物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)在實訓項目中的應用

天津職業(yè)大學電子信息學院 邢朝明

物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)在實訓項目中的應用

天津職業(yè)大學電子信息學院 邢朝明

物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)是我校重點專業(yè)投資新開發(fā)的實訓項目，是電子專業(yè)、嵌入式專業(yè)、通信專業(yè)的專業(yè)基礎課。學生通過物聯(lián)網(wǎng)智能車輛管理系統(tǒng)的實訓,不僅可以感受物聯(lián)網(wǎng)在智能車輛管理系統(tǒng)中的實際應用，還可以快速的學習RFID 技術、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、遠程監(jiān)控管理、擴展網(wǎng)絡控制、圖像處理等熱門知識。對于學生畢業(yè)后從事該領域工作將打下良好的基礎。

停車場傳統(tǒng)的管理模式存在的問題：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，私家車輛也越來越多。在傳統(tǒng)的停車場管理中，管理員要逐個發(fā)停車牌并記錄，一旦車流量比較大的時候，這樣繁瑣的程序就要花費很長時間，并且還會造成車輛排隊等候現(xiàn)象。對于小區(qū)或單位的停車場來說，雖然可以不發(fā)停車牌，但是當有外來車輛進入時，管理員査詢起來比較煩瑣，很難辨別進來的車輛是否為外來車輛。還有當車輛進出停車場時，管理員通過手動控制入口和出口的道閘，大大增加了進出的時間。

1.物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)簡介

為了解決停車場傳統(tǒng)管理模式存在的問題，智能車輛管理系統(tǒng)應具備以下主要功能：高效記錄車輛進出信息；快速準確査詢記錄；査詢停車場車位信息等等，同時使學生學會將物聯(lián)網(wǎng)知識與實際應用案例相結合，為學生進一步學習和應用物聯(lián)網(wǎng)技術打下良好的基礎。

本智能車輛管理系統(tǒng)采用了 RFID、嵌入式等技術。選用了目前市面上最熱 門的ARM Cortex-M3核芯片STM32F103系列作為主控芯片，實現(xiàn)了紅外傳感器信息釆集、RFID讀寫器控制、門閘舵機控制等功能，使得學生在物聯(lián)網(wǎng)相關知識學習的同時，又能夠?qū)W習CM3核芯片的基礎開發(fā)及應用，該系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)應用教學的一個演示平臺，可以讓學生切實感受物聯(lián)網(wǎng)技術在真實生活中的應用，并通過對該平臺的學習快速掌握嵌入式開發(fā)、RFID讀寫，系統(tǒng)應用架構的設計等技術，便于以后完成物聯(lián)網(wǎng)相關技術的深層次開發(fā)。

物聯(lián)網(wǎng)智能車輛管理系統(tǒng)分以下幾部分：

a、小區(qū)入口監(jiān)測控制

b、小區(qū)出口監(jiān)測控制

c、RFID卡智能小車

d、小區(qū)地圖

1.1小區(qū)入口監(jiān)測控制

物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)的小區(qū)入口檢測部分，通過STM32H03 主控板實現(xiàn)對紅外接近傳感器檢測、RFID卡信息讀取、自動門閘控制等功能。當車輛處于RFID檢測區(qū)時，入口讀卡器讀取卡片信息，分析處理此信息，與數(shù)據(jù)庫中的信息進行對比，如果發(fā)現(xiàn)非本小區(qū)卡，則禁止進入；如果是本小區(qū)卡，則進行標記，并記錄車輛進入小區(qū)時間，開啟自動門閘放行，實時更新車位信息。入口監(jiān)測控制部分通過紅外接近傳感器探測車輛。

1.2小區(qū)出口監(jiān)測控制

物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)的小區(qū)出口檢測部分與入口部分功能相似，也是通過STM32F103主控板實現(xiàn)對車輛紅外接近傳感器檢測、RFID標簽信息讀取、完成停車收費、自動門閘控制等功能。當車輛處于RFID檢測區(qū)時，讀卡器讀取信息，根據(jù)車輛進入小區(qū)時間和出口時間，計算停車費用并在用戶停車卡中扣除相關停車費用，開啟自動門閘放行，并實時更新車位信息給入口控制器。

1.3智能小車

演示用智能小車采用雙51單片機架構，USB接口下載程序，LCD1602 液晶顯示，方便學生開發(fā)。板載4路紅外傳感器、1個超聲波傳感器，可完成自動循跡、紅外避障、超聲波測距等功能。在本系統(tǒng)中，小車沿布好的黑色小區(qū)跑道行走，待走到自動門閘橫桿前方時，通過超聲波測距反饋的數(shù)據(jù), P車輛自動停止。待橫桿放行后車輛繼續(xù)前進。

作為RFID車輛收費管理系統(tǒng)的小車，還需裝有rfID卡，以實現(xiàn)相關收費功能。

1.4小區(qū)地圖

該小區(qū)地圖是參照現(xiàn)實中的小區(qū)實況，通過比例縮小繪制制成的。地圖中標有小區(qū)入口和出口，跑道采用1.5cm黑色電工膠布粘貼在地圖上，方便學生根據(jù)需求搭建模型。

2.物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)硬件框圖

物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)硬件框圖如下圖所示，其主要由入口檢測控制、出口檢測控制以及嵌入式遠程控制中心三部分組成。其中入口和出口控制部分是由STM32控制板完成。嵌入式遠程控制采用ARM11 S3C6410 作為控制核心。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)RFID小區(qū)車輛管理系統(tǒng)功能模塊說明

物聯(lián)網(wǎng)RFID小區(qū)車輛管理系統(tǒng)功能模塊說明圖

2.1嵌入式網(wǎng)關

核心板： S3C6410 2G Nandflash 256M DDR內(nèi)存

攝像頭： USB攝像頭

TFT： 4.3寸TFT觸摸液晶屏

2.2出入口檢測

核心板： STM32F103RBT6

車輛檢測傳感器：紅外接近傳感器

門閘舵機：90。控制

LCD：128*64點陣液晶

2.3RFID讀寫器

讀卡電流：5V/54mA；

采用PHILIPS高度集成讀卡芯片MFRC522及其兼容芯片；

符合ISO14443 TYPE A/MIFARE 標準；

支持Mifere one S50，S70及其兼容卡片；

簡單的命令集可完成對卡片的全部操作；

通用協(xié)議：UART，適用于PC機或8位UART的單片機，默認波特率9600bps；

讀寫距離：20-80mm；

串口波特率：9600；

2.4小區(qū)入口檢測控制

入口車輛檢測部分是由STM32F103核心板作為控制核心，完成道閘的自動開啟和關閉，讀取ID卡號，給ID卡內(nèi)寫入當前進入的時間，LCD顯示實時時間，通過異步UART和出口檢測中心進行通信。

將自動門閘舵機連接線接至舵機控制盒“舵機端”（橙色：信號；紅色：V+；棕色：V-），將舵機控制盒“控制端”接入口檢測控制盒，用專配的RJ45串口線連接入口與出口的RJ45口，分別接通舵機控制盒和入口檢測控制盒的DC5V電源。

入口檢測控制盒上的紅色LED為電源指示燈，三色LED為工作狀態(tài)指示燈，4個按鍵為預留按鍵，留給學生二次開發(fā)使用。

2.5小區(qū)出口檢測控制

出口檢測部分也是由STM32F103核心板作為控制核心，完成道閘的自動開啟和關閉，讀取ID卡號，給ID卡內(nèi)寫入當前出口的時間、LCD顯示實時時間，消費金額和余額，通過異步UART和入口檢測中心進行通信。

連接方式同入口檢測。

2.6智能小車

智能小車能夠完成循跡，紅外避障，超聲波測距等功能。在本系統(tǒng)，智能小車作為載體，主要完成模擬現(xiàn)實中的汽車，上面帶有RFID卡，實現(xiàn)自動繳費等功能。

3.物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)的實際應用

3.1模擬系統(tǒng)轉接板

該轉接板主要是方便各個傳感器供電而設計的，供電模塊主要有5處，均為5V供電，分別是傳感器、紅外接近傳感器、舵機、RFID、UART模組、Zigbee模塊、NRF2401模塊等，在轉接板上將I/O口全部引出，方便用戶二次開發(fā)，其次通過跳線可以IO口的連接。

圖2　模擬系統(tǒng)轉接板圖

3.2自動門閘控制

本系統(tǒng)自動門閘的模擬使用舵機控制。

控制舵機的信號為20ms周期的PWM波，使用STM32F103芯片的TIM1的PWM模式實現(xiàn)，不同占空比分別對應不同角度

3.3RFID讀寫器

RFID讀寫器通過UART串口和單片機之間進行數(shù)據(jù)的交換，電子標簽離讀寫器的距離約為6cm左右。

RFID和串口通信時波特率設置為9600Hz，沒有奇偶校驗位。

3.4接口說明

模塊　STM32F103RBT6　網(wǎng)絡　說明實時時鐘　PC9　SCLK_DS1302　DS1302時鐘PA8　DATA_DS1302　DS1302數(shù)據(jù)舵機　PA11　MOTOR_CTRL　舵機控制信號車輛檢測　PB13　IR_SENSOR1　紅外接近傳感器信號1 PB12　IR_SENSOR2　紅外接近傳感器信號2 RFID讀寫　PA9　T1_IN　13.56MHzRFID通信TXD PA10　R1_OUT　13.56MHzRFID通信RXD嵌入式網(wǎng)關通信PA2　T2_IN　嵌入式網(wǎng)關通信TXD PA3　R2_OUT　嵌入式網(wǎng)關通信RXD小區(qū)出入口通信PB10　T3_IN　小區(qū)出入口TXD PB11　R3_OUT　小區(qū)出入口RXD

4.物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)實訓項目

4.1智能小車壁障實訓

根據(jù)提供的智能小車接口參數(shù)等，實現(xiàn)51單片機編程，完成超聲波測距和壁障功能。

4.2智能小車循跡實訓

根據(jù)提供的智能小車紅外感應器，實現(xiàn)51單片機編程，完成小測循跡自動運行功能。

4.3門閘控制實訓

詳細了解舵機運行原理，實現(xiàn)單片機控制舵機運行，模擬小區(qū)車輛管理系統(tǒng)中的門閘功能。

4.4基于STM32處理的RFID讀寫實訓

根據(jù)提供的RFID讀寫協(xié)議，在模擬系統(tǒng)轉接板上實現(xiàn)STM32與RFID讀寫器的通信，完成讀寫功能。

4.5STM32核心系統(tǒng)開發(fā)實訓

詳細了解STM32處理器架構，完成小區(qū)車輛管理系統(tǒng)中出入口檢測拓撲結構設計，以及對應的相關外設的驅(qū)動，入LCD、RTC實時時鐘、RFID串口通信、紅外感應器驅(qū)動、計費狀態(tài)機實現(xiàn)等。

5.結束語

通過以上實訓項目，使學生學會將物聯(lián)網(wǎng)知識與實際應用案例相結合，同時掌握了物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)技術，為學生進一步學習和應用物聯(lián)網(wǎng)技術打下良好的基礎。通過實訓中多種手段的綜合運用，使學生逐步學會上網(wǎng)查詢、儀器使用、查找資料、使用儀器手冊、實驗調(diào)試、實驗數(shù)據(jù)處理、包括編制實驗教學課件、實驗軟件工具，以及硬件實驗的軟件化和智能化等基本技能。

[1]物聯(lián)網(wǎng)教學開發(fā)實驗平臺.

[2]物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)實驗指導書.

邢朝明（1959-）， 天津市人，現(xiàn)供職于天津職業(yè)大學。