重慶第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息工程系 秦 瑜 程 丹 李 志

基于RFID技術(shù)的智能無(wú)人駕駛停車(chē)系統(tǒng)研究

重慶第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息工程系 秦 瑜 程 丹 李 志

為了解決日益增長(zhǎng)的停車(chē)空間不足，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的智能無(wú)人駕駛停車(chē)演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別，通過(guò)2.4G無(wú)線模塊傳輸識(shí)別信息，并采用STM32L053單片機(jī)作為智能車(chē)板主控制芯片，可實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)停入（取出）車(chē)位和自動(dòng)收費(fèi)等功能。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)，能夠有效提升停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平，具有廣闊的應(yīng)用前景。

RFID；智能停車(chē)；無(wú)人駕駛

0 引言

當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，物品智能化的快速推進(jìn)，任何事物的運(yùn)用都在需求自己的科技革新。同樣停車(chē)場(chǎng)作為我們生活中必不可少的設(shè)施，它的科技革新將提高我們的生活質(zhì)量。傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)方法和車(chē)庫(kù)管理是限制停車(chē)場(chǎng)發(fā)展的根本難題[1-2]。

本文設(shè)計(jì)了一種基于RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）技術(shù)的智能無(wú)人駕駛停車(chē)系統(tǒng)，并以實(shí)際工作流程為例展示了系統(tǒng)程序的響應(yīng)。該系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有的停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，并增加了一些實(shí)際可行的功能。這將解決現(xiàn)有停車(chē)場(chǎng)找車(chē)位難，找車(chē)耗時(shí)長(zhǎng)，收費(fèi)繁瑣（人工收費(fèi)）等問(wèn)題，能夠幫助司機(jī)方便、快速地找到停車(chē)位，以此節(jié)約大量時(shí)間。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 整體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要包括兩部分：停車(chē)位管理子系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)停車(chē)信息管理系統(tǒng)。停車(chē)位管理子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了各停車(chē)場(chǎng)的智能停車(chē)和成本管理。網(wǎng)絡(luò)停車(chē)位信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了每一個(gè)停車(chē)場(chǎng)的停車(chē)位信息綜合管理。

停車(chē)位管理子系統(tǒng)利用射頻識(shí)別標(biāo)簽管理停車(chē)場(chǎng)，包括：出入口控制模塊、無(wú)人駕駛模塊、停車(chē)位定位檢測(cè)模塊、無(wú)線通信模塊。停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)

1.2 硬件設(shè)計(jì)

（1）出入口控制模塊

出入口控制模塊由出入口刷卡盒子和舵機(jī)盒子組成。入口刷卡盒子中包含有RFID 13.56MHz模塊、STM32L053精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板、WT588D語(yǔ)音芯片、LCD501液晶模組、紅外探測(cè)傳感器、精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板轉(zhuǎn)接板、方形喇叭、按鍵等組成。舵機(jī)盒子由舵機(jī)和紅外傳感器組成。

（2）無(wú)人駕駛模塊

本模塊采用STM32F103單片機(jī)作為智能車(chē)板的控制中心，主要包括以下模塊：控制器模塊、循跡模塊、路程計(jì)量模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障模塊等。車(chē)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡、檢測(cè)障礙物、顯示車(chē)板的行駛路程和行駛時(shí)間等功能。其中路線識(shí)別裝置采用自制式反射紅外傳感器，顯示裝置采用LCD12864，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直流電機(jī)，電源裝置采用單片機(jī)與電機(jī)單獨(dú)供電的方式[3-5]。

（3）停車(chē)位定位檢測(cè)模塊

該模塊安裝在車(chē)場(chǎng)內(nèi)每個(gè)停車(chē)位上，用于檢測(cè)汽車(chē)的停車(chē)位信號(hào)，并送至智能車(chē)板作相應(yīng)處理。定位檢測(cè)模塊采用HC-SR04超聲波測(cè)距模塊，可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)3mm[6]。該模塊由超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路組成，采用I/O口TRIG觸發(fā)測(cè)距，模塊自動(dòng)發(fā)送和檢測(cè)信號(hào)。

（4）無(wú)線通信模塊

系統(tǒng)采用nRF24L01無(wú)線模塊進(jìn)行通信，通過(guò)IC卡和車(chē)位監(jiān)控系統(tǒng)共同作用，執(zhí)行停車(chē)場(chǎng)大門(mén)的開(kāi)閉功能。它利用射頻方式在非接觸式射頻IC卡和讀寫(xiě)器之間進(jìn)行無(wú)線雙向通信，完成目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換，而卡上的電路的工作電源由讀寫(xiě)器發(fā)出的電磁波能量提供[7-8]。

通過(guò)該模塊，主機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)接收刷卡系統(tǒng)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)，同時(shí)獲取上位機(jī)指令，并將其傳達(dá)給小車(chē)和刷卡系統(tǒng)，使小車(chē)獲得行駛指令，并完成扣費(fèi)，使舵機(jī)放行等動(dòng)作。

2 智能無(wú)人駕駛停車(chē)場(chǎng)模型測(cè)試

模型介紹：

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，模型主要分別三大模塊：出入口車(chē)輛檢測(cè)、上位機(jī)控制端口以及智能小車(chē)部分。該模型的架構(gòu)圖如圖2所示，其中上位機(jī)控制端口、入口車(chē)輛檢測(cè)、出口車(chē)輛檢測(cè)三部分之間通過(guò)無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 智能無(wú)人駕駛停車(chē)場(chǎng)模型

（1）出入口車(chē)輛檢測(cè)

該模塊通過(guò)RFID技術(shù)獲取通過(guò)車(chē)輛的牌照號(hào)、車(chē)型、所屬用戶和銀行專(zhuān)用賬戶等數(shù)據(jù)，并將攝像機(jī)獲取的車(chē)輛牌照?qǐng)D像數(shù)字化處理后與車(chē)載信息卡的牌照核對(duì)。若牌照相符且為合法車(chē)輛，其通行費(fèi)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從用戶開(kāi)戶行的專(zhuān)用賬戶中自動(dòng)繳納。

（2）上位機(jī)控制端

上位機(jī)控制端口部分主要由主機(jī)處理系統(tǒng)、上位機(jī)應(yīng)用軟件、無(wú)線通信nRF24L01模塊組成，用于實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)之間的通信。其中，主機(jī)處理系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)接收刷卡系統(tǒng)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)，同時(shí)獲取上位機(jī)指令，并將其反饋給小車(chē)和刷卡系統(tǒng)。這時(shí)小車(chē)獲得行駛指令，系統(tǒng)完成扣費(fèi)，舵機(jī)實(shí)現(xiàn)放行動(dòng)作。

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性和可用性，本文在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建了一套智能無(wú)人駕駛停車(chē)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，其中動(dòng)態(tài)試驗(yàn)主要模擬小車(chē)在停車(chē)位與出入口刷卡模塊不同距離情況下，通過(guò)地面標(biāo)簽時(shí)定點(diǎn)停車(chē)系統(tǒng)的動(dòng)作情況及花費(fèi)時(shí)間。經(jīng)過(guò)50次的測(cè)試，停車(chē)定位誤差小于5mm，卡片識(shí)別成功率為100%。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于射頻識(shí)別技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)人駕駛停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)。該停車(chē)系統(tǒng)無(wú)需車(chē)主手動(dòng)停車(chē)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信小車(chē)可自動(dòng)完成停車(chē)、繳費(fèi)等動(dòng)作。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)小車(chē)停車(chē)定位精確，具有較高的實(shí)用價(jià)值。其價(jià)值具體體現(xiàn)在:減少司機(jī)尋找停車(chē)位的時(shí)間，減少停車(chē)?yán)U費(fèi)時(shí)間，幫助停車(chē)場(chǎng)管理工作者擺脫了人工指揮，減少因?qū)ふ彝＼?chē)位造成的交通堵塞，節(jié)約能源，減少汽車(chē)尾氣排放。該系統(tǒng)可以有效地解決當(dāng)前停車(chē)管理系統(tǒng)中存在的一些問(wèn)題，提高了通行效率。

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秦瑜（1994—），女，江西鷹潭人，大學(xué)本科，研究方向：嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)工程。

程丹（1992—），男，重慶兩路人，大學(xué)本科，研究方向：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“智能無(wú)人駕駛停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)”(201514953)；重慶第二師范學(xué)院校級(jí)青年項(xiàng)目“一種壓電功能的幼兒園監(jiān)控穿戴系統(tǒng)”（KY201544C）。

李志（1984—），男，四川遂寧人，研究生，講師，研究方向：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。