鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院電子通信工程學(xué)院 王超梁 周 鵬

物聯(lián)網(wǎng)RFID車輛自動識別系統(tǒng)設(shè)計

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院電子通信工程學(xué)院 王超梁 周 鵬

物聯(lián)網(wǎng)RFID自動識別技術(shù)，具有遠(yuǎn)距離識別、可存儲攜帶信息、快速讀取等特點，被廣泛應(yīng)用在智能交通等方面。采用MFRC522射頻標(biāo)簽記錄車輛信息，并使用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片實現(xiàn)車輛的自動識別，然后把車輛信息通過LCD12864液晶顯示屏顯示，實驗表明：該系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，識別速度快、準(zhǔn)確率高等特點。

物聯(lián)網(wǎng)；RFID；射頻模塊；STC89C52；車輛識別

1.引言

射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的依靠空間電磁感應(yīng)進(jìn)行雙向通信的自動識別技術(shù)，通過射頻信號實現(xiàn)電子標(biāo)簽和閱讀器之間的信息交互，無須人工干預(yù)，適應(yīng)于各種惡劣環(huán)境，被廣泛應(yīng)用物流、交通等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的停車以及收費問題都是由人工來實現(xiàn)，經(jīng)常會發(fā)生排隊等候造成擁堵的現(xiàn)象，不僅增加了工作人員的工作強(qiáng)度，更是浪費了雙方寶貴的時間，解決并改進(jìn)車輛自動識別、停車以及收費等問題顯得十分重要。

本文設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)RFID車輛自動識別系統(tǒng)，具有硬件設(shè)施簡單，智能化程度高，識別速度快，準(zhǔn)確率高等優(yōu)點，適用于停車場、小區(qū)、高速公路等需要進(jìn)行車輛自動識別和管理的場合。

2.物聯(lián)網(wǎng)RFID車輛自動識別系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計采用STC89C52單片機(jī)作為微控制器，系統(tǒng)的組成主要包括射頻模塊、微處理器模塊、LCD顯示模塊、串口通訊模塊。

2.1 射頻讀卡模塊

該模塊主要有電子標(biāo)簽（M1卡），閱讀器，天線（線圈）組成。當(dāng)電子標(biāo)簽靠近讀寫器后，讀寫器微控制器向讀寫器芯片MCM200發(fā)送指令；讀寫器芯片執(zhí)行后將其轉(zhuǎn)化為射頻信號發(fā)送給電子標(biāo)簽（M1卡）；電子標(biāo)簽接受指令后完成處理，MCM200接收并將其信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送給MCU，讀寫器與電子標(biāo)簽完成了一次完整通信過程的數(shù)據(jù)傳輸。讀寫器MFRC522電路原理圖如圖1所示。

圖1 讀寫器MFRC522電路原理圖

2.2 微控制器模塊

STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種微控制器，它具有低功耗，高性能的優(yōu)點。它采用經(jīng)典內(nèi)核結(jié)構(gòu)，指令代碼完全兼容8051單片機(jī)，而且比8051單片機(jī)具備更多的功能。該單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)如下：512字節(jié)RAM，32位輸入/輸出口線（P0、P1、P2、P3），4KBEEPROM，8K字節(jié)Flash，3個16位定時器/計時器（T0、T1、T2），全雙工串行口。

（1）工作電壓：5.5V～3.3V；

（2）工作頻率范圍：0～40MHz；

（3）工作溫度范圍：-40～+85℃；

（4）可通過串口（RXD/P3.0、TXD/P3.1）直接下載程序；

（5）P0口8位管腳是雙向I/O口；

（6）P1口同P0口，但是P1口有復(fù)用功能，P2和P3口同P0口，還有其他的一些復(fù)用功能，如表1所示。

表1 P1口管腳復(fù)用功能

2.3 LCD顯示模塊

本設(shè)計所采用的液晶顯示模塊為LCD12864。內(nèi)有8192個漢字點陣，VDD接3.0V電壓，藍(lán)品白字，功耗相較于普通的LCD是非常低，該模塊的電路原理如圖2所示。

圖2 LCD12864電路原理圖

2.4 串口通信模塊

UART作為通用的雙向通信串行數(shù)據(jù)總線，不僅可以實現(xiàn)全雙工傳輸接收，還可提供RS-232數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口。本系統(tǒng)中計算機(jī)使用STC-ISP軟件通過RS-232選擇單片機(jī)型號和串口號可以直接下載到單片機(jī)，不僅可以作為串行通信接口，也可作為數(shù)據(jù)下載線。電路原理如圖3所示。

圖3 串口電路原理圖

3.系統(tǒng)軟件部分設(shè)計

3.1 車輛自動識別模塊設(shè)計

為保證系統(tǒng)正常工作，在讀卡之前需要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后開始讀卡，如果車輛所使用的電子標(biāo)簽有效，啟動定時器，作用時間大概10秒，讀取卡的信息，系統(tǒng)會發(fā)出“滴”的提示音，在LCD屏上顯示所使用卡的車輛信息，模塊工作流程如圖4所示。

圖4 車輛識別系統(tǒng)流程圖

3.2 LCD顯示模塊設(shè)計

LCD顯示模塊工作開始之后需要進(jìn)行初始化，通過對程序的編譯來設(shè)置顯示屏顯示信息的位置及內(nèi)容，單片機(jī)上電之后，屏幕首先會顯示開機(jī)界面，當(dāng)閱讀器讀取到正確的電子標(biāo)簽信息之后則會顯示讀取到的車輛信息，LCD顯示流程如圖5所示。

圖5 LCD顯示流程圖

圖6 閱讀器工作流程圖

3.3 閱讀器工作模塊設(shè)計

讀寫器工作開始，進(jìn)行初始化，之后開始識別是否有標(biāo)簽在可讀取的范圍內(nèi)，如果讀取到射頻卡，為防止無線傳輸發(fā)生錯誤則進(jìn)行防碰撞處理，然后驗證卡片信息，讀取卡片內(nèi)容，顯示其讀取的內(nèi)容。讀寫器的整個工作流程如圖6所示。

4.系統(tǒng)的調(diào)試與制作

RFID車輛自動識別系統(tǒng)上電之后顯示屏?xí)@示開機(jī)界面，液晶屏上會顯示使用地點以及主控芯片，并會提示“請您刷卡上車”等字樣。如果系統(tǒng)識別到標(biāo)簽信息，在發(fā)出提示音之后會在液晶屏上顯示卡號、車牌、消費、余額等信息，如圖7所示。

圖7 液晶屏顯示開機(jī)界面

讀寫器對標(biāo)簽先進(jìn)行尋卡操作，識別到標(biāo)簽之后進(jìn)行防碰撞處理，而后依次進(jìn)行選卡、讀寫卡操作。讀寫器對射頻卡完成讀取操作之后液晶屏顯示界面如圖8所示。

圖8 液晶屏顯示閱讀器讀卡界面

5.結(jié)論

本設(shè)計采用MFRC522射頻標(biāo)簽記錄車輛信息，并使用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片實現(xiàn)車輛的自動識別，然后把車輛信息通過LCD12864液晶顯示屏顯示，實驗表明：該系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，識別速度快、準(zhǔn)確率高等特點。

[1]林櫟．基于RFID的電子車牌動態(tài)監(jiān)測處理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]．廈門大學(xué),2013(10)．

[2]張強(qiáng)．基于車聯(lián)網(wǎng)的RFID讀寫器接收機(jī)研究[D]．吉林大學(xué),2014(12)．

[3]李成勇．基于RFID技術(shù)的高速移動多目標(biāo)車輛識別方法研究[D]．重慶理工大學(xué),2014(04)．

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[5]李韋瑤,王飛飛,呂海蓮．基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的小區(qū)只能停車系統(tǒng)設(shè)計[J]．電子設(shè)計工程,2015,5(06)：16-18．

[6]金磊．超高頻RFID系統(tǒng)在車輛管理中的應(yīng)用[J]．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2014,15(04)：8-10．

王超梁【通訊作者】（1985—），河南鹿邑人，碩士研究生，助教，主要研究方向：RFID射頻識別、物聯(lián)網(wǎng)通信、無線傳感技術(shù)。

周鵬（1968—），河南信陽人，碩士研究生，教授，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)定位、無線傳感網(wǎng)。

航空科學(xué)基金資助項目（2015ZD55005）；鄭州航院青年基金項目（29010014)；鄭州航院教改項目（64010011）。