基于STM32和RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)設計

徐桂敏, 王改芳

(1. 湖北工業(yè)大學 工程技術學院, 湖北 武漢 430068；2. 中國地質(zhì)大學(武漢) 信息技術教學實驗中心, 湖北 武漢 430074)

基于STM32和RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)設計

徐桂敏1, 王改芳2

(1. 湖北工業(yè)大學 工程技術學院, 湖北 武漢 430068；2. 中國地質(zhì)大學(武漢) 信息技術教學實驗中心, 湖北 武漢 430074)

設計了一種基于STM32和RFID的居民小區(qū)車輛管理系統(tǒng)。以居民小區(qū)機動車停放、進出管理為應用背景,以STM32嵌入式處理器為基礎,運用RFID模塊、語音模塊、電機驅(qū)動模塊和紅外對管等外圍器件,組成了新型的車輛管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有識別距離遠、反應快、功耗低、可擴展等特點,可替代傳統(tǒng)的車輛管理系統(tǒng),有效提高了小區(qū)車輛的管理水平。

車輛管理系統(tǒng)； STM32； RFID模塊； DSM-300； 紅外對管

傳統(tǒng)的住宅小區(qū)機動車輛管理多為人工管理或使用IC卡管理系統(tǒng),在車輛進出小區(qū)的高峰時段會出現(xiàn)排隊時間長甚至擁堵的現(xiàn)象[1-3]。本文所述基于STM32和RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng),通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù),識別工作無需人工干預。該系統(tǒng)是湖北工業(yè)大學工程技術學院參加全國大學生智能汽車競賽作品的一個測試應用子系統(tǒng),在系統(tǒng)測試和管理中側(cè)重于過程管理,體現(xiàn)了“創(chuàng)新以人為本,創(chuàng)新之根在實踐”的宗旨[4-5],對學生的知識融合和實踐動手能力的培養(yǎng)具有良好的推動作用。

1 系統(tǒng)總體設計

小區(qū)車輛管理系統(tǒng)由STM32最小系統(tǒng)版(CortexM3內(nèi)核)、RFID模塊、L298N電機驅(qū)動模塊、紅外檢測模塊、語音模塊、LCD顯示模塊等組成(見圖1)。

圖1 系統(tǒng)總體結構框圖

小區(qū)需要管理的車輛分為兩類:一是臨時車輛,車輛進小區(qū)時由保安發(fā)放臨時卡,車輛出小區(qū)時將卡收回；二是小區(qū)內(nèi)部車輛,配有電子標簽(內(nèi)置有射頻卡),進出小區(qū)采用RFID識別。

當配有電子標簽的車輛駛?cè)隦FID讀寫器的感應范圍時,電子標簽向RFID讀寫器發(fā)送射頻卡信息,讀寫器判斷射頻卡的有效性,如有效，則獲取射頻卡的ID號,并與數(shù)據(jù)庫信息進行比對。若不符合條件，則拒絕放行,同時給出告警信息和出錯提示信息；若符合條件,則給入口控制器一個有效信號,抬起電動欄桿讓車輛駛?cè)搿．敿t外車輛檢測信號出現(xiàn)“有車—無車”變化后,將電動欄桿放下,完成一次放行車輛的過程(見圖2)。由于射頻卡與讀寫器的信息交換距離可達數(shù)十米,所以當車輛到達入口時,電動欄桿已經(jīng)抬起,大大減少了駛?cè)胄^(qū)車輛的查驗時間[6-8]。車輛駛出小區(qū)的過程與駛?cè)腩愃?但需要與駛?cè)霑r的信息比對。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2 系統(tǒng)主要功能模塊實現(xiàn)

2.1 STM32控制模塊及RFID射頻模塊

控制模塊采用CortexM3內(nèi)核的STM32嵌入式控制芯片,該芯片具有高性能、低成本、低功耗的特點[9]。STM32控制模塊通過接收紅外檢測模塊發(fā)送的信號確定車輛相對欄桿的位置,接收射頻模塊的信息，并與系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)進行比對。當滿足放行條件時,便向電機驅(qū)動模塊發(fā)送指令,使欄桿抬起或落下[10]。

RFID射頻模塊主要由電子標簽、讀寫器DSM-300模塊組成。電子標簽放置在車輛上,存儲著該車的相關信息。DSM-300模塊工作在2.4～2.5 GHz微波段,內(nèi)置天線,有效識別半徑8 m；若安裝高增益外置天線,最遠識別距離可達50 m。電子標簽與讀寫器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合；在耦合通道內(nèi),根據(jù)時序關系,實現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換[11-12]。

2.2 紅外對管模塊

紅外對管是一種紅外線收發(fā)的開關管,接收管在接收和不接收紅外線時,電阻差別很大,利用外圍電路可以輸出高(低)電平供嵌入式處理器識別,從而實現(xiàn)智能控制。可以通過調(diào)節(jié)電位器改變識別距離。本系統(tǒng)中使用的紅外對管最遠可以識別50 cm的距離[13-15]。系統(tǒng)中使用了4個紅外對管模塊,入口、出口各2個,用作抬桿和落桿的開關控制。紅外對管模塊的out端分別與嵌入式處理器的PE口的0—3號引腳相連(見圖3)。當接收管接收到反射回來的紅外線時向嵌入式處理器發(fā)送一個低電平,嵌入式處理器相應的標志位被置位為“1”,當條件符合時向電機驅(qū)動模塊發(fā)出抬桿或落桿信號。

圖3 紅外對管與處理器連接圖

2.3 語音模塊

語音模塊自帶微處理器和語音芯片,可以方便地進行語音錄制、存儲和播放。語音模塊的工作分為兩步:(1)通過下載軟件向語音模塊內(nèi)部下載“歡迎光臨”、“一路順風”等語音信息并儲存；(2)當嵌入式處理器接收到車輛駛?cè)牖螂x開信號時,即通過嵌入式處理器的PB0或PB6口,向語音模塊的信號輸入端寫“0”,外部連接的直流音響設備會播報語音(見圖4)。

圖4 語音模塊工作框圖

2.4 電機驅(qū)動模塊

小區(qū)車輛管理系統(tǒng)使用的是L298N雙H橋直流電機驅(qū)動芯片。驅(qū)動部分供電范圍是+5～+35 V,峰值電流是2 A,最大功耗是20 W,以電機驅(qū)動模塊給直流電機供電[16-18]，通過管腳電平可設定其工作狀態(tài)(見表1)。

表1 L298N功能表

當微控制器成功接收到DSM-300的數(shù)據(jù)時,它就檢測紅外對管的信號。若紅外信號把有車輛通過的信息返回給接收管,微控制器即向電機驅(qū)動模塊發(fā)送電機正反轉(zhuǎn)指令,讓入口或出口的欄桿抬起或落下。

3 系統(tǒng)測試

首先對本系統(tǒng)軟硬件做整體功能測試。在DSM-300模塊、STM32控制模塊、紅外對管模塊、電機驅(qū)動模塊、語音模塊、LCD顯示模塊的功能均實現(xiàn)后進行性能測試,對RFID模塊接收電子標簽信號強度隨距離變化和模型車通過門閘的時間進行了測試。

(1) 分別在模型車放置兩張不同的電子標簽,進行多次測試,RFID射頻模塊接收到這兩張電子標簽信號的頻次隨距離變化的數(shù)據(jù)如表2所示。此頻次可表明信號的強度。數(shù)據(jù)表明,電子標簽2比電子標簽1信號強,有天線識別距離更遠。

表2 RFID射頻模塊接收到電子標簽信號的頻次表 %

(2) 測試模型小車通過入口的時間數(shù)據(jù)如表3所示。測試時小車速度約為3 m/s。

表3 模型小車通過門閘的測試時間表 s

注:1號管是入口欄桿前紅外對管；2號管是入口欄桿后紅外對管。

測試結果顯示,從1號紅外對管接收到模型小車進入門閘區(qū)反射回來的紅外線,到電機驅(qū)動模塊發(fā)出抬桿信號并使欄桿完全抬起的平均時間值0.62 s,從2號紅外對管接收到模型小車通過欄桿后反射回來的紅外線,到電機驅(qū)動模塊發(fā)出落桿信號使得欄桿完全落下的平均時間為0.75 s,而模型小車通過門崗的平均時間為3.34 s。可知系統(tǒng)達到預期要求,模型車能以較快的速度通過門閘,可有效提高車輛通行效率。

4 結束語

基于STM32和RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)的設計過程是一項具有探索性的工程實踐活動,該系統(tǒng)還可以進一步拓展功能,例如與停車收費系統(tǒng)互聯(lián)。在系統(tǒng)開發(fā)中培養(yǎng)了學生綜合運用知識的能力、基本工程實踐能力和創(chuàng)新意識,激發(fā)了學生從事科學研究與探索的興趣和潛能,倡導了理論聯(lián)系實際、求真務實的學風和團隊協(xié)作的人文精神,促進了學校的素質(zhì)教育。

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Design of community vehicle management system based on STM32 and RFID

Xu Guimin1, Wang Gaifang2

(1. Engineering and Technology College,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;2. Experimental Teaching Center for Information Technology,China University of Geoscience,Wuhan 430074,China)

In view of this situation,this paper designs a kind of vehicle management system based on STM32 and RFID, taking the vehicle management in residential area as the application background,the embedded processor STM32 as the foundation,using the peripheral device including RFID module,voice module,motor drive module and infrared tube. With the characteristics of long identification distance,quick response,low power consumption and scalability,this new type of vehicle management system can improve the vehicle management level effectively.

vehicle management system; STM32; RFID module; DSM-300; infrared tube

2014- 12- 29 修改日期：2015- 04- 08

徐桂敏(1984—),女,湖北隨州,碩士,講師,主要研究方向為智能控制和地質(zhì)信息技術.

TP315；TP391.4

A

1002-4956(2015)10- 0146- 03