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Key Engineering Materials Vols 480-481 (2011) pp 781-785 Online:2011-06-30

copy; (2011) Trans Tech Publications, Switzerland

doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.480-481.781

基于RFID技术的无人值守停车场管理系统的研究

YANG Xiao-weia, DONG Xue-renb, MA Yu-zhenc, LIU Feng-nand

School of Mechanical Engineering, University of Jinan, Jinan, 250022, China

ayang_xiao_wei_2008@126.com, bkjcdxr@ujn.edu.cn, cme_mayz@ujn.edu.cn,dfengnan33@163

关键词:射频识别；停车场；阅读器；应用软件

摘要：本文对RFID技术在停车场管理系统中的应用进行了研究。该系统采用RFID技术与后台应用软件相结合的方案，其前端采用Visual basic 6.0进行应用程序开发，后台对数据管理工作进行访问数据库。它通过RFID模块收集ID信息，然后使用计算机软件技术收取费用，即使车辆不停止。这样，系统实现了管理和收费的自动化。此外，本文还介绍了RFID的硬件组成部分、工作原理、阅读器和控制设备的安装方法(PC)、系统软件设计、软件数据采集的开发过程。

简介

近年来，RFID技术发展迅速，并被广泛应用作为数据采集的有效工具。由于其对物体的识别性、数据采集功能和良好的特点，RFID技术被广泛应用于图书馆、餐厅、生产线、交通管理等各个领域。本文研究了RFID技术在停车场管理中的应用。利用RFID技术获取数据，结合后台应用软件实现其功能。RFID是射频识别的缩写。一套完整的RFID系统由阅读器、电子标签和天线三部分组成 [1] 。在过去的时间里，系统里存在的条形码已经被今天的电子标签代替。它最大的优点是可以自动读取信息，省去人工扫描大量信息所需的劳动。首先，它通过RFID设备收集汽车进入停车场的信息；然后自动扣除停车费，生成查询报告并通过后台应用软件打印。使用该系统无需停车就可以收取费用，即在没有管理人员的情况下实现了停车管理。

基于RFID技术的监控系统结构

本课题介绍的该系统的解决方案基于RFID技术。该系统主要包括数据采集设备、中间件、应用软件等多个模块。作用原理如下:首先,RFID阅读器设备应该安装在公园的入口和出口,已经在系统里注册过并且可以远距离反复读写的电子标签，必须固定在车辆上的固定位置。因此，当这些车辆经过这些位置时，RFID阅读器可以读取这些车辆的ID号，并实时将信息反馈给数据库管理系统。然后，后台应用软件对ID号进行判断，并进行进一步的处理。其总体结构如图1所示：

图1 系统结构

系统硬件设计和现场安装

数据采集系统由标签、阅读器和天线组成。RFID技术的基本工作原理如下:标签在进入磁场时接收来自阅读器的射频信号。然后，利用从诱导电流(被动标记)获得的能量，或在某些频率主动(主动标记)中传输信号，将存储在芯片中的生产信息发送出去。阅读器将相关数据发送到中央信息系统。在读取和解码信息后进行处理。EPC是一个16位的存储格式，因此每次可以读取或写入两个字节[2]。

在本次研究课题中，我们使用的是无源高频电子标签，其工作频率为915MHz。内部结构可分为四个模块:天线、控制模块、存储、收发模块。它的标准符合EPC Class1 Gen2协议，它的内存分为四个内存块中，分别是Reserved、EPC、TID和User[3]。Reserved区域可以存储Kill Password和Access密码，其最大存储为4字节的数据。TID区域可以存储多达20字节的数据,每个标签都有一个惟一的ID号码存储在TID区域并不能改变，这是因为该标签已经在离开工厂之前完全打包好了。User区域的最大存储是由存储用户定义的44字节数据。此外，EPC区域可以存储车辆ID号，它可以存储多达12字节的数据。

读写器可以读取和写入标签信息，并通过天线与电子标签通信[4]。阅读器的内部结构分为四个模块:天线、读写模块、控制模块、接口模块。在本次研究课题中，我们采用的读写器频率是915MHz，它的读数范围是1到12米。该阅读器使用双偏振模式读取卡片，当读取一个64位的ID号标签时所需的时间小于6mS。其工作模式可分为感应式、外部触发控制或软件发送顺序。

阅读器是由PLC控制的，它必须完成与PLC的通信以实现其功能。阅读器与PLC依靠Wiegand通信协议实现连接。Wiegand接口通常由3根线组成:Date0、Date1和 Return。Date0和Date1应连接到MCU上的两个中断引脚上，它们使用中断模式接收可靠的数据。D0和D1在没有数据输出的情况下保持 5 V的高电压。如果输出为0，则D0变为0V的低电压;如果输出是1,D1就变成了0V的低电压。如图2所示:

图2 数据传输脉冲图

阅读器安装位置与控制设备(PC)之间的距离应尽可能小，从阅读器安装位置到阻挡门的直线距离不超过1米。更重要的是，在阅读器和标签的位置之间不应该有任何遮蔽物。阅读器的安装样式看起来像一个“1”功能，其优点是读取距离更短，安装更方便。需要安装阅读器的磁极直径为50至60毫米，其长度为2.2米。一般来说，阅读器中心与车道高度之间的高度约为2.0米，而读取标签的最长直线距离为0.5到10米，以覆盖入口地面或退出地回路。当车辆以小于30公里/小时的速度通过读卡器区域时，阅读器可以从标签上读取信息，以实现不停车的收费。如图3所示。

此外,阅读器的方位应该进行调整,以确保天线和水平面是60~75°，天线在驱动方向偏移的角度是30 ~ 40°,如图4所示:

图3 现场阅读器安装示意图 图4 阅读器方位调整示意图

系统软件设计

从阅读器传输的数据其格式与后台软件不一致，所以不能被应用软件直接使用。此外，阅读器和应用软件之间也存在兼容性问题。因此，我们使用中间件来解决上述问题。应用程序端中间件提供的一套通用应用程序编程接口(API)可以实现与RFID阅读器的连接。在本次课题中，阅读器基于Wiegand通信协议来保持与计算机的通信。我们使用编程应用程序语言来实现读写器对电子标签的读写功能，我们还可以使用动态库来简化编程过程。

应用软件是一个管理系统，根据实际情况采集和记录进入园区的车辆的实时数据。在系统的前端，我们使用Visual Basic 6.0进行应用程序开发。Visual Basic 6.0是一个应用程序开发工具，在Windows环境中应用广泛，功能强大，效率高;该系统的后台下，采用Access数据库管理软件进行数据管理工作。

基于Visual basic 6.0编程工具的停车场管理系统可以分为六个部分,包括登录管理、记录管理、卡片管理、记录查询、统计报表,如图5所示。

图5 停车管理系统方框图

我们以文件管理表为例，说明在Access数据库中创建表的过程。表的内容包括车辆ID号、用户名、联系方式、车辆类型、注册卡时间、余额。

在卡的管理模块中，首先要对车辆的ID号进行编码。然后把它写入IC卡中，同时卡中的信息也可以读取。以十六进制ASCLL代码“00 B1 8D 003310 00 56 16 70 69 B7”为例，“00 B1 8D”代表车辆的ID号，“003310”是区域代号，“7069 B7”代表车辆来自的省。然后，通过软件编程实现数据写入和读取功能。其功能集如下:1.标签识别:阅读器在天线辐射范围内寻找标签，读取EPC；2.读取数据:从指定的起始地址读取数据长度；3.写入数据:将指定的数据字节写入到标记的指定地址。设置界面如图6所示。

用上面的方法写入卡片比较慢，因为用发卡的方式写数据要花很长时间，所以我们设计了一种适用于大容量写卡的快速书写卡片的方法。该方法的写入数据包括两种方法，即十进制和十六进制，两种方法可以自动转换。虽然有两种方法，我们只需要填充其中一个方法，然后它将以十六进制格式写入EPC区域的前三个字节。点击“写标签”按钮，可以写入数据。在此之后，十进制和十六进制文本框的数据将自动添加1，便于继续进行写入数据的操作。当写入数据时，您可以单击“标签标识”按钮，然后附近的文本框将显示刚刚写入的数据，因此您可以看到刚刚编写的数据是否正确。设置界面如图7所示:

图6 读写数据图 图7 批量卡片书写示意图

数据采集软件的开发流程

在本次课题中，我们使用Visual Basic 6.0来进行管理系统前台的应用程序开发。它主要包括三个模块: 数据管理、数据采集和数据查询。本文介绍了在入口和出口中数据采集的编程过程。数据采集过程如图8所示:

图8 数据采集流程图

从上面的流程图中，我们可以看到系统软件的主要流程。首先，主程序对系统进行串口选择，然后进行在线操作。如果在线操作成功，它将显示在线成功，否则将再次运行。然后我们必须设置阅读器。在此之后，可以通过调用Open_Port()函数打开串行端口；下一步是通过调用Read_Serial_Num ()函数来读取设备编号；我们通过调用Identify_6C()函数去识别卡号，以此来确认设备密码和卡密码；到目前为止,阅读器可能会继续进行读,写,初始化以及其他操作。如果卡中读取数据, 我们必须调用Read_6C()函数；最后, 终止卡操作，使用Close_Port()函数来关闭串口，退出程序。

收集的数据的处理

通过读写设备采集数据后，后台应用软件对ID号进行判断，如果该ID号是合法注册，系统将在数据库中存储该ID号的内容，并自动扣除停车费;如果该ID号未被合法注册，系统将把该ID号记录在黑名单中，以便于管理员查询和处理[5]。判断方法如图9所示。应用软件中合法ID号的接口如图10所示:

图9 采集数据判断图 图10 合法数据接口界面

结论

本文简要介绍了基于RFID技术的无人值机管理系统。利用射频识别技术不仅可以大大节省人力，还可以清楚地区分车辆进入停车场的车辆ID是否为合法注册ID号，以便对这些车辆进行进一步的处理，然后系统会自动对车辆进行收费，并将非法ID号列入黑名单，以便管理人员查询和处理。因此，该系统是一个很好的自动收费管理系统。

References

[1] G.H. ZOU:Design of Handset Radio Frequency Reader(Dalian University of Technology, Dalian

2006).

[2] HX.SUN,R.XUE:submitted to Journal of Information Technology vol. 9(2008), p.59-60.

[3] X.WANG: submitted to Journal of Modern Electronic Technology vol. 3(2007), p.81-82.

[4] Y.M.XIANG, G.Q. SHU, J. WANG: submitted to Journal of Anhui University Natural Science

Edition vol. 28 No. 5(2004), p.45-50.

[5] Information on http://www.cnawer.com/_d269020819.htm

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