【正文】 ............................................................................ 35 基于射頻技術(shù)的停車場控制器的 設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 課題的設(shè)計(jì)背景與研究意義 從上個(gè)世紀(jì)末到目前為 止，我國的汽車產(chǎn)業(yè)在迅速發(fā)展．此外，我國目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)方向是城市化、城鎮(zhèn)化．城市規(guī)模的逐漸龐大和人口的迅速增長給城市交通造成了很大的壓力，與此同時(shí)，壓力也意味著是一種機(jī)緣．改善交通、提高交通工具使用效率這一任務(wù)非常緊要． 過去十多年中，中國汽車保有量保持逐年提高的狀態(tài)，其年均增長率甚至到了 12%，超過國內(nèi)生產(chǎn)總值兩個(gè)點(diǎn)．根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我國城市每 輛機(jī)動(dòng)車才會(huì)擁有一個(gè)正當(dāng)?shù)耐＼囄?，甚至有些城市達(dá)到 31： 1．停車保有量不停地提高，但是我們對(duì)停車場建設(shè)卻相對(duì)落后．當(dāng)然，由于大型停車場的建起，很多 為了優(yōu)化停車場利用效率的智能管理系統(tǒng)也慢慢被研究開發(fā)出來 [1]． 停車場 智能控制系統(tǒng)就是在這樣的背景下慢慢走進(jìn)人們的視野里的．它的誕生解決了原始的收費(fèi)過程繁瑣的人工收費(fèi)方式的存在，并且處理了通行效率低下和票款流失等復(fù)雜問題．伴隨著改革開放，中國的國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民的生活品質(zhì)逐步提高，車輛在城市中出現(xiàn)的頻率也在提高．與此同時(shí)，伴隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越 多的智能停車場控制技術(shù)也相繼出現(xiàn)．很多 智能交通 和現(xiàn)代控制領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)在智能停車場控制技術(shù)中獲得廣泛應(yīng)用，使現(xiàn)代智能停車場控制技術(shù)越來越智能化． 值得我們關(guān)注的是國外智能停車場在投入大量先進(jìn)手段的同時(shí)，需要付出更多的金錢的代價(jià)，控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度越大，維護(hù)的成本就會(huì)越高．我國智能停車場控制技術(shù)是伴隨著國內(nèi)許多大型公共停車場問世的．起初我們研究的智能控制系統(tǒng)借鑒了許多國外相類似的系 統(tǒng)．受技術(shù)條件的限制，我們現(xiàn)在還沒有能力去生產(chǎn)制造大量的核心技術(shù)裝備，所以我們的系統(tǒng)使用了很多國外已有的產(chǎn)品，也正是出于這個(gè)原因，給我國智能停車場控制技術(shù)帶來一些“集成”的意味． 最近幾年中，由于國內(nèi)停車場市場的不斷成長和壯大，我國的智能停車場的控制系統(tǒng)的制造商的制造能力也得到迅猛提高．我們對(duì)只能停車場控制系統(tǒng)的研究也開始從引用借鑒逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲目茖W(xué)技術(shù)水平的研究開發(fā)．目前許多先進(jìn)的控制和管理技術(shù)都能夠在我們自行研發(fā)的系統(tǒng)中 得到 快 速 使用． 甚至 很 多停車 控制 系統(tǒng) 主要裝備 都已 實(shí)現(xiàn) 國內(nèi)獨(dú)立研發(fā)制造 ． 即便 如此， 智能停車場控制技術(shù)應(yīng)用 的 部分 核心技術(shù) 例 如：遠(yuǎn)距離 的 讀卡 智能 技術(shù)等 依然 是國外 制造 商的技術(shù) 發(fā)明 專利 ．怎樣增加 停車 控制 系統(tǒng)的 研究和開發(fā) 水平，怎樣 增加停車 控制 系統(tǒng) 裝備 制造水平，類似的問題是當(dāng)前我國停車控制系統(tǒng)的廠家面臨的主要問題 ．中國智能停車場的控制系統(tǒng)現(xiàn)在 正 面臨著由舊式 向新型更新的高峰期 ． 以傳統(tǒng)接觸讀寫收費(fèi)介質(zhì)為特 性 的 控制 系統(tǒng) 正在逐步走向淘汰． 以新型非接觸式 IC 卡、遠(yuǎn)距離射頻電子標(biāo)識(shí)以及車牌圖像識(shí)別技術(shù)等非接觸類型 的 收費(fèi)介質(zhì)為特 性的 新型 停車場控制技術(shù) 正在 快速 走向 完善 ，也逐步 被 人們所 接受． 對(duì)于完善 的智能停車控制系統(tǒng)而言 ，它的身價(jià)不 但 反映于 能 否 應(yīng) 用尖端的科技，也不單 是 反映于它的成本有多便宜， 最為重要 的是可不可以在實(shí)際應(yīng)用中充分發(fā)揮它應(yīng)有的江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 控制 功能， 在任何一位 用戶出現(xiàn)問題時(shí)，可以真正及時(shí)提供有效的解決方案，從而為用戶提供更多的便利． 停車場控制系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀與將來趨勢(shì) 智能停車場控制技術(shù)是使用自動(dòng)化的機(jī)電裝備對(duì)停車場進(jìn)行安全和有效的控制．因?yàn)樗M可能地減少人力的參與，而且可以盡可能地降低人力成本和人為失誤帶來的不必要損失，很大程度上增加整個(gè)停車場的安全度與利用率． 在很多發(fā)達(dá)國家，停車場系統(tǒng)化 管理已經(jīng)成熟了，尤其在柏林、東京這樣的大都市，我們很難看到由于停車難而導(dǎo)致的交通擁堵的情況．一方面原因是由于規(guī)劃相對(duì)合理，將路內(nèi)停車和道路停車結(jié)合起來，并合理地控制收費(fèi)．例如日本，每輛車都有停車位，還有20%的周轉(zhuǎn)車位，車與車位的比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國．另一方面是由于國外對(duì)建筑智能化的投資比較高，與他們相比，我們就遜色很多，這就決定了國外的停車場管理系統(tǒng)的智能化水平相對(duì)高一些．新加坡的樟宜機(jī)場，共設(shè)三個(gè)停車場，包含 3300 個(gè)車位，然而在場內(nèi)幾乎看不到一個(gè)管理人員．管理者僅僅是在辦公室中遠(yuǎn)程觀察停車場的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況． 我國的智能停車場控制市場興起于 2020 年，現(xiàn)在仍在發(fā)展的初期階段．由于各種不同品牌相繼出現(xiàn)，市場相對(duì)雜亂，歸根結(jié)底于以下幾點(diǎn)： 國內(nèi)停車場智能控制系統(tǒng)的發(fā)展前景比較大．在發(fā)展前期，停車場控制因?yàn)閲鴥?nèi)車輛增長速度與控制規(guī)劃發(fā)展的速度完全不匹配，目前我國的車輛與停車位之間的比例高達(dá)5:1，為了解決這一現(xiàn)狀，未來的智能停車場控制市場還是有相當(dāng)大的發(fā)展空間．因?yàn)閲鴥?nèi)智能停車場控制技術(shù)市場還在初步階段，目前市場上品牌相對(duì)繁多，暫時(shí)未出現(xiàn)公認(rèn)的主流品牌，這也從側(cè)面體現(xiàn)出市場的不成熟．市場上很多產(chǎn)品并不可信，也沒有 擁有很高的技術(shù)含量，成套的控制裝備只能從那些系統(tǒng)制造商那里獲得，并且這種制造商并不是很多．很多情況下，這些控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性很難控制，而且這些商家們也不能提供很好的售后服務(wù)． 在停車場的控制系統(tǒng)，收費(fèi)介質(zhì)用來識(shí)別車輛的身份，它也是控制系統(tǒng)的主要技術(shù)特征．不同的收費(fèi)介質(zhì)可以代表國內(nèi)先進(jìn)水平的不同的系統(tǒng)控制技術(shù) 縱觀只能停車場收費(fèi)介質(zhì)的發(fā)展來看，它經(jīng)歷了從磁卡到紙質(zhì)磁卡，接著再由條形碼發(fā)展到非接觸型收費(fèi)介質(zhì)的過程 ．智能停車場控制技術(shù)的發(fā)展的每一個(gè)階段，都是解決 了其上一代 系統(tǒng) 在收費(fèi)介質(zhì)上的不足之處， 從而提高了 工作效率和充電系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，并提高了控制系統(tǒng)的服務(wù)功能．現(xiàn)在，采用以非接觸式 IC 卡、射頻電子標(biāo)識(shí)為代表的非接觸式收費(fèi)介質(zhì)是智能停車場控制技術(shù)目前最明確的發(fā)展目標(biāo)． 本文組織結(jié)構(gòu) 本文一共包含五章內(nèi)容，具體組織結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章緒論．主要說明了本文的設(shè)計(jì)背景和研究意義．并分析了停車場控制系統(tǒng)的目前發(fā)展?fàn)顩r和將來的發(fā)展趨勢(shì)． 第二章系統(tǒng)的總體方案和設(shè)計(jì)．先是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體介紹，接著引出系統(tǒng)的總體框架，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的技術(shù)和原理進(jìn)行簡要的介紹． 第三章硬件電路設(shè)計(jì)．介紹了以 STC89C52 單片機(jī)為 核心處理器的整個(gè)硬件系統(tǒng)的設(shè)基于射頻技術(shù)的停車場控制器的 設(shè)計(jì) 3 計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行說明和介紹． 第四章軟件設(shè)計(jì)．具體介紹了該系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)進(jìn)行仿真． 第五章總結(jié)與展望．總結(jié)本設(shè)計(jì)的成果，指出不足指出并對(duì)未來的發(fā)展加以展望．江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 基于射頻技術(shù)的停車場控制器的 設(shè)計(jì) 5 第 2 章 控制系統(tǒng)總體方案與設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)總體介紹 本設(shè)計(jì)將封閉的公共停車場 環(huán)境 作為控制 對(duì)象的 停車收費(fèi)系統(tǒng)，停車場控制系統(tǒng)選用單片機(jī) 作為基于頻射技術(shù)停車場控制系統(tǒng)的核心控制器．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)長期用戶與臨時(shí)用戶的停車進(jìn)行收費(fèi)， 能夠給 停車場提供操作 相對(duì) 簡單、價(jià)格相對(duì)較低，并且行之有效的 控制措施 [2]．將本系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中 將大大節(jié)省停車場的 管理 費(fèi)用及 管理人員 ， 只需要在停車場的出口處有一位工作人員對(duì)臨時(shí)用戶收費(fèi)及長期用戶卡里余額不足時(shí)進(jìn)行人工收費(fèi)，這樣一來將會(huì)在很大程度上 提高停車場的利用效率 ． 系統(tǒng) 不僅 能夠自動(dòng)升降閘門，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)費(fèi) ，并能提供 顯示功能、查詢功能 ．相應(yīng)的 收費(fèi)方式 、時(shí)鐘顯示均能夠 調(diào)節(jié)，這樣可以讓系統(tǒng)更具 有 靈活性 ． 控制系統(tǒng)框架 單 片 機(jī)出 入 控 制射 頻 模 塊停 車 場 收 費(fèi) 系 統(tǒng)車 位 檢 測(cè) 圖 21 停車場控制系統(tǒng)框圖 出入控制模塊：停車場的 入口部分是由發(fā)卡機(jī)、閘門、智能遠(yuǎn)距離讀卡器、車輛檢測(cè)系統(tǒng)組成．它的主要用途是通過收費(fèi)介質(zhì)獲取用戶的車輛在系統(tǒng)中的身份標(biāo)識(shí)，并由此檢測(cè)此用戶是否有停車的權(quán)限． 臨時(shí)用戶要在停車場停車時(shí)，車輛在入口處被安置在車道下方的地感線圈檢測(cè)到，入口處的發(fā)卡機(jī)則在顯示屏上提示司機(jī)按鍵取卡．司機(jī)按下取卡鍵后，發(fā)卡機(jī)便會(huì)發(fā)送出一張臨時(shí) ID 卡，駕駛員取卡后電動(dòng)欄桿打開入口通道，車輛駛?cè)胪＼噲觯隈{駛員取卡后，系統(tǒng)根據(jù)駕駛員取走的臨時(shí)卡的相應(yīng)卡號(hào)，存入出口收費(fèi)處的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ，系統(tǒng)開始對(duì)停車車輛計(jì)時(shí)，當(dāng)車輛通過地感線圈后自動(dòng)放下欄桿． 長期用戶例如持有月卡、年卡的用戶，在車輛在進(jìn)入停車場時(shí)，通過射頻技術(shù)讀卡可直接進(jìn)入，無須刷卡．當(dāng)智能遠(yuǎn)距離讀卡器檢測(cè)到車內(nèi)的射頻卡并確認(rèn)有效后，電動(dòng)欄桿自動(dòng)打開入口通道并且攝像機(jī)自動(dòng)拍攝并上傳圖片，此時(shí)車輛可以直接駛?cè)胪＼噲觯? 車位檢測(cè)：這個(gè)系統(tǒng)可以用于停車場出入口管理系統(tǒng)．當(dāng)場內(nèi)已經(jīng)沒有空余車位后，可以與網(wǎng)關(guān)管理系統(tǒng)，使入口發(fā)卡機(jī)不再發(fā)放臨時(shí) ID 卡，避免車輛進(jìn)入停車場后，因?yàn)闊o法停車而導(dǎo)致交通擁擠堵塞現(xiàn)象的出現(xiàn)． 停車場停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)：該系統(tǒng)將根 據(jù)停車場停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)的車輛停車數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)無人自動(dòng)計(jì)費(fèi)功能．但是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)的前提是，用戶需要提前在卡內(nèi)充值江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 一定金額的費(fèi)用，當(dāng)駕駛者在相應(yīng)停車場停車時(shí)，可依據(jù)他停車時(shí)間長短和他停放的車位來計(jì)算停車費(fèi)用并且從卡內(nèi)余額中扣除． 射頻出入控制技術(shù) 射頻識(shí)別技術(shù)是興起于從上世紀(jì) 80 年代，通過人們這些年來的不斷研究逐漸邁向成熟的一種自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)．它通過使用射頻方式完成非接觸式的雙向交換數(shù)據(jù)通信來實(shí)現(xiàn)識(shí)別的功能．它與傳統(tǒng)的 IC 卡、磁卡相比較，射頻卡具有的優(yōu)點(diǎn)是非接觸性，所以，射頻技術(shù)目前在當(dāng)今停 車場智能控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用 [3]． 這項(xiàng)技術(shù)的原理是將射頻卡放置在車內(nèi)，讀卡器能夠自動(dòng)的發(fā)出信號(hào)，當(dāng)車將要行駛到停車場入口時(shí)，車速減慢，進(jìn)入到讀卡器讀卡范圍內(nèi)時(shí)，讀卡器獲得信號(hào)并判斷有效后，控制閘機(jī)將欄桿自動(dòng)升起，以此達(dá)到不停車就可以通行的目的． 射頻識(shí)別技術(shù)與其他類似的技術(shù)相比，不僅在成本上占據(jù)絕對(duì)有利地位，而且它對(duì)環(huán)境的需求比較少，受環(huán)境影響相對(duì)較小，定位精度高，傳輸距離大；射頻識(shí)別技術(shù)不僅能夠定位對(duì)象，與此同時(shí)還可以獲取到很多目標(biāo)對(duì)象的相關(guān)信息 ． 結(jié)合當(dāng)前市場上的形勢(shì)，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定基于無線射 頻識(shí)別技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)相關(guān)的控制系統(tǒng)來讀取關(guān)于停車位的信息，其中包含剩余的空車位的數(shù)量和分布情況 ． 為了方便車主快速、輕松地找到停車的位置，門口的停車場使用終端位置查詢系統(tǒng)也能夠方便地檢查空的停車位的具體位置；車主在入口處讀卡后，控制系統(tǒng)可以準(zhǔn)確記錄出車輛的入場和出場時(shí)間，并自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的費(fèi)用 ．本系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是電子控制系統(tǒng)復(fù)雜性較低，不僅成本低而且容易實(shí)現(xiàn)，定位的精度較高，抗外界的干擾能力也強(qiáng)． 射頻識(shí)別控制系統(tǒng)的構(gòu)成 射頻技術(shù)的最基本組成： 標(biāo)簽：由耦合元件和芯片來共同組成，每個(gè)標(biāo)簽都具有獨(dú) 立特別的電子編碼，安裝在物體上來識(shí)別目標(biāo)對(duì)象． 閱讀器：來讀取標(biāo)簽相關(guān)信息的裝備，設(shè)計(jì)為固定式或者是手持式； 天線：實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽和讀取器之間相互傳遞射頻信號(hào)的作用．如圖 22 所示 . 能 量 ， 時(shí) 鐘 ， 數(shù) 據(jù)電 源時(shí) 鐘讀寫模塊射頻模塊天線 數(shù) 據(jù)讀 寫 器天線射頻模塊電 池電 子 標(biāo) 簽 數(shù)據(jù)控制模塊存儲(chǔ)器 數(shù) 據(jù) 時(shí) 鐘 能 量 數(shù)據(jù) 圖 22 射頻技術(shù)系統(tǒng)框圖 基于射頻技術(shù)的停車場控制器的 設(shè)計(jì) 7 射頻識(shí)別技術(shù)的工作原理 射頻識(shí)別技術(shù)的功能實(shí)現(xiàn)原理流程如下所示 [5]： 1. 發(fā)射天線被讀寫器無線電載波信號(hào)用來向外發(fā)射信號(hào)的功能． 2. 當(dāng)電子標(biāo)簽到達(dá)發(fā)射天線的工作范圍時(shí)，電子標(biāo)簽就會(huì)被激活，將自身的有 關(guān)信息代碼通過天線發(fā)射出去． 3. 接收天線系統(tǒng)可以接收電子標(biāo)簽載波發(fā)出的信號(hào)，傳遞到天線調(diào)節(jié)器后傳遞給讀寫器．讀寫器能夠?qū)Λ@得的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)獲得相關(guān)信息，最后將信息傳送到在后臺(tái)工作的控制系統(tǒng)中心． 4. 電腦控制器能夠根據(jù)相關(guān)邏輯運(yùn)算來識(shí)別標(biāo)簽的合法性，針對(duì)不同的設(shè)置來做出相應(yīng)的控制，從而發(fā)出相應(yīng)的指令信號(hào)來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動(dòng)作． 5. 動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)將會(huì)按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令動(dòng)作． 其射頻識(shí)別模型如圖 23 所示： 閱 讀 器計(jì) 算 機(jī)天線天線電 子 標(biāo) 簽時(shí) 序數(shù) 據(jù) 圖 23 射頻識(shí)別模型 射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用 科技發(fā)展越來越快，人們的生活水平逐步提高，對(duì)生活質(zhì)量的要求也逐漸提高，伴隨而來的是各種新科技的發(fā)現(xiàn)．射頻識(shí)別技術(shù)也越來越多地被應(yīng)用到我們生活的很多方面上來，它的出現(xiàn)很大程度上提高了管理水平和工作效率． 在超市中，射頻識(shí)別的出現(xiàn)使成千上萬的商品的種類、價(jià)格、批次、產(chǎn)地、貨架等信息被清晰地劃分著，也使商品的庫存和銷售這些環(huán)節(jié)被管理得井然有序．在鐵路中，飛馳的列車的標(biāo)識(shí)可以被自動(dòng)設(shè)備識(shí)別并由其采集后輸入到鐵路運(yùn)輸信息管理系統(tǒng)中，這可以使鐵路在運(yùn)營中，可及時(shí)并準(zhǔn)確地獲取列車的信息．在公交 車的管理系統(tǒng)中，射頻識(shí)別技術(shù)可以準(zhǔn)確記錄車輛在運(yùn)行線路中到達(dá)每個(gè)站點(diǎn)的時(shí)刻