基于RFID和ZigBee技術(shù)的智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)設(shè)計

王 浩

(健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，江蘇太倉 215411)

基于RFID和ZigBee技術(shù)的智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)設(shè)計

王 浩

(健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院，江蘇太倉 215411)

針對停車場停車引導(dǎo)和車位管理存在的不足，結(jié)合RFID和ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢，在無源電子標(biāo)簽和RFID閱讀器的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種與ZigBee網(wǎng)絡(luò)融合的停車場停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)。試驗測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有功耗低、運(yùn)行穩(wěn)定等特點，能克服傳統(tǒng)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(yīng)用前景。

RFID；ZigBee；網(wǎng)絡(luò)融合；停車引導(dǎo)；車位管理

目前在停車場管理系統(tǒng)中，RFID讀卡與后臺管理主機(jī)通常采用有線方式進(jìn)行連接，布線占用一定的空間，降低了讀卡設(shè)備部署的靈活度[1]，并為后期維護(hù)帶來一定的困難。本文設(shè)計一種無源RFID與ZigBee網(wǎng)絡(luò)融合的停車場停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)解決方案，充分利用無線傳感網(wǎng)的自組織、廉價和靈活的技術(shù)優(yōu)勢，使得停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)的部署和維護(hù)更加簡單易行。

1 總體設(shè)計

智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)利用RFID結(jié)合ZigBee網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，RFID用于檢測車輛進(jìn)入和離開停車區(qū)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)包含3種節(jié)點用于無線傳送車輛檢測信息，這3種節(jié)點功能有所不同，車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點主要完成組網(wǎng)工作，接收路由節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點的數(shù)據(jù)信號，并最終通過RS232接口發(fā)送到上位機(jī)；路由節(jié)點主要將RFID網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點進(jìn)行解析處理；RFID網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點主要采集RFID信號和執(zhí)行控制命令[2]。該系統(tǒng)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(qū)進(jìn)行管理，每個停車區(qū)設(shè)有入口檢測和出口檢測，負(fù)責(zé)檢測本停車區(qū)的車輛數(shù)目變動情況，并將信息發(fā)送到車輛信息管理中心。車輛信息管理中心負(fù)責(zé)接收和處理入口檢測部分和出口檢測部分發(fā)送的信息。當(dāng)接收到入口檢測部分發(fā)送的信息，說明有車輛進(jìn)入停車場，系統(tǒng)開始記錄該車輛停留時間；當(dāng)接收到出口檢測部分發(fā)送的信息，說明有車輛離開停車場，系統(tǒng)停止記錄該車輛停留時間，并根據(jù)記錄結(jié)果計算停車費用和更新系統(tǒng)存儲的車位信息，為司機(jī)停車提供快捷高效的引導(dǎo)服務(wù)。智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要由無源電子標(biāo)簽、RFID高頻閱讀器、ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器、ZigBee終端以及PC上位機(jī)組成。

圖1 智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)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(xiàn)閱讀器的基本讀寫功能，射頻芯片模塊采用MF522芯片，負(fù)責(zé)無線信號的編碼、解碼、調(diào)制和解調(diào)，MCU模塊通過SPI接口實現(xiàn)對射頻芯片模塊的控制[3]。

RFID閱讀器模塊與電子標(biāo)簽通過射頻脈沖建立無線連接并完成數(shù)據(jù)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(biāo)簽進(jìn)行通信，完成對電子標(biāo)簽的讀寫和整個閱讀器的控制管理[4]。

2.2協(xié)調(diào)器節(jié)點及終端節(jié)點硬件設(shè)計

圖2 協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)圖

協(xié)調(diào)器節(jié)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(yīng)用的片上系統(tǒng)解決方案[5]。芯片上還有一個完全集成的高性能射頻收發(fā)器，帶有8051MCU、8 kB RAM、256 kB閃存以及其它強(qiáng)勁的支持功能和外設(shè)，空中傳輸速率高達(dá)250 kb/s，特別適合自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域應(yīng)用。CC2530芯片內(nèi)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(xiàn)信號的收發(fā)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(xié)調(diào)器節(jié)點硬件如圖2所示。

終端節(jié)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(xié)調(diào)器節(jié)點基本相同，不再贅述。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括RFID閱讀器部分軟件設(shè)計、入口和出口檢測部分終端節(jié)點軟件設(shè)計和車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設(shè)計。

圖3 RFID閱讀器軟件設(shè)計流程圖

3.1 RFID閱讀器部分

當(dāng)無源電子標(biāo)簽收到閱讀器的相應(yīng)命令后，讀取電子標(biāo)簽中卡號UID，控制標(biāo)簽的狀態(tài)，實現(xiàn)防碰撞算法，即當(dāng)有多張標(biāo)簽同時進(jìn)入閱讀器的工作范圍時，可以被依次讀取到，而不會出現(xiàn)錯誤。然后將UID打包成數(shù)據(jù)幀格式，并通過閱讀器的RS232接口發(fā)送至ZigBee終端節(jié)點[7]。

RFID閱讀器軟件設(shè)計流程如圖3所示。

圖4 入口和出口檢測部分終端節(jié)點軟件設(shè)計流程圖

3.2入口和出口檢測部分終端節(jié)點

系統(tǒng)中的停車區(qū)入口檢測部分和出口檢測部分都屬于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點，入口檢測節(jié)點部署在停車場入口處，主要工作是當(dāng)司機(jī)通過無源電子標(biāo)簽對閱讀器進(jìn)行刷卡時，讀取車輛進(jìn)入停車場的卡號信息，卡號長度為5 B，然后將本停車區(qū)的編號和讀取到的卡號發(fā)送至車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點進(jìn)行解析處理。同樣出口檢測節(jié)點也是將本停車區(qū)的編號和讀取到的卡號發(fā)送到車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點進(jìn)行解析處理，計算進(jìn)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(jié)點軟件設(shè)計流程如圖4所示。

3.3車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點

車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的控制中心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)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(fā)送的信息，并進(jìn)行相應(yīng)的解析處理。

當(dāng)接收到入口檢測節(jié)點發(fā)送過來的卡號和停車區(qū)編號時，協(xié)調(diào)器節(jié)點為該卡對應(yīng)的車輛建立記錄信息，并開始計時。當(dāng)接收到出口檢測節(jié)點發(fā)送過來的卡號和停車區(qū)編號時，協(xié)調(diào)器節(jié)點停止對該卡對應(yīng)車輛的計時，并根據(jù)車輛停留時間計算停車費用。協(xié)調(diào)器節(jié)點并不能根據(jù)接收到的信息直接判斷出車輛是進(jìn)入還是離開停車區(qū)，協(xié)調(diào)器節(jié)點每次接收到信息后，首先查詢系統(tǒng)車位信息庫里有沒有對應(yīng)的卡號，如果有，說明車輛已經(jīng)在停車區(qū)，目前是離開停車區(qū)，系統(tǒng)將刪除該車輛信息，并更新系統(tǒng)車位信息。

圖5 車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設(shè)計流程圖

如果沒有查詢到對應(yīng)的卡號，說明車輛進(jìn)入停車區(qū)，系統(tǒng)存儲該車輛信息，并更新系統(tǒng)車位信息，最后通過RS232接口將信息發(fā)送至上位PC機(jī)進(jìn)行顯示。車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設(shè)計流程如圖5所示。

圖6 車位信息顯示分布圖

4 系統(tǒng)測試

為了驗證系統(tǒng)能夠正?？煽抗ぷ?，首先通過RS232串口線纜連接上位PC機(jī)串口和ZigBee協(xié)調(diào)器，然后系統(tǒng)通電啟動，協(xié)調(diào)器節(jié)點的通信指示燈先閃爍3次，表示建立通信網(wǎng)絡(luò)成功。隨后各個停車區(qū)終端節(jié)點和路由器節(jié)點的通信指示燈也閃爍3次，表示ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)成功。這時通過串口調(diào)試工具顯示窗口觀察到的實驗現(xiàn)象如圖6所示。

圖6說明入口檢測終端節(jié)點、出口檢測終端節(jié)點、路由器節(jié)點以及車輛信息管理中心協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)較精準(zhǔn)，可以正常工作。

5 結(jié)語

基于RTID和ZigBee技術(shù)的智能停車引導(dǎo)及車位管理系統(tǒng)，有效克服了有線通信方式存在的弊端，降低了設(shè)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(shè)備部署的靈活性。在閱讀器終端節(jié)點設(shè)備加入或離開網(wǎng)絡(luò)時，不需要人工操作，均由無線網(wǎng)絡(luò)自動實現(xiàn)，這對增強(qiáng)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(yīng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線呼叫系統(tǒng)[J].自動化與儀表，2010,16(8):60-67.

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

[3]李曉維，徐勇軍.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2007.

[4]張少軍．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社,2010.

[5]高守瑋，吳燦陽．ZigBee技術(shù)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(shù)的溫濕度控制系統(tǒng)[J].電子測量技術(shù),2011,34(6):47-50.

[7]潘偉.基于ZigBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究[J].計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2008,18(9):244-247.

(責(zé)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(xiàn)代教育研究課題(2013-R-26236)

王 浩(1971—)，男，安徽滁州人，健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，工學(xué)碩士，主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)工程.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.01.004

U491.7

A

1672-0032(2014)01-0014-05