有源射頻識別系統(tǒng)在停車場管理上的應(yīng)用設(shè)計

　　目前停車場對車輛的識別和管理大部分都采用IC卡或無源射頻識別系統(tǒng)，這些識別系統(tǒng)性能雖然穩(wěn)定但均需停車識別，因此效率低、速度慢，給車主帶來不便。本文提出的有源射頻識別系統(tǒng)對車輛的識別無需停車(車輛速度不超過4O km／h)，識別距離可達7～8m，且測試其性能優(yōu)良。

1 停車場射頻識別系統(tǒng)工作流程原理

　　停車場射頻識別系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示。 

　　系統(tǒng)入口流程工作原理為：當(dāng)車輛進入讀寫器工作區(qū)域時，系統(tǒng)自動接收到來自車上的電子標(biāo)簽(RFID)發(fā)射的信息，并將信息傳送到入口的計算機，計算機檢查標(biāo)簽號的有效性且控制攝像頭抓拍車輛圖像，經(jīng)判斷后按下面的程序處理。

　　(1)如果電子標(biāo)簽有效(即用戶是合法的)，控制道閘抬起，車輛可以不停車就進入停車場；

　　(2)如果電子標(biāo)簽無效(即過期、未注冊或費用不足)，系統(tǒng)通過視覺和聲音報警，LED提示牌根據(jù)錯誤原因給出以下內(nèi)容中的一種提示，即“該包月標(biāo)簽已過期，請去續(xù)費”、“該用戶不存在，請重新輸入ID”或“余額不足，請去充值”，控制道閘不抬起。此時保安人員或駕車人士可以通過內(nèi)部通話系統(tǒng)與管理中心聯(lián)系，就會得到及時處理。

　　道閘抬起后，中心控制系統(tǒng)自動保存人場車輛信息(進場時間、標(biāo)簽號等)。車輛通過道閘時，系統(tǒng)就會啟動防砸車裝置，防止砸車。車輛通過道閘后，系統(tǒng)就會自動關(guān)閉道閘。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案模型方框圖

2 停車場射頻識別系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

2．1 電子標(biāo)簽的電路設(shè)計

　　設(shè)計的電子標(biāo)簽電路原理如圖2所示。電子標(biāo)簽電路主要是由一個帶有鎖相環(huán)的AM／ASK VHF／UHF發(fā)射器的集成芯片RF2514、基準(zhǔn)振蕩器以及壓控振蕩器組成。其中RF2514是一個具有鎖相環(huán)的甚高頻／超高頻發(fā)射器，由功率放大器、集成壓控振蕩器、鑒相器、分頻器、鎖存器以及直流偏壓等電路組成。

圖2 電子標(biāo)簽電路圖

2．2 讀寫器的設(shè)計

　　讀寫器主要運用一個單片RF收發(fā)器芯片RF2945來設(shè)計。RF2945 工作在915 MHz ISM 頻段，具有ASK調(diào)制和解調(diào)能力，采用PLL頻率合成技術(shù)，靈敏度高達-96 dB (mW)，最大發(fā)射功率達+8．5dB(mW)；可直接與微控制器接口，低工作電壓為2．4～5．0 V，低功耗模式待機狀態(tài)僅為1 μA。RF2945芯片經(jīng)封裝后，僅需外接少數(shù)的元器件，即可構(gòu)成一個完整的射頻收發(fā)器。

　　RF2945內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。芯片內(nèi)包含有發(fā)射功率放大器(PA)，低噪聲接收放大器(LNA)，壓控振蕩器(VCO)，混頻器(MIXER)，中頻放大器，使能控制邏輯(Control Logic)等電路。在接收模式中，RF輸入信號被LNA放大，經(jīng)由MIXER變換，這個被變換的信號在送入解調(diào)器(DEMOD)之前被兩級中頻(IF1和IF2)放大并濾波，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號在DATAOUT端輸出。在發(fā)射模式中，VCO的輸出信號是直接送入到PA，MOD IN端輸入的數(shù)字信號被頻移鍵控后饋送到功率放大器輸出。由于采用PLL合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好。 

圖3 RF2945的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

3 射頻識別系統(tǒng)軟件的設(shè)計

3．1 電子標(biāo)簽與讀寫器之間通信程序軟件的設(shè)計

　　電子標(biāo)簽與讀寫器之間通信流程如圖4所示。

圖4 電子標(biāo)簽與讀寫器之間通信流程圖

3．2 主機與讀寫器之間通信程序軟件的設(shè)計 

　　主機與讀寫器之間通信程序流程如圖5所示。

圖5 主機與讀寫器之間通信程序流程圖

 
　　讀寫器檢測到電子標(biāo)簽后，生成標(biāo)簽記錄，并將標(biāo)簽記錄以郵件的形式提交給主機；主機接收到郵件后，對郵件內(nèi)容進行處理，并將處理結(jié)果顯示在主機屏幕上。同時為了避免主機和讀寫器同時控制串行口而產(chǎn)生矛盾，系統(tǒng)規(guī)定每當(dāng)空格鍵被按下時，改變讀寫器的安靜模式。

4 實驗

　　實驗讀取的多個標(biāo)簽數(shù)據(jù)記錄如下:

　　AA FF 27 00 0C 30 62 BB AA FF 37 00 0C 30 72 BB AA FF 47 00 0C 30 82 BB
　　AA FF 57 00 0C 30 92 BB AA FF 67 00 0C 30 A2 BB AA FF 77 00 0C 30 B2 BB
　　AA FF 07 00 0C 30 42 BB AA FF 17 00 0C 30 52 BB AA FF 27 00 0C 30 62 BB

　　每個標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)共16位，如標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)為“AA FF 27 00 0C 30 62 BB”，則前兩位“AA FF”代表數(shù)據(jù)頭部標(biāo)識號，中間“0C”代表糾錯標(biāo)識號，“27 O0 ”及“30 62”共8位代表電子標(biāo)簽標(biāo)識號碼。這樣，在實驗測試中讀寫器共測試到8個不同標(biāo)識號的電子標(biāo)簽。另外電子標(biāo)簽采用3 V直流電壓供電，發(fā)射頻率為915 MHz，發(fā)射功率大于一6 dB(mW)，而讀寫器采用12 V電源供電，電源消耗功率小于5 w，系統(tǒng)接收距離(電子標(biāo)簽與讀寫器之間距離)經(jīng)測試可達8 m 以上，且系統(tǒng)接收靈敏度高，穿透力強(可穿透水泥墻)，說明測試結(jié)果良好，達到設(shè)計的要求。

5 小結(jié)

　　本文提出的有源射頻識別系統(tǒng)，性能穩(wěn)定，識別距離遠，而且系統(tǒng)除了應(yīng)用在停車場管理方面外還可以應(yīng)用到對各種運動物體的識別等方面。 

        (楊發(fā)權(quán) 唐寧 胡學(xué)駿 桂林電子科技大學(xué)通信與信息工程系   佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系  佛山市科學(xué)技術(shù)協(xié)會)