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基于RFID的不停車車輛門禁管理系統(tǒng)設計

作者:李元忠,馬勇,楊旭東
來源:中國一卡通網
日期:2011-05-23 11:52:19
摘要:利用具備RFID 的車卡和綜合化讀寫控制設備,使系統(tǒng)的讀卡距離達到7 米以上,而且成本大大低于類似的系統(tǒng),車輛進出小區(qū)不須停車,就能完成對其的信息采集和管理,從而決定對它自動放行或是攔截。該系統(tǒng)已在多項工程中應用,證明其性能穩(wěn)定可靠,適合大規(guī)模推廣應用。
    1 概述

    發(fā)達國家人們出行,以車代步,私車為主。美國可謂“汽車輪上的國家”,家家有車,一人多車[1]。有人推測,大中城市年收入在5 萬元以上的家庭,通過“按揭”,就可擁有私車私房。隨著經濟的發(fā)展,這種家庭(特別是年青的家庭)一定會越來越多。人們追求:“居要理想,行要輕快;駕車進出,閘門自開”。為了提升中高檔住宅小區(qū)及業(yè)主的形象,促進房地產的銷售;為了提高對進出住宅小區(qū)車輛管理的智能化、信息化和自動化水平,為住戶及車主提供高效、安全的門禁服務,聰明的小區(qū)開發(fā)商們,在建理想的小區(qū)的同時,一定會配備不停車的門禁。不停車的門禁系統(tǒng)采用了世界先進的射頻識別(RFID:Radio Frequency Identification)技術,利用具備RFID 的車卡和綜合化讀寫控制設備,使系統(tǒng)的讀卡距離達到7 米以上,而且成本大大低于類似的系統(tǒng),車輛進出小區(qū)不須停車,就能完成對其的信息采集和管理,從而決定對它自動放行或是攔截。該系統(tǒng)已在多項工程中應用,證明其性能穩(wěn)定可靠,適合大規(guī)模推廣應用。

    該系統(tǒng)具有如下功能:
    a)門禁值班人員,采用口令(密碼)登錄本系統(tǒng),建立與后臺管理系統(tǒng)的連接;
    b)自動、實時地采集進出住宅小區(qū)門禁的載有車卡的車輛信息,包括車卡的識別地址(ID)號和車牌號,車輛無須停車;
    c)自動實時地向后臺管理系統(tǒng)傳送車輛的車牌號、ID 號、車輛通過的車道號和通過時間等信息;
    d)自動實時地接收后臺管理系統(tǒng)送出的車輛認證信息;
    e)能對載有車卡的合法車輛自動放行,該車輛不須停車;
    f)自動、實時地攔截違規(guī)、違例車輛,并通過語音提示報警;
    g)自動、實時地記錄、存儲車輛通過信息;
    h)能查詢、打印通過車輛的有關信息。

    目前不少住宅小區(qū)采用 IC(Integrated Circuit)卡及其讀寫器組成車輛門禁管理系統(tǒng),它的價格低廉,但是由于IC卡的讀卡距離小,不超過0.1 米,車輛必須停車,以刷卡方式完成對車輛信息的采集。此方式不適合在中高檔小區(qū)應用。而RFID 門禁管理系統(tǒng),采用最新RFID 芯片和RFID PC 卡,研制出的車卡和讀寫控制器,讀卡距離大于7 米,車輛不用停車,就能完成對它的信息采集和管理,系統(tǒng)的性價比大大提高,小區(qū)及用戶的形象明顯提升,它才是中高檔小區(qū)門禁的首選。

    2 系統(tǒng)的組成和工作原理[2,3]

    本系統(tǒng)由車卡和路邊設備組成。車卡(或稱車輛識別卡)安裝在車輛前檔風玻璃內側或儀表盤的卡架上或嵌在車牌上;路邊設備包括天線、讀寫控制器(含顯示器、RFID PC 卡、聲卡、音響、車道線圈、線圈檢測器、I/O 卡和外部設備控制接線盒)電源和外部設備(如電動欄桿、音箱和通行燈),如圖1 所示。車主在向車管所登記或進行年檢時,車輛的相關信息(如車牌號、車型、車身顏色、車架號、發(fā)動機號、車主姓名、購置日期、年檢日期、聯系電話、有無違章、違法記錄、是否年檢等等)將存入車管中心計算機數據庫,并寫在車主的行駛證上。

    車主購置車卡時,車卡管理者根據行駛證的信息,通過寫卡設備將車輛的部份信息(如車輛的車牌號、車型等)寫入車卡中,并隨同車卡的ID 號、車主姓名、車身顏色等信息存入后臺管理計算機數據庫。這些信息被稱為“靜態(tài)數數據信息”,其中車卡的ID 號由廠商在出廠前鎖定,不能更改,ID 號全世界唯一,沒有同號。

    當載有車卡的車輛通過門禁系統(tǒng)所在車道,并壓在線圈1 時,讀寫控制器中的車輛檢測器檢測到車輛通過信息,并啟動RFID PC 卡,通過微波天線向車卡發(fā)出“詢問信號”;車卡收到詢問信號同時從中得到能源供給,即將車卡中存儲的ID 號和車牌號調制在接收到的信號上,回傳給讀寫控制器,此信號稱為“應答信號”;讀寫控制器通過天線收到車卡的應答信號后,解調出ID 號和車牌號,疊加上車輛通過的車道號、通過時間、序號(作為車輛記數)等,經網線傳到管理計算機(或服務器)數據庫,這些信息稱為“動態(tài)數據信息”。系統(tǒng)利用采集到的ID 號和車牌號,查詢后臺管理計算機數據庫中的靜態(tài)數據信息,進行比較判斷,再將查詢處理結果及指令,通過網線回傳給讀寫控制器,并在其顯示器上顯示。如果是載有車卡的合法車輛,系統(tǒng)將發(fā)出自動放行指令,開啟欄桿,自動放行車輛;如為查控或無車卡車輛,系統(tǒng)發(fā)出自動攔截指令,欄桿閉合,語音提示報警,該車輛被攔截,待值班人員處理后,才能放行該車輛。車輛通過車道上的第2 線圈后,欄桿自動放下,同時第二線圈還起著防砸車的保護作用。

    a)車卡:車卡又稱電子車牌或電子識別卡或電子標簽,是車輛信息的載體。它采用 NIT 公司(NEOSOURCEINTEL-TECH LTD:新源現代智能科技有限公司)的微帶集成和“一車一卡”防拆專利技術,安裝在車輛前擋風玻璃內側,存儲有車輛的相關信息,如車牌號、ID 號、車型等,不需電池供電(它的能量由收到的微波詢問信號產生) ,所以也被稱為“無源卡”,使用壽命可長達十年以上,工作頻率在902~928MHz 范圍內。為了提高讀卡速度和保護車主的“隱私”,在車卡中只寫入車輛的車牌號。
    b)天線:本系統(tǒng)采用進口或國產定向線極化天線,其增益大于 9.5dbd,波束寬度為68°(水平面)和26°(垂直面),工作頻率為902~928MHz。
    c)讀寫控制器:讀寫控制器由讀寫器(或稱收發(fā)器)和工業(yè)控制計算機組成。讀寫器包括發(fā)射單元、接受單元、信號處理控制單元及電源等,其工作頻率為902~928MHz,具有跳頻抗干擾能力,發(fā)射功率為0.7W(峰值),接收靈敏度為-98dbmw。工業(yè)控制計算機由工業(yè)級計算機和控制單元組成,它既具有計算機信號處理的功能,又具有控制外部設備的功能。

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    讀寫控制器是系統(tǒng)對車輛信息采集、交換、處理和控制的中心。它采用了跳頻抗干擾技術,按照專用短程無線通信(DSRC:Dedicated Short Range Communication)協(xié)議,采集車卡中存儲的車輛信息;通過網絡,按TCP/IP(Transmission Control Protocol/Interface Protocol)協(xié)議與后臺管理計算機相連,與其進行數據信息交換,接收其控制指令;通過控制單元,按指令對外部設備(如欄桿、通信燈和語音提示等)進行控制,決定對車輛的放行或攔截。

    d)系統(tǒng)網絡:系統(tǒng)內部網絡采用客戶機服務器網絡結構,支持TCP/IP 協(xié)議,按以太Ethemet 方式連接;系統(tǒng)與外部系統(tǒng)通過公用網絡(如Digital Data Network、Public Service Telephone Network、光纖網)或通信設備相連,同樣支持TCP/IP 協(xié)議。 

    為了信息保密,采取以下措施:

    (1)上網查詢本系統(tǒng)的數據信息,必須輸入本系統(tǒng)的授權密碼。
    (2)信息顯示內容分為三級:普通級——顯示車輛的車牌號;秘密級——顯示車輛的代號,不顯示車牌號;加密級——只顯示×××符號,不顯示車牌號。

    e)系統(tǒng)軟件:系統(tǒng)軟件主要由讀寫模塊、顯示與統(tǒng)計模塊、通信模塊、控制模塊和數據存儲模塊組成。讀寫模塊負責系統(tǒng)與車卡之間的數據信息交換;顯示統(tǒng)計模塊負責車輛信息和相關外部設備的狀態(tài)顯示,統(tǒng)計通過車輛的數據(如車牌號、ID 號、通過時間、通過車道號等);通信模塊負責系統(tǒng)與后臺管理系統(tǒng)的數據交換;控制模塊負責對外部設備的狀態(tài)檢測和控制;數據存儲模塊負責將車輛通過信息存入本地文本文件,以備查詢。軟件的處理流程見圖 2。

    3 系統(tǒng)采用的主要技術

    3.1 微帶二次集成技術和設備綜合設計技術

    本系統(tǒng)的優(yōu)勢在于讀卡距離較遠,實現了不停車門禁管理;為了占領門禁管理的市場,必須降低系統(tǒng)成本,采用RFID 微帶二次集成技術和設備綜合設計技術。

    a)RFID 微帶二次集成技術:讀卡距離大于 7 米的無源微波車卡,是本系統(tǒng)的關鍵部件,也是國內領先水平的部件,它采用美國Amtech公司1999 年新開發(fā)的無源微波RFID 芯片,根據不同的基片,設計微帶天線,進行二次集成,研制出高性能高可靠的車卡。該RFID 芯片包括微波收發(fā)電路、調制群調電路和存儲器。存儲器存儲容量為1024bit,其中96bit 由廠商在出廠前寫入了ID 號,并被鎖定,不能修改;其余928bit 為用戶開發(fā)區(qū)。該芯片封裝后的尺寸為3×5(mm)。該車卡不用電池供電,使用壽命超過十年。
    b)設備綜合設計技術:利用美國 Amtech 公司開發(fā)中心RFID PC 卡和國產計算機組件,進行綜合化和優(yōu)化設計,研制出新一代讀寫控制器。RFID PC 卡的大小與普通IC 卡尺寸差不多,它具有讀寫器所有功能,輸出功率為0.7W,工作頻率為902-928MHz,且具有跳頻抗干擾能力。該設備既具有讀寫器采集車輛數據信息的功能,又具有智能車道控制器對數據信息處理、存儲、顯示、統(tǒng)計、通信交換以及控制外部設備的功能。

    3.2 一車一卡技術

    本系統(tǒng)采用 NIT 公司微帶集成電路和防拆專利技術的車卡,車卡粘貼在車輛擋風玻璃內側后,不可拆卸;拆動即被損壞。由此實現車卡與車輛唯一對應關系。為了加強這種特性,還利用了車卡ID 號“全世界唯一”的特性,以及對車卡的部分數據進行了加密。

    3.3 跳頻抗干擾技術

    本系統(tǒng)讀寫器的頻率綜合器受偽碼調制,輸出信號頻率在 902~928MHz 范圍內隨機“跳變”,利用相關解調技術,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。試驗表明,本系統(tǒng)與GSM(Global System for Mobile Communications)系統(tǒng)不會產生相互干擾。

    3.4 網絡通信技術

    本系統(tǒng)按 TCP/IP 協(xié)議,可與多種通信網絡(如Defense Data Service、PSTN、光纖)和通信系統(tǒng)(如微波通信系統(tǒng)、GSM 系統(tǒng)),建立通信聯系,用戶可按授權密碼,利用PSTN 網,采用撥號上網和輸入密碼的方式,通過電腦查詢進出小區(qū)車輛的數據信息。為了保護車主的隱私,在網上傳輸的車輛信息,只有車輛的車牌號或代號成×××符號;通過網上查詢車輛信息必須輸入授權密碼。

    3.5 雙卡識別技術

    本系統(tǒng)可以為車主配置 2 張識別卡,一張固定車輛擋風玻璃上不可拆卸,稱為“車卡”;另一張由車主手持或放在車輛儀表盤的卡架上,可以隨身攜帶,稱為“人卡”。2 張卡的ID 號不同,但是寫入車卡中的車牌號相同。

    車輛通過門禁時,系統(tǒng)必須同時采集到車卡和人卡的車牌號,而且相同,才能對該車放行。如果無車卡和人卡,或有車卡無人卡,或有車卡和人卡但采集到的車牌號不相同,只要其中任何一種情況發(fā)生,該車均會被攔截。

    利用雙卡識別技術,實現車輛防盜功能。

    4 結束語

    不停車車輛門禁管理系統(tǒng)與現有車輛門禁系統(tǒng)相比,其優(yōu)勢在于不停車,就能完成對車輛信息的采集,這正是廣大車主追求的物業(yè)管理服務。采用先進的RFID 技術,保證足夠的讀卡距離,就能實現這種功能。但是,要大規(guī)模推廣應用,必須降低系統(tǒng)的成本。NIT 公司順應市場的這種需求,研制了綜合化讀寫控制器,使門禁管理系統(tǒng)的性價比大大提高,為在中高檔住宅小區(qū)廣泛應用創(chuàng)造了條件。本系統(tǒng)不僅可以用于住宅小區(qū)門禁,也可以用在重要機關或機要部門門禁,還可以推廣應用到公交車站或停車場,它具有廣泛的應用前景。

    參考資料:
    [1] 史其信.中國智能交通(ITS)發(fā)展的戰(zhàn)略[J].ITS 通信,1999(1):2-8
    [2] 李元忠.車輛自動識別管理系統(tǒng)的識別空域和時域范圍[J]. ITS 通信,2001(3):21-29
    [3] 李元忠.射頻識別技術及其在交通領域中的應用[J].電訊技術,2002,42(5):5-9