基于RFID的智能立體停車場管理系統的設計與實現

安旭，許凌云，劉松（南京航空航天大學 理學院，江蘇 南京211100）

基于RFID的智能立體停車場管理系統的設計與實現

安旭，許凌云，劉松
（南京航空航天大學 理學院，江蘇 南京211100）

針對目前我國城市停車系統工作效率低、管理系統不完善的問題，設計了一種基于射頻識別（RFID）技術的智能立體停車場管理系統，該系統基于單片機控制，包括硬件和軟件兩個子系統。通過模塊測試和整體操作，該系統可實現用戶車輛的不停車通行管理、停車引導、自動繳費、反向尋車、車位預訂、停車場信息對外發布等功能，使停車場智能化，提高了停車效率和服務水平。

射頻識別；智能停車；車位管理；單片機

據公安部交管局統計，截止到2015年底，全國機動車保有量已經達到2.79億輛，機動車駕駛人達到3.27億人，其中汽車達到1.72億輛，汽車駕駛人超過2.8億人。按照國際城市建設經驗，停車泊位應達到機動車保有量的1.1至1.2倍，光北京市停車位缺口就在30%-35%。由于公共停車位不足，占用道路停車成為普遍現象，"行車難、停車難"造成的交通擁堵與混亂，正成為社會關注，百姓關心，政府亟需解決的焦點問題[1-4]。

而立體停車場最大的優勢就在于其能夠充分利用城市空間，被稱為城市空間的"節能者"。根據資料統計，傳統停車場停50輛車需要1 650平方米，而采用露天電梯塔式立體停車只需50平方米，也就是說，可以達到每1平方米即停放一輛小車，可以有效地緩解停車的壓力。立體停車場的管理系統可以協助人們更有效率地停放車輛，立體停車場的進一步推廣，有效解決人們停車難的問題。因此，如何在立體停車場的基礎上使用新技術便顯得尤為必要了，建立在智能停車場管理系統之上[8-15]，將RFID技術應用到現代化立體停車場的管理中[5-7]，可以有效地管理停車場。

1 系統的整體設計

本系統基于單片機控制，主要應用RFID技術，包括硬件和軟件兩個子系統。系統的整體設計如圖1所示。在硬件方面，圍繞單片機展開，包括對電子標簽讀寫，語音提示，顯示剩余車位，引導停放等功能。在軟件方面，采用C語言，解決單片機之間的通訊，單片機與電子標簽之間的聯系，重點是算法的研究，減少電子標簽之間的干擾，提高停車效率；采用C#語言編寫上位機程序，對用戶的停車時間進行分析，優化處理，以實現立體停車場的智能化。系統軟件主要包括以下6個方面功能：

1）不停車通行管理:采用RFID遠距離讀卡技術，實現了固定用戶入出停車場時的不停車管理，節約了用戶時間。

2）停車引導:通過分布在停車場內的ZigBee無線傳感網絡，對停車場內的車位狀態進行實時檢測，通過引導屏、引導用戶快速找到停車位。

3）自動繳費:在數據處理中心通過用戶停車卡與銀行卡的綁定，實現停車自動扣費功能。

4）車位預定：臨時用戶通過遠程電腦終端或手機APP查詢停車場的位置、總車位數、空余車位等有關信息，提前預定停車位。

5）反向尋車：對于大型停車場，通過自助查詢終端，通過刷卡，或輸入車牌號等信息，可以查詢車輛的停車位置，為用戶快速找尋車輛提供方便。

6）信息發布：通過停車場外顯示屏、網絡、手機APP等工具，可以將停車場的位置信息、空余車位數、計費費率等信息向外界發布。

圖1 系統的整體設計

2 系統的硬件設計

2.1 RFID技術

2.1.1 RFID卡的動態識別功能

RFID卡可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便，完成識別工作時無需人工干預，適于實現自動化且不易損壞。

2.1.2 RFID卡的新用戶注冊和充值

上位機控制，對RFID卡進行新用戶的注冊和充值功能，新用戶的注冊包括車載卡和用戶卡兩種。注冊是將新用戶的信息寫到數據庫里；充值是將余額和已付金額兩個數字相加，生成新的余額。

2.1.3 RFID卡的身份識別功能

RFID實現對用戶車輛的三重身份識別，有效降低車輛被盜的風險。第一重：用戶刷卡，刷卡信息與數據庫的信息進行比對，確認是本停車場注冊過的用戶之后允許停車，否則進行新用戶的注冊或者臨時用戶存車。第二重：用戶車輛到達停車場入口的載車板上，載車板上的讀卡器將用戶車輛的信息發送到上位機，與用戶刷卡的信息進行比對，確認是同一用戶的車輛之后，載車板將用戶車輛載到停車位上，否則，不執行。第三重：用戶刷卡取車，載車板接到用戶車輛之后，將車輛的信息發送到上位機，與用戶刷卡的信息進行比對，確認是同一用戶的車輛之后放行，否則，不執行。

2.2 通訊模塊

采用一主機多從機樹狀結構進行數據傳輸，每個從機都有單獨的編號，傳輸時，主機首先發送地址信息，該地址的從機接收到信息后，向主機返回應答信號，并準備接收即將傳輸的信息，主機接收到應答信號后，開始信息傳送。單片機通訊路徑如圖2所示。

圖2 單片機通訊路徑圖

為避免導線過長，運動物體的通訊采用藍牙傳送信息：載車板與上位機的通訊使用藍牙互傳信息，小車與控制面板的通訊采用藍牙互傳信息。

2.3 車位檢測

基于ZigBee無線傳感網絡，由協調器，路由器和智能主機組成的車位檢測系統，可以向上位機停車場管理系統提供車位狀態：錯誤報警、檢測器電壓過低報警、檢測器工作溫度超出范圍報警、檢測器地磁傳感器工作異常報警、檢測器無線通信中斷報警、智能主機狀態異常報警、路由器信號丟失報警。無線網絡結構如圖3所示。

2.4 語音模塊

采用SYN6288語音合成模塊，可通過串口對語音內容進行實時修改，實時播報刷卡狀態，停車時間，花費金額，剩余金額，以獲得更好的用戶體驗。SYN6288語音芯片電路圖如圖4所示。

圖3 無線結構網絡

圖4 SYN6288語音芯片電路圖

2.5 顯示模塊

帶中文字庫的128X64-0402B每屏可顯示4行8列共32個16×16點陣的漢字，每個顯示RAM可顯示1個中文字符或2個16×8點陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實現32個中文字符或64個ASCII碼字符的顯示。12 864是128*64點陣液晶模塊的點陣數簡稱，業界約定俗成的簡稱。12 864點陣液晶屏顯示如圖5所示。

采用16×64點陣屏，可同時顯示4個漢字，用于剩余車位信息以及即時信息的顯示，即時信息由上位機輸入，二值化生成，因即時信息傳輸時數據量過大，為避免影響正常的存取車操作，單獨使用一串口進行數據傳輸。

圖5 12864點陣液晶屏顯示

2.6 小車模塊

用戶刷卡存車，控制面板的藍牙發送信號，小車上的藍牙接收信號，通過紅外循跡傳感器，識別標記，按照預先設定的軌跡進行移動，直到到達載車板上。小車模塊如圖6所示。

2.7 停車場模型

停車場模型包括光電門開關制動，N20電機驅動和主機的信息交換接口3個模塊，分別由3個單片機控制。信息傳送采用線狀傳送方式；電機驅動分別控制X，Y，Z 3個方向，Z軸驅動實現電梯升降，X軸運向指定車位，Y軸實現入庫操作。

圖6 小車模型

3 系統的軟件設計

系統軟件流程圖如圖7所示。

圖7 系統軟件流程圖

3.1 上位機

上位機采用C#編寫，進行數據卡號的處理和命令發送。命令采用九字節格式，一字節地址位，八字節控制位，完成對數據庫的操作，實現新增用戶，充值，存取車位安排，點陣屏數據生成、發送，在存車輛信息和存車記錄的查看。上位機生成的停車場管理系統界面如圖8所示。

3.2 數據庫

3.2.1 數據庫概況

利用數據庫來存儲信息，建立“用戶信息表”，“車位狀態表”，“歷史記錄表”，用戶信息表中存儲用戶姓名，卡號，余額等信息，存取車操作時以數據庫中余額為準，卡中存儲的余額信息為輔，防止私自修改余額信息事件的發生。

圖8 上位機生成的停車場管理系統界面

3.2.2 數據庫優化停車

利用數據庫存儲的用戶信息，通過算法優化，將固定用戶（有具體的存車、取車時間）的車輛存放在遠離停車場入口的位置；將臨時用戶的車輛存放在靠近停車場入口的位置。減少器械工作量，節省取車時間。數據庫存儲用戶信息表如圖9所示。

圖9 數據庫存儲用戶信息

3.3 手機APP預約停車位

手機客戶端基于android系統開發，通過TCP/IP協議建立socket連接，上位機作為服務器，監聽客戶端請求，采用多線程操作，實現用戶登陸，信息查詢，車位預約，手機端取車，自動繳費，反向尋車和接收停車場信息等功能，客戶端和上位機的信息交換采用json格式，包括用戶名，車牌號，停車記錄等信息。手機APP如圖10所示。

4 結束語

將RFID技術應用到現代化立體停車場的管理中，可以有效地管理停車場，具有使車輛進出有序、手續簡便、速度快、安全防盜、管理自動化、收費公正合理、應收費用不流失以及減少管理人員等特點。將遠距離射頻識別系統應用于停車場管理，繼承以往磁卡、條形碼、接觸式IC卡、遠距離感性IC卡的所有優點，向零缺陷邁進了一大步，代表當今國際流行的停車場管理系統的最新水平。

圖10 手機APP用戶登錄界面和功能菜單界面

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Design of intelligent stereo parking lot management system based on RFID

AN Xu，XU Ling-yun，LIU Song
（College of Science，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211100，China）

Aim at the problem of low efficiency and incomplete management system in city parking system in our country today，a new intelligent multistory city parking system based on Radio frequency identification（RFID）technology is designed in this paper，the system is based on singlechip，includingtwo subsystems about hardware and software.Through module test and overall operation，the systemcan achieve the function of no-parking passing，parking guidance，automatic payment，reverse seeking vehicle，parking reservation，parking information release and etc，which greatly make the parking lot intelligent and improve the work efficiency and service level．

RFID；intelligent parking；parking management；singlechip

TN02

A

1674－6236（2017）07-0119-04

2016-03-23稿件編號：201603321

國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201510287037）

安 旭（1994—），男，陜西寶雞人。研究方向：探測制導與控制技術。