安旭，許凌云，劉松（南京航空航天大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 南京211100）

基于RFID的智能立體停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

安旭，許凌云，劉松
（南京航空航天大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 南京211100）

針對(duì)目前我國(guó)城市停車系統(tǒng)工作效率低、管理系統(tǒng)不完善的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的智能立體停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于單片機(jī)控制，包括硬件和軟件兩個(gè)子系統(tǒng)。通過(guò)模塊測(cè)試和整體操作，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)用戶車輛的不停車通行管理、停車引導(dǎo)、自動(dòng)繳費(fèi)、反向?qū)ぼ?、車位預(yù)訂、停車場(chǎng)信息對(duì)外發(fā)布等功能，使停車場(chǎng)智能化，提高了停車效率和服務(wù)水平。

射頻識(shí)別；智能停車；車位管理；單片機(jī)

據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)，截止到2015年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已經(jīng)達(dá)到2.79億輛，機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)诉_(dá)到3.27億人，其中汽車達(dá)到1.72億輛，汽車駕駛?cè)顺^(guò)2.8億人。按照國(guó)際城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，停車泊位應(yīng)達(dá)到機(jī)動(dòng)車保有量的1.1至1.2倍，光北京市停車位缺口就在30%-35%。由于公共停車位不足，占用道路停車成為普遍現(xiàn)象，"行車難、停車難"造成的交通擁堵與混亂，正成為社會(huì)關(guān)注，百姓關(guān)心，政府亟需解決的焦點(diǎn)問(wèn)題[1-4]。

而立體停車場(chǎng)最大的優(yōu)勢(shì)就在于其能夠充分利用城市空間，被稱為城市空間的"節(jié)能者"。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)停車場(chǎng)停50輛車需要1 650平方米，而采用露天電梯塔式立體停車只需50平方米，也就是說(shuō)，可以達(dá)到每1平方米即停放一輛小車，可以有效地緩解停車的壓力。立體停車場(chǎng)的管理系統(tǒng)可以協(xié)助人們更有效率地停放車輛，立體停車場(chǎng)的進(jìn)一步推廣，有效解決人們停車難的問(wèn)題。因此，如何在立體停車場(chǎng)的基礎(chǔ)上使用新技術(shù)便顯得尤為必要了，建立在智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)之上[8-15]，將RFID技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代化立體停車場(chǎng)的管理中[5-7]，可以有效地管理停車場(chǎng)。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)基于單片機(jī)控制，主要應(yīng)用RFID技術(shù)，包括硬件和軟件兩個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)如圖1所示。在硬件方面，圍繞單片機(jī)展開，包括對(duì)電子標(biāo)簽讀寫，語(yǔ)音提示，顯示剩余車位，引導(dǎo)停放等功能。在軟件方面，采用C語(yǔ)言，解決單片機(jī)之間的通訊，單片機(jī)與電子標(biāo)簽之間的聯(lián)系，重點(diǎn)是算法的研究，減少電子標(biāo)簽之間的干擾，提高停車效率；采用C#語(yǔ)言編寫上位機(jī)程序，對(duì)用戶的停車時(shí)間進(jìn)行分析，優(yōu)化處理，以實(shí)現(xiàn)立體停車場(chǎng)的智能化。系統(tǒng)軟件主要包括以下6個(gè)方面功能：

1）不停車通行管理:采用RFID遠(yuǎn)距離讀卡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了固定用戶入出停車場(chǎng)時(shí)的不停車管理，節(jié)約了用戶時(shí)間。

2）停車引導(dǎo):通過(guò)分布在停車場(chǎng)內(nèi)的ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)的車位狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)引導(dǎo)屏、引導(dǎo)用戶快速找到停車位。

3）自動(dòng)繳費(fèi):在數(shù)據(jù)處理中心通過(guò)用戶停車卡與銀行卡的綁定，實(shí)現(xiàn)停車自動(dòng)扣費(fèi)功能。

4）車位預(yù)定：臨時(shí)用戶通過(guò)遠(yuǎn)程電腦終端或手機(jī)APP查詢停車場(chǎng)的位置、總車位數(shù)、空余車位等有關(guān)信息，提前預(yù)定停車位。

5）反向?qū)ぼ嚕簩?duì)于大型停車場(chǎng)，通過(guò)自助查詢終端，通過(guò)刷卡，或輸入車牌號(hào)等信息，可以查詢車輛的停車位置，為用戶快速找尋車輛提供方便。

6）信息發(fā)布：通過(guò)停車場(chǎng)外顯示屏、網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)APP等工具，可以將停車場(chǎng)的位置信息、空余車位數(shù)、計(jì)費(fèi)費(fèi)率等信息向外界發(fā)布。

圖1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 RFID技術(shù)

2.1.1 RFID卡的動(dòng)態(tài)識(shí)別功能

RFID卡可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻卡，操作快捷方便，完成識(shí)別工作時(shí)無(wú)需人工干預(yù)，適于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且不易損壞。

2.1.2 RFID卡的新用戶注冊(cè)和充值

上位機(jī)控制，對(duì)RFID卡進(jìn)行新用戶的注冊(cè)和充值功能，新用戶的注冊(cè)包括車載卡和用戶卡兩種。注冊(cè)是將新用戶的信息寫到數(shù)據(jù)庫(kù)里；充值是將余額和已付金額兩個(gè)數(shù)字相加，生成新的余額。

2.1.3 RFID卡的身份識(shí)別功能

RFID實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶車輛的三重身份識(shí)別，有效降低車輛被盜的風(fēng)險(xiǎn)。第一重：用戶刷卡，刷卡信息與數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)是本停車場(chǎng)注冊(cè)過(guò)的用戶之后允許停車，否則進(jìn)行新用戶的注冊(cè)或者臨時(shí)用戶存車。第二重：用戶車輛到達(dá)停車場(chǎng)入口的載車板上，載車板上的讀卡器將用戶車輛的信息發(fā)送到上位機(jī)，與用戶刷卡的信息進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)是同一用戶的車輛之后，載車板將用戶車輛載到停車位上，否則，不執(zhí)行。第三重：用戶刷卡取車，載車板接到用戶車輛之后，將車輛的信息發(fā)送到上位機(jī)，與用戶刷卡的信息進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)是同一用戶的車輛之后放行，否則，不執(zhí)行。

2.2 通訊模塊

采用一主機(jī)多從機(jī)樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)從機(jī)都有單獨(dú)的編號(hào)，傳輸時(shí)，主機(jī)首先發(fā)送地址信息，該地址的從機(jī)接收到信息后，向主機(jī)返回應(yīng)答信號(hào)，并準(zhǔn)備接收即將傳輸?shù)男畔?，主機(jī)接收到應(yīng)答信號(hào)后，開始信息傳送。單片機(jī)通訊路徑如圖2所示。

圖2 單片機(jī)通訊路徑圖

為避免導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)物體的通訊采用藍(lán)牙傳送信息：載車板與上位機(jī)的通訊使用藍(lán)牙互傳信息，小車與控制面板的通訊采用藍(lán)牙互傳信息。

2.3 車位檢測(cè)

基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，由協(xié)調(diào)器，路由器和智能主機(jī)組成的車位檢測(cè)系統(tǒng)，可以向上位機(jī)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)提供車位狀態(tài)：錯(cuò)誤報(bào)警、檢測(cè)器電壓過(guò)低報(bào)警、檢測(cè)器工作溫度超出范圍報(bào)警、檢測(cè)器地磁傳感器工作異常報(bào)警、檢測(cè)器無(wú)線通信中斷報(bào)警、智能主機(jī)狀態(tài)異常報(bào)警、路由器信號(hào)丟失報(bào)警。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.4 語(yǔ)音模塊

采用SYN6288語(yǔ)音合成模塊，可通過(guò)串口對(duì)語(yǔ)音內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，實(shí)時(shí)播報(bào)刷卡狀態(tài)，停車時(shí)間，花費(fèi)金額，剩余金額，以獲得更好的用戶體驗(yàn)。SYN6288語(yǔ)音芯片電路圖如圖4所示。

圖3 無(wú)線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

圖4 SYN6288語(yǔ)音芯片電路圖

2.5 顯示模塊

帶中文字庫(kù)的128X64-0402B每屏可顯示4行8列共32個(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示RAM可顯示1個(gè)中文字符或2個(gè)16×8點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。12 864是128*64點(diǎn)陣液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡(jiǎn)稱，業(yè)界約定俗成的簡(jiǎn)稱。12 864點(diǎn)陣液晶屏顯示如圖5所示。

采用16×64點(diǎn)陣屏，可同時(shí)顯示4個(gè)漢字，用于剩余車位信息以及即時(shí)信息的顯示，即時(shí)信息由上位機(jī)輸入，二值化生成，因即時(shí)信息傳輸時(shí)數(shù)據(jù)量過(guò)大，為避免影響正常的存取車操作，單獨(dú)使用一串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖5 12864點(diǎn)陣液晶屏顯示

2.6 小車模塊

用戶刷卡存車，控制面板的藍(lán)牙發(fā)送信號(hào)，小車上的藍(lán)牙接收信號(hào)，通過(guò)紅外循跡傳感器，識(shí)別標(biāo)記，按照預(yù)先設(shè)定的軌跡進(jìn)行移動(dòng)，直到到達(dá)載車板上。小車模塊如圖6所示。

2.7 停車場(chǎng)模型

停車場(chǎng)模型包括光電門開關(guān)制動(dòng)，N20電機(jī)驅(qū)動(dòng)和主機(jī)的信息交換接口3個(gè)模塊，分別由3個(gè)單片機(jī)控制。信息傳送采用線狀傳送方式；電機(jī)驅(qū)動(dòng)分別控制X，Y，Z 3個(gè)方向，Z軸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電梯升降，X軸運(yùn)向指定車位，Y軸實(shí)現(xiàn)入庫(kù)操作。

圖6 小車模型

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)軟件流程圖

3.1 上位機(jī)

上位機(jī)采用C#編寫，進(jìn)行數(shù)據(jù)卡號(hào)的處理和命令發(fā)送。命令采用九字節(jié)格式，一字節(jié)地址位，八字節(jié)控制位，完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，實(shí)現(xiàn)新增用戶，充值，存取車位安排，點(diǎn)陣屏數(shù)據(jù)生成、發(fā)送，在存車輛信息和存車記錄的查看。上位機(jī)生成的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)界面如圖8所示。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)

3.2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)概況

利用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)信息，建立“用戶信息表”，“車位狀態(tài)表”，“歷史記錄表”，用戶信息表中存儲(chǔ)用戶姓名，卡號(hào)，余額等信息，存取車操作時(shí)以數(shù)據(jù)庫(kù)中余額為準(zhǔn)，卡中存儲(chǔ)的余額信息為輔，防止私自修改余額信息事件的發(fā)生。

圖8 上位機(jī)生成的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)界面

3.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化停車

利用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的用戶信息，通過(guò)算法優(yōu)化，將固定用戶（有具體的存車、取車時(shí)間）的車輛存放在遠(yuǎn)離停車場(chǎng)入口的位置；將臨時(shí)用戶的車輛存放在靠近停車場(chǎng)入口的位置。減少器械工作量，節(jié)省取車時(shí)間。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)用戶信息表如圖9所示。

圖9 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)用戶信息

3.3 手機(jī)APP預(yù)約停車位

手機(jī)客戶端基于android系統(tǒng)開發(fā)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議建立socket連接，上位機(jī)作為服務(wù)器，監(jiān)聽客戶端請(qǐng)求，采用多線程操作，實(shí)現(xiàn)用戶登陸，信息查詢，車位預(yù)約，手機(jī)端取車，自動(dòng)繳費(fèi)，反向?qū)ぼ嚭徒邮胀＼噲?chǎng)信息等功能，客戶端和上位機(jī)的信息交換采用json格式，包括用戶名，車牌號(hào)，停車記錄等信息。手機(jī)APP如圖10所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

將RFID技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代化立體停車場(chǎng)的管理中，可以有效地管理停車場(chǎng)，具有使車輛進(jìn)出有序、手續(xù)簡(jiǎn)便、速度快、安全防盜、管理自動(dòng)化、收費(fèi)公正合理、應(yīng)收費(fèi)用不流失以及減少管理人員等特點(diǎn)。將遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用于停車場(chǎng)管理，繼承以往磁卡、條形碼、接觸式IC卡、遠(yuǎn)距離感性IC卡的所有優(yōu)點(diǎn)，向零缺陷邁進(jìn)了一大步，代表當(dāng)今國(guó)際流行的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的最新水平。

圖10 手機(jī)APP用戶登錄界面和功能菜單界面

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Design of intelligent stereo parking lot management system based on RFID

AN Xu，XU Ling-yun，LIU Song
（College of Science，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211100，China）

Aim at the problem of low efficiency and incomplete management system in city parking system in our country today，a new intelligent multistory city parking system based on Radio frequency identification（RFID）technology is designed in this paper，the system is based on singlechip，includingtwo subsystems about hardware and software.Through module test and overall operation，the systemcan achieve the function of no-parking passing，parking guidance，automatic payment，reverse seeking vehicle，parking reservation，parking information release and etc，which greatly make the parking lot intelligent and improve the work efficiency and service level．

RFID；intelligent parking；parking management；singlechip

TN02

A

1674－6236（2017）07-0119-04

2016-03-23稿件編號(hào)：201603321

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201510287037）

安 旭（1994—），男，陜西寶雞人。研究方向：探測(cè)制導(dǎo)與控制技術(shù)。