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
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。
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。
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
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
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
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
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
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
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。
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
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。
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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)。