基于RFID和ZigBee技術的智能停車引導及車位管理系統設計

王 浩

(健雄職業技術學院電氣工程學院，江蘇太倉 215411)

基于RFID和ZigBee技術的智能停車引導及車位管理系統設計

王 浩

(健雄職業技術學院電氣工程學院，江蘇太倉 215411)

針對停車場停車引導和車位管理存在的不足，結合RFID和ZigBee的技術優勢，在無源電子標簽和RFID閱讀器的基礎上，設計一種與ZigBee網絡融合的停車場停車引導及車位管理系統。試驗測試結果表明，該系統具有功耗低、運行穩定等特點，能克服傳統人工管理方式的弊端，提升停車場管理水平，滿足停車場自動管理的需求，具有廣闊的應用前景。

RFID；ZigBee；網絡融合；停車引導；車位管理

目前在停車場管理系統中，RFID讀卡與后臺管理主機通常采用有線方式進行連接，布線占用一定的空間，降低了讀卡設備部署的靈活度[1]，并為后期維護帶來一定的困難。本文設計一種無源RFID與ZigBee網絡融合的停車場停車引導及車位管理系統解決方案，充分利用無線傳感網的自組織、廉價和靈活的技術優勢，使得停車引導及車位管理系統的部署和維護更加簡單易行。

1 總體設計

智能停車引導及車位管理系統利用RFID結合ZigBee網絡融合技術，RFID用于檢測車輛進入和離開停車區，ZigBee網絡包含3種節點用于無線傳送車輛檢測信息，這3種節點功能有所不同，車輛信息管理中心協調器節點主要完成組網工作，接收路由節點和網絡終端節點的數據信號，并最終通過RS232接口發送到上位機；路由節點主要將RFID網絡終端節點上傳的數據轉發給車輛信息管理中心協調器節點進行解析處理；RFID網絡終端節點主要采集RFID信號和執行控制命令[2]。該系統主要由入口檢測部分、出口檢測部分和車輛信息管理中心組成。將整個停車場劃分為幾個停車區進行管理，每個停車區設有入口檢測和出口檢測，負責檢測本停車區的車輛數目變動情況，并將信息發送到車輛信息管理中心。車輛信息管理中心負責接收和處理入口檢測部分和出口檢測部分發送的信息。當接收到入口檢測部分發送的信息，說明有車輛進入停車場，系統開始記錄該車輛停留時間；當接收到出口檢測部分發送的信息，說明有車輛離開停車場，系統停止記錄該車輛停留時間，并根據記錄結果計算停車費用和更新系統存儲的車位信息，為司機停車提供快捷高效的引導服務。智能停車引導及車位管理系統結構如圖1所示。

2 系統的硬件設計

系統硬件主要由無源電子標簽、RFID高頻閱讀器、ZigBee協調器、ZigBee路由器、ZigBee終端以及PC上位機組成。

圖1 智能停車引導及車位管理系統結構圖

2.1 RFID閱讀器主要組成

RFID閱讀器采用頻率為13.56 MHz的高頻閱讀器模塊，支持ISO14443標準協議的TYPEA型卡的讀寫操作，讀卡距離為5～10 cm，主要由MCU微處理器模塊和射頻芯片模塊實現閱讀器的基本讀寫功能，射頻芯片模塊采用MF522芯片，負責無線信號的編碼、解碼、調制和解調，MCU模塊通過SPI接口實現對射頻芯片模塊的控制[3]。

RFID閱讀器模塊與電子標簽通過射頻脈沖建立無線連接并完成數據交換。其工作原理是MCU微處理器通過串行口接收控制命令，控制射頻芯片與電子標簽進行通信，完成對電子標簽的讀寫和整個閱讀器的控制管理[4]。

2.2協調器節點及終端節點硬件設計

圖2 協調器節點硬件結構圖

協調器節點采用CC2530作為主處理器，是一款真正針對IEEE802.15.4ZigBee、ZigBee RF4CE的智能能源應用的片上系統解決方案[5]。芯片上還有一個完全集成的高性能射頻收發器，帶有8051MCU、8 kB RAM、256 kB閃存以及其它強勁的支持功能和外設，空中傳輸速率高達250 kb/s，特別適合自動控制和遠程控制領域應用。CC2530芯片內部集成了微處理器和無線通信模塊，只需少量外圍元器件配合就能實現信號的收發功能，其外圍電路包括晶振時鐘電路、無線耦合匹配電路和電源模塊3部分，協調器節點硬件如圖2所示。

終端節點除了CC2530芯片通過RS232接口和RFID高頻閱讀器連接外[6]，其它組成部分和協調器節點基本相同，不再贅述。

3 系統的軟件設計

智能停車引導及車位管理系統軟件設計主要包括RFID閱讀器部分軟件設計、入口和出口檢測部分終端節點軟件設計和車輛信息管理中心協調器節點軟件設計。

圖3 RFID閱讀器軟件設計流程圖

3.1 RFID閱讀器部分

當無源電子標簽收到閱讀器的相應命令后，讀取電子標簽中卡號UID，控制標簽的狀態，實現防碰撞算法，即當有多張標簽同時進入閱讀器的工作范圍時，可以被依次讀取到，而不會出現錯誤。然后將UID打包成數據幀格式，并通過閱讀器的RS232接口發送至ZigBee終端節點[7]。

RFID閱讀器軟件設計流程如圖3所示。

圖4 入口和出口檢測部分終端節點軟件設計流程圖

3.2入口和出口檢測部分終端節點

系統中的停車區入口檢測部分和出口檢測部分都屬于ZigBee 網絡的終端節點，入口檢測節點部署在停車場入口處，主要工作是當司機通過無源電子標簽對閱讀器進行刷卡時，讀取車輛進入停車場的卡號信息，卡號長度為5 B，然后將本停車區的編號和讀取到的卡號發送至車輛信息管理中心協調器節點進行解析處理。同樣出口檢測節點也是將本停車區的編號和讀取到的卡號發送到車輛信息管理中心協調器節點進行解析處理，計算進入車輛的停留時間，同時更新車位存儲信息。入口和出口檢測部分終端節點軟件設計流程如圖4所示。

3.3車輛信息管理中心協調器節點

車輛信息管理中心協調器節點是整個ZigBee網絡的控制中心，負責網絡的組成、通信鏈路及路由的建立等，接收入口和出口檢測部分發送的信息，并進行相應的解析處理。

當接收到入口檢測節點發送過來的卡號和停車區編號時，協調器節點為該卡對應的車輛建立記錄信息，并開始計時。當接收到出口檢測節點發送過來的卡號和停車區編號時，協調器節點停止對該卡對應車輛的計時，并根據車輛停留時間計算停車費用。協調器節點并不能根據接收到的信息直接判斷出車輛是進入還是離開停車區，協調器節點每次接收到信息后，首先查詢系統車位信息庫里有沒有對應的卡號，如果有，說明車輛已經在停車區，目前是離開停車區，系統將刪除該車輛信息，并更新系統車位信息。

圖5 車輛信息管理中心協調器節點軟件設計流程圖

如果沒有查詢到對應的卡號，說明車輛進入停車區，系統存儲該車輛信息，并更新系統車位信息，最后通過RS232接口將信息發送至上位PC機進行顯示。車輛信息管理中心協調器節點軟件設計流程如圖5所示。

圖6 車位信息顯示分布圖

4 系統測試

為了驗證系統能夠正?？煽抗ぷ鳎紫韧ㄟ^RS232串口線纜連接上位PC機串口和ZigBee協調器，然后系統通電啟動，協調器節點的通信指示燈先閃爍3次，表示建立通信網絡成功。隨后各個停車區終端節點和路由器節點的通信指示燈也閃爍3次，表示ZigBee無線通信網絡組網成功。這時通過串口調試工具顯示窗口觀察到的實驗現象如圖6所示。

圖6說明入口檢測終端節點、出口檢測終端節點、路由器節點以及車輛信息管理中心協調器節點發送和接收的數據較精準，可以正常工作。

5 結語

基于RTID和ZigBee技術的智能停車引導及車位管理系統，有效克服了有線通信方式存在的弊端，降低了設備的功耗和成本。通過Zigbee的高可靠性無線傳輸，大大提高了閱讀器設備部署的靈活性。在閱讀器終端節點設備加入或離開網絡時，不需要人工操作，均由無線網絡自動實現，這對增強停車場管理的自動化和智能化水平具有積極的推動作用，具有較高的實用價值。

[1]石建國，馬云輝．支持移動響應的ZigBee網絡無線呼叫系統[J].自動化與儀表，2010,16(8):60-67.

[2]李文仲，段朝玉．ZigBee2007/Pro協議棧實驗與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009.

[3]李曉維，徐勇軍.無線傳感器網絡技術[M].北京：北京理工大學出版社,2007.

[4]張少軍．無線傳感器網絡技術及應用[M].北京：中國電力出版社,2010.

[5]高守瑋，吳燦陽．ZigBee技術實踐教程[M].北京：北京航空航天出版社，2009.

[6]周嶺松，余春暄．基于ZigBee技術的溫濕度控制系統[J].電子測量技術,2011,34(6):47-50.

[7]潘偉.基于ZigBee技術的無線傳感網絡研究[J].計算機技術與發展,2008,18(9):244-247.

(責任編輯：郎偉鋒)

DesignofIntelligentParkingGuidanceandParkingManagementSystemBasedonRFIDandZigbeeTechnology

WANGHao

(InstituteofElectricalEngineering,Chien-shiungInstituteofTechnology,Taicang215411,China)

In order to solve the existing problems of parking guidance and parking management, combined with the advantages of both RFID and ZigBee，and based on passive electronic tags and RFID reader, the parking guidance and parking management system with a ZigBee network convergence is designed. The experimental result shows that the system, which is characterized by the low power consumption and stable operation, overcomes the disadvantages of traditional artificial management mode, greatly improves the parking management level, meets the requirement of the automatic parking management and has a good application prospect.

RFID; ZigBee; network convergence; parking guidance; parking management

2013-11-26

2013年度江蘇現代教育研究課題(2013-R-26236)

王 浩(1971—)，男，安徽滁州人，健雄職業技術學院副教授，工學碩士，主要研究方向為嵌入式系統與物聯網工程.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.01.004

U491.7

A

1672-0032(2014)01-0014-05