【文章內(nèi)容簡介】 到紙質(zhì)磁卡，接著再由條形碼發(fā)展到非接觸型收費介質(zhì)的過程 ．智能停車場控制技術(shù)的發(fā)展的每一個階段，都是解決 了其上一代 系統(tǒng) 在收費介質(zhì)上的不足之處， 從而提高了 工作效率和充電系統(tǒng)的準確度，并提高了控制系統(tǒng)的服務功能．現(xiàn)在，采用以非接觸式 IC 卡、射頻電子標識為代表的非接觸式收費介質(zhì)是智能停車場控制技術(shù)目前最明確的發(fā)展目標． 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計背景和研究意義．并分析了停車場控制系統(tǒng)的目前發(fā)展狀況和將來的發(fā)展趨勢． 第二章系統(tǒng)的總體方案和設計．先是對系統(tǒng)進行總體介紹，接著引出系統(tǒng)的總體框架，并對系統(tǒng)設計所需要的技術(shù)和原理進行簡要的介紹． 第三章硬件電路設計．介紹了以 STC89C52 單片機為 核心處理器的整個硬件系統(tǒng)的設基于射頻技術(shù)的停車場控制器的 設計 3 計，并對系統(tǒng)的各個模塊進行說明和介紹． 第四章軟件設計．具體介紹了該系統(tǒng)中各個功能模塊的實現(xiàn)，并對設計出的系統(tǒng)進行仿真． 第五章總結(jié)與展望．總結(jié)本設計的成果，指出不足指出并對未來的發(fā)展加以展望．江南大學學士學位論文 4 基于射頻技術(shù)的停車場控制器的 設計 5 第 2 章 控制系統(tǒng)總體方案與設計 控制系統(tǒng)總體介紹 本設計將封閉的公共停車場 環(huán)境 作為控制 對象的 停車收費系統(tǒng)，停車場控制系統(tǒng)選用單片機 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)實現(xiàn)對長期用戶與臨時用戶的停車進行收費， 能夠給 停車場提供操作 相對 簡單、價格相對較低，并且行之有效的 控制措施 [2]．將本系統(tǒng)應用于實踐當中 將大大節(jié)省停車場的 管理 費用及 管理人員 ， 只需要在停車場的出口處有一位工作人員對臨時用戶收費及長期用戶卡里余額不足時進行人工收費，這樣一來將會在很大程度上 提高停車場的利用效率 ． 系統(tǒng) 不僅 能夠自動升降閘門，還可以實現(xiàn)自動計費 ，并能提供 顯示功能、查詢功能 ．相應的 收費方式 、時鐘顯示均能夠 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 機出 入 控 制射 頻 模 塊停 車 場 收 費 系 統(tǒng)車 位 檢 測 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、閘門、智能遠距離讀卡器、車輛檢測系統(tǒng)組成．它的主要用途是通過收費介質(zhì)獲取用戶的車輛在系統(tǒng)中的身份標識，并由此檢測此用戶是否有停車的權(quán)限． 臨時用戶要在停車場停車時，車輛在入口處被安置在車道下方的地感線圈檢測到，入口處的發(fā)卡機則在顯示屏上提示司機按鍵取卡．司機按下取卡鍵后，發(fā)卡機便會發(fā)送出一張臨時 ID 卡，駕駛員取卡后電動欄桿打開入口通道，車輛駛?cè)胪＼噲觯隈{駛員取卡后，系統(tǒng)根據(jù)駕駛員取走的臨時卡的相應卡號，存入出口收費處的計算機系統(tǒng) ，系統(tǒng)開始對停車車輛計時，當車輛通過地感線圈后自動放下欄桿． 長期用戶例如持有月卡、年卡的用戶，在車輛在進入停車場時，通過射頻技術(shù)讀卡可直接進入，無須刷卡．當智能遠距離讀卡器檢測到車內(nèi)的射頻卡并確認有效后，電動欄桿自動打開入口通道并且攝像機自動拍攝并上傳圖片，此時車輛可以直接駛?cè)胪＼噲觯? 車位檢測：這個系統(tǒng)可以用于停車場出入口管理系統(tǒng)．當場內(nèi)已經(jīng)沒有空余車位后，可以與網(wǎng)關管理系統(tǒng)，使入口發(fā)卡機不再發(fā)放臨時 ID 卡，避免車輛進入停車場后，因為無法停車而導致交通擁擠堵塞現(xiàn)象的出現(xiàn)． 停車場停車計費系統(tǒng)：該系統(tǒng)將根 據(jù)停車場停車計費系統(tǒng)中的存儲的車輛停車數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)無人自動計費功能．但是實現(xiàn)自動收費的前提是，用戶需要提前在卡內(nèi)充值江南大學學士學位論文 6 一定金額的費用，當駕駛者在相應停車場停車時，可依據(jù)他停車時間長短和他停放的車位來計算停車費用并且從卡內(nèi)余額中扣除． 射頻出入控制技術(shù) 射頻識別技術(shù)是興起于從上世紀 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化識別技術(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)通信來實現(xiàn)識別的功能．它與傳統(tǒng)的 IC 卡、磁卡相比較，射頻卡具有的優(yōu)點是非接觸性，所以，射頻技術(shù)目前在當今停 車場智能控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用 [3]． 這項技術(shù)的原理是將射頻卡放置在車內(nèi)，讀卡器能夠自動的發(fā)出信號，當車將要行駛到停車場入口時，車速減慢，進入到讀卡器讀卡范圍內(nèi)時，讀卡器獲得信號并判斷有效后，控制閘機將欄桿自動升起，以此達到不停車就可以通行的目的． 射頻識別技術(shù)與其他類似的技術(shù)相比，不僅在成本上占據(jù)絕對有利地位，而且它對環(huán)境的需求比較少，受環(huán)境影響相對較小，定位精度高，傳輸距離大；射頻識別技術(shù)不僅能夠定位對象，與此同時還可以獲取到很多目標對象的相關信息 ． 結(jié)合當前市場上的形勢，本系統(tǒng)的設計決定基于無線射 頻識別技術(shù)，使用計算機相關的控制系統(tǒng)來讀取關于停車位的信息，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)可以準確記錄出車輛的入場和出場時間，并自動計算出相應的費用 ．本系統(tǒng)的主要特點是電子控制系統(tǒng)復雜性較低，不僅成本低而且容易實現(xiàn)，定位的精度較高，抗外界的干擾能力也強． 射頻識別控制系統(tǒng)的構(gòu)成 射頻技術(shù)的最基本組成： 標簽：由耦合元件和芯片來共同組成，每個標簽都具有獨 立特別的電子編碼，安裝在物體上來識別目標對象． 閱讀器：來讀取標簽相關信息的裝備，設計為固定式或者是手持式； 天線：實現(xiàn)標簽和讀取器之間相互傳遞射頻信號的作用．如圖 22 所示 . 能 量 ， 時 鐘 ， 數(shù) 據(jù)電 源時 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 簽 數(shù)據(jù)控制模塊存儲器 數(shù) 據(jù) 時 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 設計 7 射頻識別技術(shù)的工作原理 射頻識別技術(shù)的功能實現(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用來向外發(fā)射信號的功能． 2. 當電子標簽到達發(fā)射天線的工作范圍時，電子標簽就會被激活，將自身的有 關信息代碼通過天線發(fā)射出去． 3. 接收天線系統(tǒng)可以接收電子標簽載波發(fā)出的信號，傳遞到天線調(diào)節(jié)器后傳遞給讀寫器．讀寫器能夠?qū)Λ@得的信號進行調(diào)制解調(diào)獲得相關信息，最后將信息傳送到在后臺工作的控制系統(tǒng)中心． 4. 電腦控制器能夠根據(jù)相關邏輯運算來識別標簽的合法性，針對不同的設置來做出相應的控制，從而發(fā)出相應的指令信號來控制執(zhí)行機構(gòu)的相應動作． 5. 動作執(zhí)行機構(gòu)將會按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令動作． 其射頻識別模型如圖 23 所示： 閱 讀 器計 算 機天線天線電 子 標 簽時 序數(shù) 據(jù) 圖 23 射頻識別模型 射頻識別技術(shù)的應用 科技發(fā)展越來越快，人們的生活水平逐步提高，對生活質(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)．射頻識別技術(shù)也越來越多地被應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，射頻識別的出現(xiàn)使成千上萬的商品的種類、價格、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，飛馳的列車的標識可以被自動設備識別并由其采集后輸入到鐵路運輸信息管理系統(tǒng)中，這可以使鐵路在運營中，可及時并準確地獲取列車的信息．在公交 車的管理系統(tǒng)中，射頻識別技術(shù)可以準確記錄車輛在運行線路中到達每個站點的時刻，這為公交公司對車輛的調(diào)度和管理提供實時且精確的信息．除了這些在比較大的場合中的應用之外，我們平時在學校使用的射頻卡門禁、在浴室和食堂對校園卡的使用等等都是射頻識別技術(shù)的產(chǎn)物，它大大方便了我們的生活，更是提高了我們的生活質(zhì)量和生活水平． 射頻識別技術(shù)從上世紀八十年代開始逐漸走向成熟，它在運輸、防偽等科學自動化方面也被廣泛地應用．也是因為大規(guī)模集成電路的成熟，促使射頻識別系統(tǒng)縮小了體積，并開始進入實用階段．它與接觸式識別方式有所區(qū)別，射 頻卡與讀寫器之間并不需要直接的接觸就可以進行信息的識別，并且它還具有容量大、安全性高、使用方便這些優(yōu)點，所以可以被更廣泛地運用．目前，我國對射頻識別的研究還處于初期階段．但是它有巨大的發(fā)展?jié)摿?，前景也是相當誘人．相信在不久的將來，我們可以在生活中更多地見到它的身影． 江南大學學士學位論文 8 基于射頻技術(shù)的停車場控制器的 設計 9 第 3 章 停車場控制系統(tǒng)的硬件電路設計 停車場控制總體設計 “對于系統(tǒng)需求的分析可以讓我們確定系統(tǒng)的外部實體，從而我們可以設計出所需的停車場管理系統(tǒng)”．智能停車控制系 統(tǒng)的總體示意圖如圖 31 所示． LCD 屏的作用是充當信息展示板，當前車位和時間這些相關的信息都會在上面得以展示．當檢測到當前有車輛駛?cè)氩⑶臆噧?nèi)射頻卡是有效的，系統(tǒng)會將刷卡信息由控制器讀入將入場時間等基本信息存入控制系統(tǒng)中心，控制系統(tǒng)中心發(fā)出動作指令，控制入口通道打開；當?shù)馗芯€圈檢測到車輛駛?cè)氲臅r候，表示車輛已經(jīng)進入了停車場內(nèi)部，這時，系統(tǒng)便會自動更新車位信息，入口通道關閉．同樣，當車輛駛出時，司機刷卡，控制出口通道打開 ，當?shù)馗芯€圈檢測到車輛離開，抓拍車輛信息，此時關閉出口通道并更新車位信息． 停 車 場 數(shù) 據(jù) 中 心入 口 控 制車輛檢測系統(tǒng)入口控制發(fā)卡讀卡系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)報警系統(tǒng)計時收費數(shù)據(jù)存儲出口控制車輛檢測系統(tǒng)收卡收費系統(tǒng)安 全 系 統(tǒng) 計 費 控 制 出 口 控 制 圖 31 停車場控制系統(tǒng)框圖 智能智能停車場控制技術(shù)是現(xiàn)代化停車場車輛收費和裝備自動化控制的統(tǒng)稱．本系統(tǒng)包含了集射頻識別、車輛檢測、顯示技術(shù)以及智能計時收費控制技術(shù)等現(xiàn)代智能化控制技術(shù)于一體的綜合研究設計．通過這些技術(shù)的相互協(xié)調(diào)處理，實現(xiàn)了停車場收費、控制等目的．根據(jù)設計的基本原理，智能停車場控制技術(shù)可分為三大部分：信息的采集與傳輸、信息的處理與人機交互、信息的存儲與查詢的三大部分． 車輛檢測 對比目前很多車輛檢測的方式，本設計決定采用地感線圈來檢測 駛?cè)牒婉偝龅能囕v．地面感應線圈，簡單來說，就是一個振蕩電路．地感線圈埋在路面下直徑約 1 米的溝槽，同時埋入多匝導線．地感線圈實際意義上來說是諧振電路中的一個電感元件，它與檢測器的振蕩回路一同形成 LC 諧振．當車輛從這里經(jīng)過時，空間介質(zhì)發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的變化，這個變化就是汽車經(jīng)過的信號 [7]．震蕩信號傳送到由單片機構(gòu)成的頻率測量電路，單片機就可以測出這個振蕩頻率了．但是我們需要一個穩(wěn)定的振蕩器，能夠使汽車由其經(jīng)過時能夠產(chǎn)生比較明顯的頻率變化． 江南大學學士學位論文 10 車位顯示 以超聲波傳感器作為車輛檢測的控制器， 在一定的時間周期內(nèi)傳感器發(fā)射超聲波脈沖來測量脈沖返回的時間間隔．在檢測的過程當中，如果脈沖返回時間比作為校準基礎的地面返回時間短，說明停車位上停有車輛．將所有傳感器通過網(wǎng)絡發(fā)出的校準命令同步進行校準．傳感器最后通過內(nèi)置 LED 來顯示停車位占用以及空閑等不同狀態(tài)，并且統(tǒng)計這一排停車位的空余情況．當這一排有剩余車位時，放置在停車場通道上方的相應停車排處的LED 綠燈亮起表示這一排有剩余停車位，入場車輛可以駛?cè)脒@一排停車，如此以來誘導車輛快速停車，當這一排停車位沒有剩余時，放置在停車場通道處相應停車排處的 LED 紅燈亮表示這一排沒有剩余停車位 [8]． 自動計費 車輛離開停車場時，液晶顯示屏會跳轉(zhuǎn)向新的界面，在這個界面中，車主可以看到他的停放時間和收取的費用，對于長期用戶，則自動扣除費用．收費完畢后，則會重新回到時間顯示的界面． 控制系統(tǒng)的硬件電路 在本停車場控制系統(tǒng)核心處理器的選擇中，綜合多方面的考慮，最終 決定使用STC89C52 型單片機作為主控芯片 ．它是 STC 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，雖然使用了經(jīng)典的 MSC51的內(nèi)核，但在此基礎上又做了許多改進，所以它具備了很多傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能．并且單片機的成本 的系統(tǒng)穩(wěn)定，在目前工業(yè)自動化控制中得到了廣泛的應用 [9]，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖 32 所示： 單 片 機S T C 8 9 C 5 2地 感 線 圈 檢 測 電 路顯 示 電 路報 警 指 示 電 路計 時 電 路復 位 電 路電 源 開 關 圖 32 車輛檢測控制單元結(jié)構(gòu)圖 STC89C52 單片機 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，它是宏晶科技開發(fā)的一款單片機．相比于以往研發(fā)出的單片機，雖然它使用的是經(jīng)典的 MSC51 內(nèi)核，但是在此基礎之上，又做了很多改進，所以它具備很多傳統(tǒng)的 51 單片機不