王 浩

(健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，江蘇太倉(cāng) 215411)

基于RFID和ZigBee技術(shù)的智能停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 浩

(健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，江蘇太倉(cāng) 215411)

針對(duì)停車(chē)場(chǎng)停車(chē)引導(dǎo)和車(chē)位管理存在的不足，結(jié)合RFID和ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在無(wú)源電子標(biāo)簽和RFID閱讀器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種與ZigBee網(wǎng)絡(luò)融合的停車(chē)場(chǎng)停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有功耗低、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，能克服傳統(tǒng)人工管理方式的弊端，提升停車(chē)場(chǎng)管理水平，滿(mǎn)足停車(chē)場(chǎng)自動(dòng)管理的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

RFID；ZigBee；網(wǎng)絡(luò)融合；停車(chē)引導(dǎo)；車(chē)位管理

目前在停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)中，RFID讀卡與后臺(tái)管理主機(jī)通常采用有線(xiàn)方式進(jìn)行連接，布線(xiàn)占用一定的空間，降低了讀卡設(shè)備部署的靈活度[1]，并為后期維護(hù)帶來(lái)一定的困難。本文設(shè)計(jì)一種無(wú)源RFID與ZigBee網(wǎng)絡(luò)融合的停車(chē)場(chǎng)停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)解決方案，充分利用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的自組織、廉價(jià)和靈活的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)的部署和維護(hù)更加簡(jiǎn)單易行。

1 總體設(shè)計(jì)

智能停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)利用RFID結(jié)合ZigBee網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，RFID用于檢測(cè)車(chē)輛進(jìn)入和離開(kāi)停車(chē)區(qū)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)包含3種節(jié)點(diǎn)用于無(wú)線(xiàn)傳送車(chē)輛檢測(cè)信息，這3種節(jié)點(diǎn)功能有所不同，車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要完成組網(wǎng)工作，接收路由節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)，并最終通過(guò)RS232接口發(fā)送到上位機(jī)；路由節(jié)點(diǎn)主要將RFID網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行解析處理；RFID網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)主要采集RFID信號(hào)和執(zhí)行控制命令[2]。該系統(tǒng)主要由入口檢測(cè)部分、出口檢測(cè)部分和車(chē)輛信息管理中心組成。將整個(gè)停車(chē)場(chǎng)劃分為幾個(gè)停車(chē)區(qū)進(jìn)行管理，每個(gè)停車(chē)區(qū)設(shè)有入口檢測(cè)和出口檢測(cè)，負(fù)責(zé)檢測(cè)本停車(chē)區(qū)的車(chē)輛數(shù)目變動(dòng)情況，并將信息發(fā)送到車(chē)輛信息管理中心。車(chē)輛信息管理中心負(fù)責(zé)接收和處理入口檢測(cè)部分和出口檢測(cè)部分發(fā)送的信息。當(dāng)接收到入口檢測(cè)部分發(fā)送的信息，說(shuō)明有車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)，系統(tǒng)開(kāi)始記錄該車(chē)輛停留時(shí)間；當(dāng)接收到出口檢測(cè)部分發(fā)送的信息，說(shuō)明有車(chē)輛離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)，系統(tǒng)停止記錄該車(chē)輛停留時(shí)間，并根據(jù)記錄結(jié)果計(jì)算停車(chē)費(fèi)用和更新系統(tǒng)存儲(chǔ)的車(chē)位信息，為司機(jī)停車(chē)提供快捷高效的引導(dǎo)服務(wù)。智能停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由無(wú)源電子標(biāo)簽、RFID高頻閱讀器、ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器、ZigBee終端以及PC上位機(jī)組成。

圖1 智能停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 RFID閱讀器主要組成

RFID閱讀器采用頻率為13.56 MHz的高頻閱讀器模塊，支持ISO14443標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的TYPEA型卡的讀寫(xiě)操作，讀卡距離為5～10 cm，主要由MCU微處理器模塊和射頻芯片模塊實(shí)現(xiàn)閱讀器的基本讀寫(xiě)功能，射頻芯片模塊采用MF522芯片，負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的編碼、解碼、調(diào)制和解調(diào)，MCU模塊通過(guò)SPI接口實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻芯片模塊的控制[3]。

RFID閱讀器模塊與電子標(biāo)簽通過(guò)射頻脈沖建立無(wú)線(xiàn)連接并完成數(shù)據(jù)交換。其工作原理是MCU微處理器通過(guò)串行口接收控制命令，控制射頻芯片與電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，完成對(duì)電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)和整個(gè)閱讀器的控制管理[4]。

2.2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)及終端節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

圖2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)采用CC2530作為主處理器，是一款真正針對(duì)IEEE802.15.4ZigBee、ZigBee RF4CE的智能能源應(yīng)用的片上系統(tǒng)解決方案[5]。芯片上還有一個(gè)完全集成的高性能射頻收發(fā)器，帶有8051MCU、8 kB RAM、256 kB閃存以及其它強(qiáng)勁的支持功能和外設(shè)，空中傳輸速率高達(dá)250 kb/s，特別適合自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域應(yīng)用。CC2530芯片內(nèi)部集成了微處理器和無(wú)線(xiàn)通信模塊，只需少量外圍元器件配合就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能，其外圍電路包括晶振時(shí)鐘電路、無(wú)線(xiàn)耦合匹配電路和電源模塊3部分，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件如圖2所示。

終端節(jié)點(diǎn)除了CC2530芯片通過(guò)RS232接口和RFID高頻閱讀器連接外[6]，其它組成部分和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)基本相同，不再贅述。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

智能停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括RFID閱讀器部分軟件設(shè)計(jì)、入口和出口檢測(cè)部分終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)和車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)。

圖3 RFID閱讀器軟件設(shè)計(jì)流程圖

3.1 RFID閱讀器部分

當(dāng)無(wú)源電子標(biāo)簽收到閱讀器的相應(yīng)命令后，讀取電子標(biāo)簽中卡號(hào)UID，控制標(biāo)簽的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)防碰撞算法，即當(dāng)有多張標(biāo)簽同時(shí)進(jìn)入閱讀器的工作范圍時(shí)，可以被依次讀取到，而不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。然后將UID打包成數(shù)據(jù)幀格式，并通過(guò)閱讀器的RS232接口發(fā)送至ZigBee終端節(jié)點(diǎn)[7]。

RFID閱讀器軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖4 入口和出口檢測(cè)部分終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)流程圖

3.2入口和出口檢測(cè)部分終端節(jié)點(diǎn)

系統(tǒng)中的停車(chē)區(qū)入口檢測(cè)部分和出口檢測(cè)部分都屬于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)，入口檢測(cè)節(jié)點(diǎn)部署在停車(chē)場(chǎng)入口處，主要工作是當(dāng)司機(jī)通過(guò)無(wú)源電子標(biāo)簽對(duì)閱讀器進(jìn)行刷卡時(shí)，讀取車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)的卡號(hào)信息，卡號(hào)長(zhǎng)度為5 B，然后將本停車(chē)區(qū)的編號(hào)和讀取到的卡號(hào)發(fā)送至車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行解析處理。同樣出口檢測(cè)節(jié)點(diǎn)也是將本停車(chē)區(qū)的編號(hào)和讀取到的卡號(hào)發(fā)送到車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行解析處理，計(jì)算進(jìn)入車(chē)輛的停留時(shí)間，同時(shí)更新車(chē)位存儲(chǔ)信息。入口和出口檢測(cè)部分終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

3.3車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的控制中心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組成、通信鏈路及路由的建立等，接收入口和出口檢測(cè)部分發(fā)送的信息，并進(jìn)行相應(yīng)的解析處理。

當(dāng)接收到入口檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的卡號(hào)和停車(chē)區(qū)編號(hào)時(shí)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)為該卡對(duì)應(yīng)的車(chē)輛建立記錄信息，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)接收到出口檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的卡號(hào)和停車(chē)區(qū)編號(hào)時(shí)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)停止對(duì)該卡對(duì)應(yīng)車(chē)輛的計(jì)時(shí)，并根據(jù)車(chē)輛停留時(shí)間計(jì)算停車(chē)費(fèi)用。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)并不能根據(jù)接收到的信息直接判斷出車(chē)輛是進(jìn)入還是離開(kāi)停車(chē)區(qū)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)每次接收到信息后，首先查詢(xún)系統(tǒng)車(chē)位信息庫(kù)里有沒(méi)有對(duì)應(yīng)的卡號(hào)，如果有，說(shuō)明車(chē)輛已經(jīng)在停車(chē)區(qū)，目前是離開(kāi)停車(chē)區(qū)，系統(tǒng)將刪除該車(chē)輛信息，并更新系統(tǒng)車(chē)位信息。

圖5 車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)流程圖

如果沒(méi)有查詢(xún)到對(duì)應(yīng)的卡號(hào)，說(shuō)明車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)區(qū)，系統(tǒng)存儲(chǔ)該車(chē)輛信息，并更新系統(tǒng)車(chē)位信息，最后通過(guò)RS232接口將信息發(fā)送至上位PC機(jī)進(jìn)行顯示。車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖6 車(chē)位信息顯示分布圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)能夠正常可靠工作，首先通過(guò)RS232串口線(xiàn)纜連接上位PC機(jī)串口和ZigBee協(xié)調(diào)器，然后系統(tǒng)通電啟動(dòng)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的通信指示燈先閃爍3次，表示建立通信網(wǎng)絡(luò)成功。隨后各個(gè)停車(chē)區(qū)終端節(jié)點(diǎn)和路由器節(jié)點(diǎn)的通信指示燈也閃爍3次，表示ZigBee無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)成功。這時(shí)通過(guò)串口調(diào)試工具顯示窗口觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖6所示。

圖6說(shuō)明入口檢測(cè)終端節(jié)點(diǎn)、出口檢測(cè)終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)以及車(chē)輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)較精準(zhǔn)，可以正常工作。

5 結(jié)語(yǔ)

基于RTID和ZigBee技術(shù)的智能停車(chē)引導(dǎo)及車(chē)位管理系統(tǒng)，有效克服了有線(xiàn)通信方式存在的弊端，降低了設(shè)備的功耗和成本。通過(guò)Zigbee的高可靠性無(wú)線(xiàn)傳輸，大大提高了閱讀器設(shè)備部署的靈活性。在閱讀器終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不需要人工操作，均由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)增強(qiáng)停車(chē)場(chǎng)管理的自動(dòng)化和智能化水平具有積極的推動(dòng)作用，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

[1]石建國(guó)，馬云輝．支持移動(dòng)響應(yīng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)呼叫系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀表，2010,16(8):60-67.

[2]李文仲，段朝玉．ZigBee2007/Pro協(xié)議棧實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009.

[3]李曉維，徐勇軍.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2007.

[4]張少軍．無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社,2010.

[5]高守瑋，吳燦陽(yáng)．ZigBee技術(shù)實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天出版社，2009.

[6]周嶺松，余春暄．基于ZigBee技術(shù)的溫濕度控制系統(tǒng)[J].電子測(cè)量技術(shù),2011,34(6):47-50.

[7]潘偉.基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2008,18(9):244-247.

(責(zé)任編輯：郎偉鋒)

DesignofIntelligentParkingGuidanceandParkingManagementSystemBasedonRFIDandZigbeeTechnology

WANGHao

(InstituteofElectricalEngineering,Chien-shiungInstituteofTechnology,Taicang215411,China)

In order to solve the existing problems of parking guidance and parking management, combined with the advantages of both RFID and ZigBee，and based on passive electronic tags and RFID reader, the parking guidance and parking management system with a ZigBee network convergence is designed. The experimental result shows that the system, which is characterized by the low power consumption and stable operation, overcomes the disadvantages of traditional artificial management mode, greatly improves the parking management level, meets the requirement of the automatic parking management and has a good application prospect.

RFID; ZigBee; network convergence; parking guidance; parking management

2013-11-26

2013年度江蘇現(xiàn)代教育研究課題(2013-R-26236)

王 浩(1971—)，男，安徽滁州人，健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)工程.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.01.004

U491.7

A

1672-0032(2014)01-0014-05