重慶第二師范學院數(shù)學與信息工程系 秦 瑜 程 丹 李 志

基于RFID技術(shù)的智能無人駕駛停車系統(tǒng)研究

重慶第二師范學院數(shù)學與信息工程系 秦 瑜 程 丹 李 志

為了解決日益增長的停車空間不足，本文設計并實現(xiàn)了一個基于RFID（無線射頻識別）技術(shù)和無線通信技術(shù)的智能無人駕駛停車演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用RFID技術(shù)來實現(xiàn)身份識別，通過2.4G無線模塊傳輸識別信息，并采用STM32L053單片機作為智能車板主控制芯片，可實現(xiàn)小車自動停入（取出）車位和自動收費等功能。試驗測試結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有功耗低，運行穩(wěn)定等特點，能夠有效提升停車場管理系統(tǒng)自動化控制水平，具有廣闊的應用前景。

RFID；智能停車；無人駕駛

0 引言

當今世界科學技術(shù)的高速發(fā)展，物品智能化的快速推進，任何事物的運用都在需求自己的科技革新。同樣停車場作為我們生活中必不可少的設施，它的科技革新將提高我們的生活質(zhì)量。傳統(tǒng)停車場的停車方法和車庫管理是限制停車場發(fā)展的根本難題[1-2]。

本文設計了一種基于RFID（無線射頻識別）技術(shù)的智能無人駕駛停車系統(tǒng)，并以實際工作流程為例展示了系統(tǒng)程序的響應。該系統(tǒng)對現(xiàn)有的停車場系統(tǒng)進行了進一步的改進，并增加了一些實際可行的功能。這將解決現(xiàn)有停車場找車位難，找車耗時長，收費繁瑣（人工收費）等問題，能夠幫助司機方便、快速地找到停車位，以此節(jié)約大量時間。

1 系統(tǒng)設計

1.1 整體設計

該系統(tǒng)主要包括兩部分：停車位管理子系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)停車信息管理系統(tǒng)。停車位管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)了各停車場的智能停車和成本管理。網(wǎng)絡停車位信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)了每一個停車場的停車位信息綜合管理。

停車位管理子系統(tǒng)利用射頻識別標簽管理停車場，包括：出入口控制模塊、無人駕駛模塊、停車位定位檢測模塊、無線通信模塊。停車場管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 停車場管理系統(tǒng)

1.2 硬件設計

（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盒子組成。入口刷卡盒子中包含有RFID 13.56MHz模塊、STM32L053精簡開發(fā)板、WT588D語音芯片、LCD501液晶模組、紅外探測傳感器、精簡開發(fā)板轉(zhuǎn)接板、方形喇叭、按鍵等組成。舵機盒子由舵機和紅外傳感器組成。

（2）無人駕駛模塊

本模塊采用STM32F103單片機作為智能車板的控制中心，主要包括以下模塊：控制器模塊、循跡模塊、路程計量模塊、顯示模塊、電機驅(qū)動模塊、避障模塊等。車可實現(xiàn)自動循跡、檢測障礙物、顯示車板的行駛路程和行駛時間等功能。其中路線識別裝置采用自制式反射紅外傳感器，顯示裝置采用LCD12864，驅(qū)動電機采用直流電機，電源裝置采用單片機與電機單獨供電的方式[3-5]。

（3）停車位定位檢測模塊

該模塊安裝在車場內(nèi)每個停車位上，用于檢測汽車的停車位信號，并送至智能車板作相應處理。定位檢測模塊采用HC-SR04超聲波測距模塊，可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達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)測距，模塊自動發(fā)送和檢測信號。

（4）無線通信模塊

系統(tǒng)采用nRF24L01無線模塊進行通信，通過IC卡和車位監(jiān)控系統(tǒng)共同作用，執(zhí)行停車場大門的開閉功能。它利用射頻方式在非接觸式射頻IC卡和讀寫器之間進行無線雙向通信，完成目標識別和數(shù)據(jù)交換，而卡上的電路的工作電源由讀寫器發(fā)出的電磁波能量提供[7-8]。

通過該模塊，主機會實時接收刷卡系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給上位機，同時獲取上位機指令，并將其傳達給小車和刷卡系統(tǒng)，使小車獲得行駛指令，并完成扣費，使舵機放行等動作。

2 智能無人駕駛停車場模型測試

模型介紹：

根據(jù)系統(tǒng)設計，模型主要分別三大模塊：出入口車輛檢測、上位機控制端口以及智能小車部分。該模型的架構(gòu)圖如圖2所示，其中上位機控制端口、入口車輛檢測、出口車輛檢測三部分之間通過無線通信實現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 智能無人駕駛停車場模型

（1）出入口車輛檢測

該模塊通過RFID技術(shù)獲取通過車輛的牌照號、車型、所屬用戶和銀行專用賬戶等數(shù)據(jù)，并將攝像機獲取的車輛牌照圖像數(shù)字化處理后與車載信息卡的牌照核對。若牌照相符且為合法車輛，其通行費通過計算機網(wǎng)絡，從用戶開戶行的專用賬戶中自動繳納。

（2）上位機控制端

上位機控制端口部分主要由主機處理系統(tǒng)、上位機應用軟件、無線通信nRF24L01模塊組成，用于實現(xiàn)上下位機之間的通信。其中，主機處理系統(tǒng)會實時接收刷卡系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給上位機，同時獲取上位機指令，并將其反饋給小車和刷卡系統(tǒng)。這時小車獲得行駛指令，系統(tǒng)完成扣費，舵機實現(xiàn)放行動作。

為了驗證所設計系統(tǒng)的有效性和可用性，本文在實驗室環(huán)境下搭建了一套智能無人駕駛停車模擬實驗平臺，利用該實驗平臺完成了靜態(tài)和動態(tài)試驗，其中動態(tài)試驗主要模擬小車在停車位與出入口刷卡模塊不同距離情況下，通過地面標簽時定點停車系統(tǒng)的動作情況及花費時間。經(jīng)過50次的測試，停車定位誤差小于5mm，卡片識別成功率為100%。

3 結(jié)論

本文設計并實現(xiàn)了一個基于射頻識別技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的智能無人駕駛停車場管理系統(tǒng)。該停車系統(tǒng)無需車主手動停車，通過無線網(wǎng)絡通信小車可自動完成停車、繳費等動作。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)小車停車定位精確，具有較高的實用價值。其價值具體體現(xiàn)在:減少司機尋找停車位的時間，減少停車繳費時間，幫助停車場管理工作者擺脫了人工指揮，減少因?qū)ふ彝＼囄辉斐傻慕煌ǘ氯?jié)約能源，減少汽車尾氣排放。該系統(tǒng)可以有效地解決當前停車管理系統(tǒng)中存在的一些問題，提高了通行效率。

[1]Wei L,Wu Q,Yang M,et al. Design and Implementation of Smart Parking Management System Based on RFID and Internet[C].International Conference on Control Engineering and Communication Technology.2012:17-20.

[2]王澤河,樊月珍,毛恩榮.先進的城市停車誘導系統(tǒng)的研究[J].計算機工程與設計,2006,27(2):188-189.

[3]王浩.基于RFID和ZigBee技術(shù)的智能停車引導及車位管理系統(tǒng)設計[J].山東交通學院學報,2014(1):14-18.

[4]楊吉飛.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車繳費系統(tǒng)設計和實現(xiàn)[D].復旦大學,2010.

[5]涂敦蘭,李成勇.基于單片機的智能停車場綜合系統(tǒng)研究與設計[J].通訊世界,2016(9):246-246.

[6]Jian M S,Yang K S,Lee C L.Modular RFID Parking Management System based on Existed Gate System Integration[J].Wseas Transactions on Systems,2008,7(6):706-716.

[7]程龍.基于Qt/E構(gòu)建嵌入式Linux中文環(huán)境[D].西安電子科技大學,2007.

[8]RABAEY J M,AMMER M J,DA SILVA J L,et al.Picoradio supports ad hoc ultra low-power wireless networking[J].IEEE computer,2000,33(7):42-48.

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

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

國家級大學生創(chuàng)新訓練項目“智能無人駕駛停車場系統(tǒng)”(201514953)；重慶第二師范學院校級青年項目“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：無線傳感網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。