中 備查，完成一次出場過程。3. 2. 4.長期卡車輛出場工作流程持長期卡用戶的車輛到達停車場出口時:讀卡器獲取該卡的信息，將信息上送到數(shù) 據(jù)處理中心，啟動車輛圖像識別系統(tǒng)，判斷用戶卡的有效性和

15、密碼，并將數(shù)據(jù)中心查詢 到的信息與此ID號相關(guān)的車輛信息與車輛識別系統(tǒng)獲取的信息進行比對，如果符合，則 給出口控制器一個有效信號，由出口控制器控制抬起出口電動欄桿，用戶駕車離開停車場， 完成一次出場過程。車輛出場工作流程如圖5所 示：圖5車輛出場工作流程3. 3智能停車場管理系統(tǒng)設(shè)計由系統(tǒng)功能需求分析就可以確定系統(tǒng)的外部實體，根據(jù)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)外部實體，我們就可以從總體上對停車場管理系統(tǒng)進行設(shè)計。智能停車場管理系統(tǒng)設(shè)A停車場數(shù)據(jù)中心車輛檢測系統(tǒng)發(fā)卡讀卡系統(tǒng)車輛識別信息提示超聲波車位檢測LE D示系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)報警系統(tǒng)計費收費出 控 制車輛檢測系統(tǒng)收卡讀卡系統(tǒng)計如圖6所示:圖6智能停車場管理系統(tǒng)人

16、口控制系統(tǒng)車輛識別系統(tǒng)車位引導(dǎo)系統(tǒng)安全監(jiān)控系統(tǒng)用戶管理系統(tǒng)出口控制系統(tǒng)入口控直ar數(shù)黑中心四、車位引導(dǎo)子系統(tǒng)原理通過安裝在每個車位上方的超聲波車位探測器，實時采集停車場的各個車位的車輛 信息。連接探測器的節(jié)點控制器會按照輪詢的方式，對所連接的各個探測器信息進行收集， 并按照一定規(guī)則將數(shù)據(jù)壓縮編碼后反饋給中央控制器，由中央控制器完成數(shù)據(jù)處理，并將處理后的車位數(shù)據(jù)發(fā)送到停車場各個LED指示屏進行空車位信息的顯示，從而實現(xiàn)引導(dǎo)車輛進入空余車位的功能。系統(tǒng)同時將數(shù)據(jù)傳送給 計算機，由計算機將數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用戶可通過計算機終端查詢停車場的實時 車位信息及車場的年、月、日統(tǒng)計數(shù)據(jù)。功能原理圖（無

17、線通訊）1、車位引導(dǎo)子系統(tǒng)組成超聲波車位探測器安裝在每個車位的正上方，采用超 聲波測距的工作原理采集停車場 的實時車位數(shù)集，并將采集信息通 過RS-485通訊反饋到車位顯示燈 及節(jié)點控制器。1:作電壓DC 24VI?作電流10mA通訊方式RS485 TCP/IP檢測距離0. P3. 5m通訊距離w 1000m通訊速率9600bps工作溫度-20'80 C工作電壓DC5VI：作電流20MALED燈珠數(shù)6紅6綠外殼材料ABS匚作溫度-50 C +80c可視角度360 °可視距離>50m安裝在每個車位的前方，用于顯 示當前車位狀態(tài)。當指示燈為綠 色時，表示車位為空車位；當指

18、示燈為紅色時，表示車位上有車 輛停泊。中央控制器（普通版）節(jié)點控制器是超聲波車位探測系統(tǒng) 的中間層，用于對超聲波探測器進 行分組管理，循環(huán)檢測所轄探測器 的信息，并將有關(guān)信息傳到中央控 制器。一個節(jié)點控制器可以控制40-64 個車位探測器。中央控制器是整個系統(tǒng)的核心，主 要用于負責整個停車場車位信息的 采集與數(shù)據(jù)處理，并將處理結(jié)果反 饋到LED引導(dǎo)屏進行車位信息的顯 示。一個中央控制器最多可以控制 64個節(jié)點控制器。工作電壓DC 24V通訊距離<1200m通訊方式RS485 TCP/IP Wifi容量40-60 個工作溫度-20 +80 C工作電壓DC 5V通訊方式RS485 TCP/I

19、P通訊距離<1000m工作溫度-20 +80 C中央控制器（高級版）可選無線MESH設(shè)備無單點故障工作電壓DC 5V通訊方式RS485 TCP/IP通訊距離<1000m工作溫度-20 +80 C高級版中央控制器內(nèi)置B/S架構(gòu)車 位引導(dǎo)系統(tǒng)軟件，可以直接儲存車 場的數(shù)據(jù)，并可在任意電腦終端通 過明畫面進行查詢及下載。工作電壓通訊方式室內(nèi)LED引導(dǎo)屏空車位Lota Avai table0004戶外LED引導(dǎo)屏400停車引導(dǎo)系統(tǒng)管理軟件2、系統(tǒng)產(chǎn)品配置表快速組網(wǎng)、靈活組網(wǎng)高 性能和非視距傳輸高 速移動支持與現(xiàn)有網(wǎng) 絡(luò)的融合接收中央控制器的車位信息，用數(shù)字和文字形式實時顯示所連 接區(qū)域當前

20、空閑車位數(shù)量，可 24小時全天候使用。內(nèi)部程序 還可以根據(jù)用戶要求隨時修改， 顯示用戶需要的其他信息 戶外LED顯示屏由高亮度戶外LED 模塊、驅(qū)動電路、控制電路、支架 等部分組成。它接收中央控制器的 車位統(tǒng)計信息，用數(shù)字和文字形式 實時顯示當前停車場空閑車位數(shù)量, 可24小時全天候使用。內(nèi)部程序還 可以根據(jù)用戶要求隨時修改，顯示 用戶需要的其它信息。軟件中嵌入了車位電子地圖，可以 直觀地實時反映停車場車位使用情 況，操作員可直接 根據(jù)電子地圖來 監(jiān)控車場狀況，對于錯停車位的車 輛，支持手動改寫其停車位，以調(diào) 整車位實占情況。通訊距離工作溫度工作電壓DC 5V通訊方式RS485 TCP/IP Wifi輝度300cd/m2單字尺寸122x122mm每字像素16