RFID 的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　射頻識(shí)別技術(shù)(RFID) 是從20 世紀(jì)80 年代起走向成熟的一種自動(dòng)識(shí)別方式。 它具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)： RFID 技術(shù)不需要人工干預(yù)， 不需要直接接觸、 不需要光學(xué)可視即可完成信息輸入和處理， 可工作于各種惡劣環(huán)境， 可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽， 操作快捷方便， 實(shí)現(xiàn)了無源和免接觸操作， 應(yīng)用便利， 無機(jī)械磨損， 壽命長(zhǎng)， 機(jī)具無直接對(duì)最終用戶開放的物理接口， 能更好地保證機(jī)具的安全性; 數(shù)據(jù)安全性能高， 除標(biāo)簽的密碼保護(hù)外， 讀寫器和標(biāo)簽之間也可互相認(rèn)證， 實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲(chǔ)等。

　　2. 1 RFID 系統(tǒng)的構(gòu)成

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、 讀寫器、 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成， 如圖 1 所示。

　　(1) 電子標(biāo)簽

　　電子標(biāo)簽存儲(chǔ)著需要被識(shí)別物品(物體) 的相關(guān)信息， 通常被放置在需要識(shí)別的物品(物體) 上， 它所存儲(chǔ)的信息通?？杀簧漕l讀寫器通過非接觸方式讀/寫獲取。

　　(2) 讀寫器

　　讀寫器是可以利用射頻技術(shù)讀/寫電子標(biāo)簽信息的設(shè)備。 讀寫器讀出的標(biāo)簽信息可以通過計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行管理和信息傳輸。

　　(3) 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)

　　在射頻識(shí)別系統(tǒng)中， 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)通常用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理， 完成通信傳輸功能。 讀寫器可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)連接， 以便實(shí)現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)傳輸功能。

　　2.2 RFID 系統(tǒng)的基本模型

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本模型如圖 2 所示。 電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間(無接觸) 耦合; 在耦合通道內(nèi)， 根據(jù)時(shí)序關(guān)系， 實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換。

　　2. 3 RFID 系統(tǒng)基本工作流程

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作流程如下：

　　(1) 讀寫器將無線電載波信號(hào)經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)射;

　　(2) 當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)時(shí)， 電子標(biāo)簽被激活， 將自身信息的代碼經(jīng)天線發(fā)射出去;

　　(3) 系統(tǒng)的接收天線接收電子標(biāo)簽發(fā)出的載波信號(hào)， 經(jīng)天線的調(diào)節(jié)器傳輸給讀寫器。 讀寫器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼， 送往后臺(tái)的電腦控制器;

　　(4) 電腦控制器根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷標(biāo)簽的合法性， 針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制， 發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作;

　　(5) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照電腦的指令動(dòng)作;

　　(6) 通過計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)連接起來， 構(gòu)成總控信息平臺(tái)， 可以根據(jù)不同的軟件來完成要實(shí)現(xiàn)的功能。

　　3. 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1 智能停車場(chǎng)與傳統(tǒng)停車場(chǎng)比較

　　傳統(tǒng)的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)重點(diǎn)均放在計(jì)費(fèi)、 收費(fèi)管理功能上， 關(guān)注的是各個(gè)車輛進(jìn)出的時(shí)間以便于收費(fèi)， 而在停車場(chǎng)的安全性、 運(yùn)行效率和針對(duì)顧客的人性化要求方而考慮得較少。 針對(duì)目前現(xiàn)狀， 我們提出了智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)， 以實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)識(shí)別和信息化管理， 提高車輛的通行效率和安全性， 并統(tǒng)計(jì)車輛出入數(shù)據(jù)， 方便管理人員進(jìn)行調(diào)度， 以減輕管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度， 從而提高工作效率。該停車場(chǎng)管理系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的所有功能， 又以原有收費(fèi)介質(zhì)為依托， 對(duì)管理介質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)。 當(dāng)車輛進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí)， 系統(tǒng)自動(dòng)攝取車輛圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到車輛型號(hào)信息、 車輛牌照信息、 車輛顏色信息， 并將這些信息與用戶卡唯一的對(duì)應(yīng)起來一同存入數(shù)據(jù)庫中。 當(dāng)車輛駛離停車場(chǎng)時(shí)， 用戶卡、車牌號(hào)碼或車輛圖像等相關(guān)指標(biāo)匹配后才能放行。 本系統(tǒng)采用“一車一卡一位”的管理模式， 即從車輛進(jìn)入停車場(chǎng)一直到車輛駛離停車場(chǎng)， 與這輛車相關(guān)的所有數(shù)據(jù)均與卡的ID 號(hào)唯一相關(guān)， 通過這個(gè)唯一的ID 號(hào)， 我們可以將諸如用戶信息、 車輛型號(hào)信息、 車輛牌照信息、 車輛顏色信息、 車輛圖像、 車輛進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間、停車時(shí)長(zhǎng)、 指定停車位編號(hào)、 泊車路徑、 應(yīng)繳費(fèi)用等信息在數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一起來，便于查詢和存儲(chǔ)。 這樣便使收費(fèi)管理、 泊車引導(dǎo)和車輛識(shí)別安全監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息建立在同一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)上， 從而將各子系統(tǒng)有效的集成為一個(gè)統(tǒng)一的停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)。

　　3.2 智能停車場(chǎng)系統(tǒng)工作流程

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)有著其他識(shí)別系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢(shì)， 再加上射頻識(shí)別系統(tǒng)中數(shù)據(jù)載體的防污、 防磨損性能很好， 這有利于提高載體的重復(fù)使用率， 增加其使用壽命， 減少使用成本， 因此智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)我們采用射頻識(shí)別系統(tǒng)。 圖3 所

　　示為智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)示意圖： 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)運(yùn)行過程是以顧客停車取車的過程為基礎(chǔ)的， 停車場(chǎng)的工作流程也始終以用戶車輛進(jìn)出停車場(chǎng)的流程為中心。停車場(chǎng)用戶一般分為臨時(shí)用戶和固定用戶兩大類。 當(dāng)車輛駛?cè)?出停車場(chǎng)天線通

　　信區(qū)時(shí)， 天線以微波通訊的方式與車載射頻卡進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換， 從射頻卡上讀取車輛的相關(guān)信息， 自動(dòng)識(shí)別射頻卡并判斷車卡是否有效和合法性， 車道控制電腦顯示與該射頻卡一一對(duì)應(yīng)的車牌號(hào)碼及駕駛員等資料信息; 車道控制電腦自

　　動(dòng)將通過時(shí)間、 車輛和駕駛員的有關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫中， 車道控制電腦根據(jù)獨(dú)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷來做出放行或禁止的決策。

　　(1) 臨時(shí)用戶

　　臨時(shí)用戶是指臨時(shí)使用停車場(chǎng)停車的用戶， 這類用戶的停車行為一般具有臨時(shí)性， 隨機(jī)性， 使用頻次低的特征。 臨時(shí)用戶潛在數(shù)量龐大且身份不確定。

　　(2) 固定用戶

　　固定用戶是指長(zhǎng)期固定使用停車場(chǎng)停車的用戶， 這類用戶的停車行為一般具有長(zhǎng)期性、 規(guī)律性、 使用頻次高的特征。 固定用戶一般是停車場(chǎng)附近單位的工作人員或生活區(qū)的住戶， 數(shù)量在一定時(shí)間內(nèi)是確定的。 針對(duì)停車場(chǎng)用戶一般分為臨時(shí)用戶和固定用戶的實(shí)際情況， 系統(tǒng)出/入場(chǎng)流程也分為臨時(shí)用戶和固定用戶的兩種情況。

　　3.2.1. 臨時(shí)車輛入場(chǎng)工作流程

　　臨時(shí)車輛進(jìn)入停車場(chǎng)時(shí)， 設(shè)在車道下的車輛感應(yīng)線圈檢測(cè)到車輛的到來。 將有車信號(hào)傳送

　　給入口控制器， 入口控制器獲取車輛到來的信號(hào)后， 向相關(guān)設(shè)備發(fā)出指令， 啟動(dòng)攝像系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)。 經(jīng)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理后， 記錄車輛的牌照信息、 顏色信息、 車型信息等。 語音提示設(shè)備提示用戶按動(dòng)取卡按鈕， 入口控制器檢測(cè)到取卡信號(hào)后， 通過串口給發(fā)卡機(jī)發(fā)送發(fā)卡命令。 發(fā)卡機(jī)接到命令后， 發(fā)出一張臨時(shí)用戶卡， 剛才系統(tǒng)所獲取的信息即與此卡的ID 號(hào)對(duì)應(yīng)起來。同時(shí)語音提示器提示用戶取走臨時(shí)卡。 如果用戶在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不取卡， 發(fā)卡機(jī)將自動(dòng)吞回用戶卡， 入口控制器取消此次入場(chǎng)操作。 用戶取走卡后， 發(fā)卡機(jī)發(fā)出用戶已取走卡的信號(hào)給入口控制器， 入口控制器抬起欄桿， 用戶駕車駛?cè)胪＼噲?chǎng)。入口電動(dòng)欄桿檢測(cè)到配套車輛檢測(cè)器信號(hào)出現(xiàn)“有車—無車”變化后， 才自動(dòng)將欄桿放下， 以杜絕砸車事件的發(fā)生。 入口控制器接收到入口欄桿出現(xiàn)“抬桿—落桿”

　　的動(dòng)作后， 確認(rèn)本次入場(chǎng)過程已經(jīng)完成。

　　3.2.2.長(zhǎng)期卡車輛入場(chǎng)工作流程

　　當(dāng)持長(zhǎng)期卡的用戶車輛進(jìn)入入口讀卡器的感應(yīng)范圍時(shí)， 讀卡器即與射頻卡之間建立起信息交換系統(tǒng)， 射頻卡向讀卡器發(fā)送卡信息， 讀卡器判斷射頻卡的合法性和時(shí)間有效性， 如有效則獲取射頻卡的ID 號(hào)， 并將其上送至數(shù)據(jù)處理中心。同時(shí)， 攝像系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)將啟動(dòng)。 攝入車輛圖像， 經(jīng)車輛識(shí)別系統(tǒng)分析后，獲得牌照信息、 顏色信息、 車型信息等; 數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)讀卡器上傳的ID 號(hào)，查詢數(shù)據(jù)庫中與此ID 號(hào)相關(guān)的車輛信息， 并與剛才實(shí)時(shí)獲取的信息進(jìn)行比對(duì)，若不符合則拒絕放行， 同時(shí)給出告警信息和出錯(cuò)提示信息。 另外， 數(shù)據(jù)處理中心還會(huì)檢查此固定卡是否過期。 若符合條件， 則給入口控制器一個(gè)有效信號(hào)， 抬起欄桿， 用戶駕車駛?cè)胪＼噲?chǎng)。 入口電動(dòng)欄桿檢測(cè)到配套車輛檢測(cè)器信號(hào)出現(xiàn)“有車—無車”變化后， 將欄桿放下。 入口控制器接收到入口欄桿出現(xiàn)“抬桿—落桿”的動(dòng)作后， 確認(rèn)本次入場(chǎng)過程已經(jīng)完成。 山于長(zhǎng)期卡與讀卡器的信息交換距離在

　　從十幾米到數(shù)十米， 并且都是在空間里完成的， 時(shí)間花銷短， 所以當(dāng)車輛到達(dá)入口時(shí)， 電動(dòng)欄桿已經(jīng)抬起， 這樣便實(shí)現(xiàn)了固定用戶的不停車操作。 車輛入場(chǎng)工作流程如圖4 所示：

　　3.2.3. 臨時(shí)車輛出場(chǎng)工作流程

　　用戶駕駛車輛進(jìn)入停車場(chǎng)離場(chǎng)通道， 停在出口處， 車輛檢測(cè)器檢測(cè)到有車后，向出口控制器發(fā)出有車信號(hào)。 攝像系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)啟動(dòng)， 攝入車輛圖像， 經(jīng)車輛識(shí)別系統(tǒng)分析后， 獲得牌照信息、 顏色信息、 車型信息等; 用戶將入場(chǎng)時(shí)取得的用戶卡交給管理人員， 管理人員通過出口讀卡機(jī)讀取用戶卡ID 信息， 并將用戶卡收回循環(huán)使用。 數(shù)據(jù)中心通過檢索數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)ID 號(hào)， 獲得該用戶卡的類型(臨時(shí)卡)、 入場(chǎng)時(shí)間， 并查詢數(shù)據(jù)庫中與此ID 號(hào)相關(guān)的車輛信息， 與剛才實(shí)時(shí)獲取的信息進(jìn)行比對(duì)， 若不符合則拒絕放行， 并給出告警信息和出錯(cuò)提示信息。 若符合， 數(shù)據(jù)中心根據(jù)車輛在場(chǎng)內(nèi)停留時(shí)間和計(jì)費(fèi)費(fèi)率， 計(jì)算出用戶應(yīng)繳費(fèi)額， 同時(shí)顯示在金額顯示器屏幕上， 語音提示設(shè)備提示用戶應(yīng)繳納的金額， 用戶交納相應(yīng)費(fèi)用后， 管理人員將通過出場(chǎng)控制器打開出口電動(dòng)欄桿， 用戶駕車駛出停車場(chǎng)。 出口電動(dòng)欄桿檢測(cè)到配套車輛檢測(cè)器信號(hào)出現(xiàn)“有車—無車”變化后， 自

　　動(dòng)將欄桿放下。 計(jì)算機(jī)接收到出口欄桿出現(xiàn)“抬桿—落桿”動(dòng)作后， 確認(rèn)本次出場(chǎng)過程已經(jīng)完成， 將先前獲得的用戶卡號(hào)、 入場(chǎng)時(shí)間、 出場(chǎng)時(shí)間保存到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中備查， 完成一次出場(chǎng)過程。

　　3.2.4.長(zhǎng)期卡車輛出場(chǎng)工作流程

　　持長(zhǎng)期卡用戶的車輛到達(dá)停車場(chǎng)出口時(shí)， 讀卡器獲取該卡的信息， 將信息上送到數(shù)據(jù)處理中心， 啟動(dòng)車輛圖像識(shí)別系統(tǒng)， 判斷用戶卡的有效性和密碼， 并將數(shù)據(jù)中心查詢到的信息與此ID 號(hào)相關(guān)的車輛信息與車輛識(shí)別系統(tǒng)獲取的信息進(jìn)行比對(duì)， 如果符合， 則給出口控制器一個(gè)有效信號(hào)， 由出口控制器控制抬起出口電動(dòng)欄桿， 用戶駕車離開停車場(chǎng)， 完成一次出場(chǎng)過程。車輛出場(chǎng)工作流程如圖5 所示：

　　3.3 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　由系統(tǒng)功能需求分析就可以確定系統(tǒng)的外部實(shí)體， 根據(jù)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)外部實(shí)體， 我們就可以從總體上對(duì)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖6 所示：

　　四、 車位引導(dǎo)子系統(tǒng)原理

　　通過安裝在每個(gè)車位上方的超聲波車位探測(cè)器， 實(shí)時(shí)采集停車場(chǎng)的各個(gè)車位的車輛信息。 連接探測(cè)器的節(jié)點(diǎn)控制器會(huì)按照輪詢的方式， 對(duì)所連接的各個(gè)探測(cè)器信息進(jìn)行收集， 并按照一定規(guī)則將數(shù)據(jù)壓縮編碼后反饋給中央控制器， 由中央控制器完成數(shù)據(jù)處理， 并將處理后的車位數(shù)據(jù)發(fā)送到停車場(chǎng)各個(gè) LED 指示屏進(jìn)行空車位信息的顯示， 從而實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)車輛進(jìn)入空余車位的功能。 系統(tǒng)同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)， 由計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器， 用戶可通過計(jì)算機(jī)終端查詢停車場(chǎng)的實(shí)時(shí)車位信息及車場(chǎng)的年、 月、 日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

　　1、 車位引導(dǎo)子系統(tǒng)組成

　　2、 系統(tǒng)產(chǎn)品配置表

　　4. 總結(jié)

　　本系統(tǒng)通過與傳統(tǒng)停車場(chǎng)對(duì)比， 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)停車場(chǎng)的功能， 又以原有收費(fèi)介質(zhì)為依托， 對(duì)管理介質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)， 選定射頻卡作為智能停車場(chǎng)的管理介質(zhì)。通過需求分析， 明確了智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)所要具備的功能，進(jìn)而提出了智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 針對(duì)停車場(chǎng)的用戶群體， 分別分析和設(shè)計(jì)了臨時(shí)用戶和固定用戶的出入場(chǎng)工作流程， 實(shí)現(xiàn)固定用戶的不停車出入停車場(chǎng)。 從而實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)識(shí)別和信息化管理， 提高車輛的通行效率和安全性，提高工作效率。