基于RFID的智能立體停車場管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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(tǒng)工作效率低、管理系統(tǒng)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(tǒng)，該系統(tǒng)基于單片機控制，包括硬件和軟件兩個子系統(tǒng)。通過模塊測試和整體操作，該系統(tǒng)可實現(xiàn)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(fā)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(jù)公安部交管局統(tǒng)計，截止到2015年底，全國機動車保有量已經(jīng)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(jīng)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(xiàn)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(yōu)勢就在于其能夠充分利用城市空間，被稱為城市空間的"節(jié)能者"。根據(jù)資料統(tǒng)計，傳統(tǒng)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(tǒng)可以協(xié)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(tǒng)之上[8-15]，將RFID技術應用到現(xiàn)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(tǒng)的整體設計

本系統(tǒng)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(tǒng)。系統(tǒng)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(lián)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(yōu)化處理，以實現(xiàn)立體停車場的智能化。系統(tǒng)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(xiàn)了固定用戶入出停車場時的不停車管理，節(jié)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(wǎng)絡，對停車場內的車位狀態(tài)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(shù)據(jù)處理中心通過用戶停車卡與銀行卡的綁定，實現(xiàn)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(shù)、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(fā)布：通過停車場外顯示屏、網(wǎng)絡、手機APP等工具，可以將停車場的位置信息、空余車位數(shù)、計費費率等信息向外界發(fā)布。

圖1 系統(tǒng)的整體設計

2 系統(tǒng)的硬件設計

2.1 RFID技術

2.1.1 RFID卡的動態(tài)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(xiàn)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(shù)據(jù)庫里；充值是將余額和已付金額兩個數(shù)字相加，生成新的余額。

2.1.3 RFID卡的身份識別功能

RFID實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(fā)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(zhí)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(fā)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(zhí)行。

2.2 通訊模塊

采用一主機多從機樹狀結構進行數(shù)據(jù)傳輸，每個從機都有單獨的編號，傳輸時，主機首先發(fā)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?shù)男畔ⅲ鳈C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(wǎng)絡，由協(xié)調器，路由器和智能主機組成的車位檢測系統(tǒng)，可以向上位機停車場管理系統(tǒng)提供車位狀態(tài)：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(tài)異常報警、路由器信號丟失報警。無線網(wǎng)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(tài)，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(wǎng)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(xiàn)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(shù)簡稱，業(yè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(fā)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(xiàn)電梯升降，X軸運向指定車位，Y軸實現(xiàn)入庫操作。

圖6 小車模型

3 系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)軟件流程圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)軟件流程圖

3.1 上位機

上位機采用C#編寫，進行數(shù)據(jù)卡號的處理和命令發(fā)送。命令采用九字節(jié)格式，一字節(jié)地址位，八字節(jié)控制位，完成對數(shù)據(jù)庫的操作，實現(xiàn)新增用戶，充值，存取車位安排，點陣屏數(shù)據(jù)生成、發(fā)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(tǒng)界面如圖8所示。

3.2 數(shù)據(jù)庫

3.2.1 數(shù)據(jù)庫概況

利用數(shù)據(jù)庫來存儲信息，建立“用戶信息表”，“車位狀態(tài)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(shù)據(jù)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(fā)生。

圖8 上位機生成的停車場管理系統(tǒng)界面

3.2.2 數(shù)據(jù)庫優(yōu)化停車

利用數(shù)據(jù)庫存儲的用戶信息，通過算法優(yōu)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(jié)省取車時間。數(shù)據(jù)庫存儲用戶信息表如圖9所示。

圖9 數(shù)據(jù)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(tǒng)開發(fā)，通過TCP/IP協(xié)議建立socket連接，上位機作為服務器，監(jiān)聽客戶端請求，采用多線程操作，實現(xiàn)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(xiàn)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(xù)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(tǒng)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(yōu)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(tǒng)的最新水平。

圖10 手機APP用戶登錄界面和功能菜單界面

[1]王逸云.我國立體停車場的現(xiàn)狀及發(fā)展前景綜述[J].大科技，2016（2）：299.

[2]劉健，趙瑩，曲明哲，等.淺析智能停車場的應用與發(fā)展[J].赤子，2014（3）：237.

[3]邱坤林.智能車位引導系統(tǒng)研究[D].長春：吉林大學，2014.

[4]蘇曉峰，史啟程.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智能停車系統(tǒng)設計與研究[J].工業(yè)控制計算機，2016（1）：69-70.

[5]馬躍坤.用于動態(tài)車輛識別的高速遠距離RFID讀寫設備研究與實現(xiàn)[D].杭州：浙江工業(yè)大學，2010.

[6]熊冬青，馮國軍.基于RFID技術的移動支付系統(tǒng)方案[J].通信技術，2012，45（6）：89-91.

[7]張永軍，剛紅潤.RFID無源電子標簽技術在車輛出入管理中的應用模式探討[J].電子世界，2012（15）：25.

[8]葉家順.關于單片機通訊電路及通訊方法的研究[J].無線互聯(lián)科技，2011（9）：9.

[9]錢志鴻，劉丹.藍牙技術數(shù)據(jù)傳輸綜述[J].通信學報，2012，33（4）：136-142.

[10]董濤，劉進英，蔣蘇.基于單片機的智能小車的設計與制作[J].計算機測量與控制，2009，17（2）：380-382.

[11]邊起民.汽車停車場升降傳動系統(tǒng)結構設計[J].黑龍江科技信息，2014（6）：12.

[12]李常磊，魏文.基于51單片機的停車場自動控制系統(tǒng)設計[J].城市建設理論研究，2012（27）.

[13]王龍，曾飛，袁兵.基于ARM的停車場數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設計[J].湘南學院學報，2013，34（5）：20-21.

[14]胡英培.關系數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化設計研究[J].科技資訊，2007（12）：122.

[15]張琦，陳姚節(jié)，張昭宗，等.基于局域網(wǎng)的可視化遠程操控系統(tǒng)的研究 [J].教育教學論壇，2013 （52）：261-262.

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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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。