物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中的應(yīng)用

天津職業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院 邢朝明

物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中的應(yīng)用

天津職業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院 邢朝明

物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)是我校重點(diǎn)專業(yè)投資新開發(fā)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，是電子專業(yè)、嵌入式專業(yè)、通信專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)生通過物聯(lián)網(wǎng)智能車輛管理系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn),不僅可以感受物聯(lián)網(wǎng)在智能車輛管理系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，還可以快速的學(xué)習(xí)RFID 技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理、擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)控制、圖像處理等熱門知識(shí)。對(duì)于學(xué)生畢業(yè)后從事該領(lǐng)域工作將打下良好的基礎(chǔ)。

停車場(chǎng)傳統(tǒng)的管理模式存在的問題：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(chǎng)管理中，管理員要逐個(gè)發(fā)停車牌并記錄，一旦車流量比較大的時(shí)候，這樣繁瑣的程序就要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，并且還會(huì)造成車輛排隊(duì)等候現(xiàn)象。對(duì)于小區(qū)或單位的停車場(chǎng)來說，雖然可以不發(fā)停車牌，但是當(dāng)有外來車輛進(jìn)入時(shí)，管理員査詢起來比較煩瑣，很難辨別進(jìn)來的車輛是否為外來車輛。還有當(dāng)車輛進(jìn)出停車場(chǎng)時(shí)，管理員通過手動(dòng)控制入口和出口的道閘，大大增加了進(jìn)出的時(shí)間。

1.物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

為了解決停車場(chǎng)傳統(tǒng)管理模式存在的問題，智能車輛管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下主要功能：高效記錄車輛進(jìn)出信息；快速準(zhǔn)確査詢記錄；査詢停車場(chǎng)車位信息等等，同時(shí)使學(xué)生學(xué)會(huì)將物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用案例相結(jié)合，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。

本智能車輛管理系統(tǒng)采用了 RFID、嵌入式等技術(shù)。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(shí)現(xiàn)了紅外傳感器信息釆集、RFID讀寫器控制、門閘舵機(jī)控制等功能，使得學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，又能夠?qū)W習(xí)CM3核芯片的基礎(chǔ)開發(fā)及應(yīng)用，該系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用教學(xué)的一個(gè)演示平臺(tái)，可以讓學(xué)生切實(shí)感受物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在真實(shí)生活中的應(yīng)用，并通過對(duì)該平臺(tái)的學(xué)習(xí)快速掌握嵌入式開發(fā)、RFID讀寫，系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)的設(shè)計(jì)等技術(shù)，便于以后完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)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(cè)控制

b、小區(qū)出口監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)部分，通過STM32H03 主控板實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外接近傳感器檢測(cè)、RFID卡信息讀取、自動(dòng)門閘控制等功能。當(dāng)車輛處于RFID檢測(cè)區(qū)時(shí)，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(jìn)行對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)非本小區(qū)卡，則禁止進(jìn)入；如果是本小區(qū)卡，則進(jìn)行標(biāo)記，并記錄車輛進(jìn)入小區(qū)時(shí)間，開啟自動(dòng)門閘放行，實(shí)時(shí)更新車位信息。入口監(jiān)測(cè)控制部分通過紅外接近傳感器探測(cè)車輛。

1.2小區(qū)出口監(jiān)測(cè)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(cè)部分與入口部分功能相似，也是通過STM32F103主控板實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛紅外接近傳感器檢測(cè)、RFID標(biāo)簽信息讀取、完成停車收費(fèi)、自動(dòng)門閘控制等功能。當(dāng)車輛處于RFID檢測(cè)區(qū)時(shí)，讀卡器讀取信息，根據(jù)車輛進(jìn)入小區(qū)時(shí)間和出口時(shí)間，計(jì)算停車費(fèi)用并在用戶停車卡中扣除相關(guān)停車費(fèi)用，開啟自動(dòng)門閘放行，并實(shí)時(shí)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(jī)架構(gòu)，USB接口下載程序，LCD1602 液晶顯示，方便學(xué)生開發(fā)。板載4路紅外傳感器、1個(gè)超聲波傳感器，可完成自動(dòng)循跡、紅外避障、超聲波測(cè)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(dòng)門閘橫桿前方時(shí)，通過超聲波測(cè)距反饋的數(shù)據(jù), P車輛自動(dòng)停止。待橫桿放行后車輛繼續(xù)前進(jìn)。

作為RFID車輛收費(fèi)管理系統(tǒng)的小車，還需裝有rfID卡，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)收費(fèi)功能。

1.4小區(qū)地圖

該小區(qū)地圖是參照現(xiàn)實(shí)中的小區(qū)實(shí)況，通過比例縮小繪制制成的。地圖中標(biāo)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(xué)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(cè)控制、出口檢測(cè)控制以及嵌入式遠(yuǎn)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(yuǎn)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(guān)

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(cè)

核心板： STM32F103RBT6

車輛檢測(cè)傳感器：紅外接近傳感器

門閘舵機(jī)：90。控制

LCD：128*64點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)；

支持Mifere one S50，S70及其兼容卡片；

簡(jiǎn)單的命令集可完成對(duì)卡片的全部操作；

通用協(xié)議：UART，適用于PC機(jī)或8位UART的單片機(jī)，默認(rèn)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(cè)控制

入口車輛檢測(cè)部分是由STM32F103核心板作為控制核心，完成道閘的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，讀取ID卡號(hào)，給ID卡內(nèi)寫入當(dāng)前進(jìn)入的時(shí)間，LCD顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，通過異步UART和出口檢測(cè)中心進(jìn)行通信。

將自動(dòng)門閘舵機(jī)連接線接至舵機(jī)控制盒“舵機(jī)端”（橙色：信號(hào)；紅色：V+；棕色：V-），將舵機(jī)控制盒“控制端”接入口檢測(cè)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(jī)控制盒和入口檢測(cè)控制盒的DC5V電源。

入口檢測(cè)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(gè)按鍵為預(yù)留按鍵，留給學(xué)生二次開發(fā)使用。

2.5小區(qū)出口檢測(cè)控制

出口檢測(cè)部分也是由STM32F103核心板作為控制核心，完成道閘的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，讀取ID卡號(hào)，給ID卡內(nèi)寫入當(dāng)前出口的時(shí)間、LCD顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，消費(fèi)金額和余額，通過異步UART和入口檢測(cè)中心進(jìn)行通信。

連接方式同入口檢測(cè)。

2.6智能小車

智能小車能夠完成循跡，紅外避障，超聲波測(cè)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(shí)中的汽車，上面帶有RFID卡，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繳費(fèi)等功能。

3.物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

3.1模擬系統(tǒng)轉(zhuǎn)接板

該轉(zhuǎn)接板主要是方便各個(gè)傳感器供電而設(shè)計(jì)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(jī)、RFID、UART模組、Zigbee模塊、NRF2401模塊等，在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)接板圖

3.2自動(dòng)門閘控制

本系統(tǒng)自動(dòng)門閘的模擬使用舵機(jī)控制。

控制舵機(jī)的信號(hào)為20ms周期的PWM波，使用STM32F103芯片的TIM1的PWM模式實(shí)現(xiàn)，不同占空比分別對(duì)應(yīng)不同角度

3.3RFID讀寫器

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

RFID和串口通信時(shí)波特率設(shè)置為9600Hz，沒有奇偶校驗(yàn)位。

3.4接口說明

模塊　STM32F103RBT6　網(wǎng)絡(luò)　說明實(shí)時(shí)時(shí)鐘　PC9　SCLK_DS1302　DS1302時(shí)鐘PA8　DATA_DS1302　DS1302數(shù)據(jù)舵機(jī)　PA11　MOTOR_CTRL　舵機(jī)控制信號(hào)車輛檢測(cè)　PB13　IR_SENSOR1　紅外接近傳感器信號(hào)1 PB12　IR_SENSOR2　紅外接近傳感器信號(hào)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(guān)通信PA2　T2_IN　嵌入式網(wǎng)關(guān)通信TXD PA3　R2_OUT　嵌入式網(wǎng)關(guān)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(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

4.1智能小車壁障實(shí)訓(xùn)

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

4.2智能小車循跡實(shí)訓(xùn)

根據(jù)提供的智能小車紅外感應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)編程，完成小測(cè)循跡自動(dòng)運(yùn)行功能。

4.3門閘控制實(shí)訓(xùn)

詳細(xì)了解舵機(jī)運(yùn)行原理，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制舵機(jī)運(yùn)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(shí)訓(xùn)

根據(jù)提供的RFID讀寫協(xié)議，在模擬系統(tǒng)轉(zhuǎn)接板上實(shí)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(shí)訓(xùn)

詳細(xì)了解STM32處理器架構(gòu)，完成小區(qū)車輛管理系統(tǒng)中出入口檢測(cè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及對(duì)應(yīng)的相關(guān)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)，入LCD、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘、RFID串口通信、紅外感應(yīng)器驅(qū)動(dòng)、計(jì)費(fèi)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)等。

5.結(jié)束語

通過以上實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使學(xué)生學(xué)會(huì)將物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用案例相結(jié)合，同時(shí)掌握了物聯(lián)網(wǎng)RFID智能車輛管理系統(tǒng)技術(shù)，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。通過實(shí)訓(xùn)中多種手段的綜合運(yùn)用，使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)上網(wǎng)查詢、儀器使用、查找資料、使用儀器手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)調(diào)試、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、包括編制實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)軟件工具，以及硬件實(shí)驗(yàn)的軟件化和智能化等基本技能。

[1]物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái).

[2]物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.

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