基于射頻技術(shù)的車牌自動(dòng)識(shí)別裝置設(shè)計(jì)

張建明，李愛博，顧城耀，杜成超，孫達(dá)松

（徐州工程學(xué)院 江蘇 徐州 221008）

近年來中國(guó)車輛總量在不斷增加，出于對(duì)車輛的管理需求，車牌的自動(dòng)識(shí)別裝置已被廣泛的應(yīng)用到生活中。現(xiàn)如今主要的車牌識(shí)別系統(tǒng)很大一部分是利用采集圖像信息的方法進(jìn)行智能分析與識(shí)別。由于：1）含有豐富的自然背景及車身背景信息，同時(shí)易受照明、天氣條件及運(yùn)動(dòng)失真和模糊的影響；2）在野外環(huán)境下使用，車牌會(huì)有不同程度的磨損、污跡干擾、變形；3）中國(guó)的車牌由漢字、字母、數(shù)字組成，多種格式、懸掛位置不唯一。嚴(yán)重的影響了此類識(shí)別系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。此外，這些系統(tǒng)大多比較復(fù)雜，裝置體積比較龐大，一線的車輛管理人員（如交警）無法方便的攜帶使用，工作效率較低。

文中研究了一種新型的基于射頻技術(shù)的車牌自動(dòng)識(shí)別裝置，它無需通過圖像信息的采集進(jìn)行識(shí)別[1]。因此，不會(huì)因?yàn)楣饩€、天氣、磨損等外部因素影響而產(chǎn)生錯(cuò)誤或無法識(shí)別等情況，識(shí)別的準(zhǔn)確度達(dá)到100%，而且識(shí)別速度快，便于車輛信息的記錄、儲(chǔ)存與匯總，自動(dòng)化程度高，特別是該裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于攜帶，適合戶外使用，成本低廉。本裝置應(yīng)用范圍廣：1）可以用于交警等執(zhí)法人員對(duì)車輛車牌真?zhèn)蔚淖R(shí)別以及處罰、收集并記錄信息。2）可以用于收費(fèi)停車場(chǎng)的管理人員對(duì)車輛的收費(fèi)與管理，同時(shí)記錄出入車輛的數(shù)據(jù)信息。3）可以用于企業(yè)單位的內(nèi)部車場(chǎng)的車輛管理，并可識(shí)別外來車輛，方便管理人員管理內(nèi)外車輛記錄相關(guān)信息。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要有兩部分組成，即手持裝置與車載裝置。車載裝置是記錄著車輛信息的記憶卡（Mifare卡），而手持裝置則是由單片機(jī)、射頻讀寫模塊、儲(chǔ)存模塊和通信模塊等主要模塊組成。

圖1所示是基于FM1712的通用射頻車牌識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 該系統(tǒng)由 MCU （AT89S52）、 鍵盤、EEPROM、FM1712、LM12864液晶屏（LCD），以及 MAX232通訊和電源轉(zhuǎn)化芯片組成。

MCU負(fù)責(zé)控制射頻讀寫模塊對(duì)記憶卡（Mifare卡）的讀寫操作，再將得到的數(shù)據(jù)通過LCD顯示，用戶可根據(jù)需要，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，在儲(chǔ)存的同時(shí)將數(shù)據(jù)存入EEPROM備份。

MCU與PC機(jī)通過MAX232芯片進(jìn)行通信。使用時(shí)，即使PC機(jī)與MCU之間無通信或發(fā)生異常，MCU也可以獨(dú)立工作。在與PC機(jī)通信恢復(fù)之后，MCU還可以將備份在EEPROM中儲(chǔ)存的信息傳給PC機(jī)，以備存儲(chǔ)信息。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 System block diagram

AT89S52是一款單片封裝的微控制器，它采用高性能的處理器結(jié)構(gòu)，其指令執(zhí)行時(shí)間只需2至4個(gè)時(shí)鐘周期[2]。EEPROM采用的FM24C64L是一款以I2C為操作方式的存儲(chǔ)芯片[3]。LCD則選擇內(nèi)置HD61202U控制器的點(diǎn)陣式液晶LM12864，因?yàn)長(zhǎng)M12864是并口操作方式，因此使用起來比較方便[2]。整個(gè)系統(tǒng)采用12 V電源供電，再由穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓成 3.6～5 V。

2 系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)是基于射頻技術(shù)開發(fā)的便攜式車牌自動(dòng)識(shí)別裝置 （由車載裝置和手持裝置構(gòu)成）。車載裝置由一張無源Mifare卡芯片構(gòu)成，卡中儲(chǔ)存了車輛的數(shù)據(jù)信息。卡被嵌入在車牌之中，每張卡都有一個(gè)唯一的32位序列號(hào)，該卡無需電源，自帶高頻天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路[4]。手持裝置接近Mifare卡時(shí)，首先通過天線傳輸能量給Mifare卡，然后與Mifare卡通過各自的天線建立二者之間的非接觸信息傳輸通道來讀寫數(shù)據(jù)[5]。手持裝置中的射頻模塊將讀出的車輛數(shù)據(jù)傳輸給MCU控制器，由 MCU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算與處理，然后通過LCD顯示讀取的信息；用戶可以根據(jù)顯示的信息，利用鍵盤對(duì)其進(jìn)行修改，系統(tǒng)自動(dòng)會(huì)將修改的信息儲(chǔ)入EEPROM中；用戶還可以通過MAX232通訊芯片與PC機(jī)進(jìn)行連接通訊，將儲(chǔ)存的信息上傳給PC機(jī)，以便做進(jìn)一步的記錄、匯總等處理。自動(dòng)識(shí)別裝置的系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理Fig.2 System working principle

3 射頻模塊的硬件電路設(shè)計(jì)及操作

圖3所示是射頻讀寫器的硬件接口電路。MCU與FM1712通過SPI總線連接進(jìn)行通信。本系統(tǒng)采用中斷（INT1）工作模式，即MCU利用FM1712提供的中斷信息對(duì)其進(jìn)行控制。應(yīng)該注意的是FM1712復(fù)位后必須進(jìn)行一次初始化程序來設(shè)定SPI接口模式，與此同時(shí)進(jìn)行MCU和FM1712的啟動(dòng)工作。此外，根據(jù)系統(tǒng)的需要，也可以采用查詢方式對(duì)FM1712進(jìn)行操作[5]。

FM1712內(nèi)部有8個(gè)寄存器頁(yè)，每頁(yè)有8個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器有8位數(shù)據(jù)。 這些寄存器是統(tǒng)一編址的 （從0x00到0x3F），MCU通過 SPI接口與 FM1712通信對(duì)寄存器進(jìn)行設(shè)置。如果MCU讓FM1712執(zhí)行某個(gè)命令，就可以把此命令的代碼寫入寄存器。必須注意的是，MCU對(duì)Mifare卡的操作不是簡(jiǎn)單的一條指令所能完成的，其中必須有對(duì)FM1712內(nèi)部硬件寄存器的設(shè)置[6]。以下是射頻模塊對(duì)Mifare卡的操作流程：

圖3 射頻模塊的電路Fig.3 RF module circuit

初始化各硬件寄存器→發(fā)送request std或request all命令→調(diào)用防沖突子程序 →調(diào)用選擇卡片子程序→調(diào)用認(rèn)證子程序→讀寫操作→判斷是否還有未處理完的卡片→繼續(xù)讀取[3]。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)識(shí)別車牌的過程是由讀取信息、處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行識(shí)別操作等過程組成。實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的關(guān)鍵是利用單片機(jī)控制射頻讀寫模塊得到車輛的數(shù)據(jù)信息。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的程序流程圖如4所示。

如圖4所示，首先對(duì)裝置進(jìn)行初始化操作，啟動(dòng)手持裝置。然后，選擇所需要的操作按鍵，包括射頻讀寫按鍵、記憶存儲(chǔ)按鍵和通訊按鍵3種操作。對(duì)應(yīng)的作用為：射頻讀寫按鍵，作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)記憶卡進(jìn)行相應(yīng)的讀寫信息的操作和識(shí)別功能；記憶存儲(chǔ)按鍵，作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)讀取的車牌信息進(jìn)行修改與存儲(chǔ)操作功能；通訊按鍵，作用是實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的聯(lián)機(jī)與通訊功能，將數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)。

5 結(jié)束語

圖4 系統(tǒng)的程序流程圖Fig.4 Flow chart of system program

文中研究設(shè)計(jì)的基于射頻技術(shù)的車牌自動(dòng)識(shí)別裝置具有如下特點(diǎn)：1）能夠準(zhǔn)確識(shí)別車牌、具備修改和記憶儲(chǔ)存車牌信息的功能及與PC機(jī)聯(lián)機(jī)通訊功能；2）本裝置可以讀取多種類型的Mifare卡的數(shù)據(jù)信息，目的是為了擴(kuò)大適用范圍和功能；3）本裝置不僅適合于交警外出執(zhí)勤，攜帶方便，而且適合對(duì)車輛進(jìn)行識(shí)別管理的停車場(chǎng)管理員使用。4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便、便于攜帶，成本低廉等。該系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)車牌自動(dòng)識(shí)別裝置的研發(fā)具有積極的意義，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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