1、基于 RFID 的智能停车场管理系统设计1引言随着中国经济的迅猛发展，城市汽车的拥有量不断增加，汽车在给人们带来交通快捷方便的同时，由于停车管理不善等问题也给人们带来了诸多不便。为满足人们生活和工作环境更科学、更规范的要求，管理高效、安全合理、快捷方便的智能停车场管理系统己成为许多大型综合性建筑物和居民小区必备的配套设施。地处繁华地带的许多高级公寓、大型娱乐场所、宾馆、办公楼、球场等停放汽车较多，车流量大，为了保证车辆安全和交通方便，迫切需要采用自动化程度高、方便快捷的停车场自动管理系统，提高停车场管理水平。停车场是城市交通基础设施的重要组成部分，停车场与一般商品不同，具有三个特点：一是不可存
2、储性，表现在非高峰时段容量过剩，高峰时段容量不足；二是不可运输性，体现在无法实行空间上的调节，如不能把边缘地区停车场的剩余容量输送到中心城区去；三是作为社会资源的有限性，从常识的角度来讲，一辆车至少要占用一个停车位，停车位的总需求是刚性的。本文提出一种基于RFID 的智能停车场管理系统设计。2射频识别技术介绍射频识别技术（RFID）是从20 世纪80 年代起走向成熟的一种自动识别方式。它具有很多突出的优点：RFID 技术不需要人工干预，不需要直接接触、不需要光学可视即可完成信息输入和处理，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便，实现了无源和免接触操作，应用便
3、利，无机械磨损，寿命长，机具无直接对最终用户开放的物理接口，能更好地保证机具的安全性；数据安全性能高，除标签的密码保护外，读写器和标签之间也可互相认证，实现安全通信和存储等。2.1 RFID 系统的构成射频识别系统由电子标签、读写器、计算机通信网络三部分组成，如图 1 所示。图 1 射频识别系统的结构框图(1)电子标签电子标签存储着需要被识别物品（物体）的相关信息，通常被放置在需要识别的物品（物体）上，它所存储的信息通常可被射频读写器通过非接触方式读/写获取。(2)读写器读写器是可以利用射频技术读/写电子标签信息的设备。读写器读出的标签信息可以通过计算机以及网络系统进行管理和信息传输。(3)计
4、算机通信网络在射频识别系统中，计算机通信网络通常用于对数据进行管理，完成通信传输功能。读写器可以通过标准接口与计算机通信网络连接，以便实现通信和数据传输功能。2.2 RFID 系统的基本模型射频识别系统的基本模型如图 2 所示。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。图 2 射频识别系统的基本模型图2.3 RFID 系统基本工作流程射频识别系统的基本工作流程如下：(1)读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；(2)当电子标签进入发射天线的工作区时，电子标签被激活，将自身信息的代码经天线发射出去；(3)系统的接
5、收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读写器。读写器对接收到的信号进行解调解码，送往后台的电脑控制器；(4)电脑控制器根据逻辑运算判断标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；(5)执行机构按照电脑的指令动作；(6)通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，可以根据不同的软件来完成要实现的功能。3智能停车场管理系统设计3.1 智能停车场与传统停车场比较传统的停车场管理系统重点均放在计费、收费管理功能上，关注的是各个车辆进出的时间以便于收费，而在停车场的安全性、运行效率和针对顾客的人性化要求方而考虑得较少。针对目前现状，我们
6、提出了智能停车场管理系统，以实现车辆自动识别和信息化管理，提高车辆的通行效率和安全性，并统计车辆出入数据，方便管理人员进行调度，以减轻管理人员的劳动强度，从而提高工作效率。该停车场管理系统既保留了传统停车场管理系统的所有功能，又以原有收费介质为依托，对管理介质进行了改进。当车辆进入停车场时，系统自动摄取车辆图像，经计算机处理后得到车辆型号信息、车辆牌照信息、车辆颜色信息，并将这些信息与用户卡唯一的对应起来一同存入数据库中。当车辆驶离停车场时，用户卡、车牌号码或车辆图像等相关指标匹配后才能放行。本系统采用“一车一卡一位 ”的管理模式，即从车辆进入停车场一直到车辆驶离停车场，与这辆车相关的所有数据
7、均与卡的ID 号唯一相关，通过这个唯一的ID 号，我们可以将诸如用户信息、车辆型号信息、车辆牌照信息、车辆颜色信息、车辆图像、车辆进出场时间、停车时长、指定停车位编号、泊车路径、应缴费用等信息在数据库中统一起来，便于查询和存储。这样便使收费管理、泊车引导和车辆识别安全监控子系统的数据信息建立在同一个数据平台上，从而将各子系统有效的集成为一个统一的停车场智能管理系统。3.2 智能停车场系统工作流程射频识别系统有着其他识别系统无法比拟的优势，再加上射频识别系统中数据载体的防污、防磨损性能很好，这有利于提高载体的重复使用率，增加其使用寿命，减少使用成本，因此智能停车场管理系统我们采用射频识别系统。图
8、3 所示为智能停车场管理系统示意图：停车场管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的，停车场的工作流程也始终以用户车辆进出停车场的流程为中心。停车场用户一般分为临时用户和固定用户两大类。当车辆驶入/出停车场天线通信区时， 天线以微波通讯的方式与车载射频卡进行双向数据交换，从射频卡上读取车辆的相关信息，自动识别射频卡并判断车卡是否有效和合法性，车道控制电脑显示与该射频卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息；车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中，车道控制电脑根据独到的数据进行判断来做出放行或禁止的决策。(1) 临时用户临时用户是指临时使用停车场停车的用户，这类用户的停
9、车行为一般具有临时性，随机性，使用频次低的特征。临时用户潜在数量庞大且身份不确定。(2) 固定用户固定用户是指长期固定使用停车场停车的用户，这类用户的停车行为一般具有长期性、规律性、使用频次高的特征。固定用户一般是停车场附近单位的工作人员或生活区的住户，数量在一定时间内是确定的。针对停车场用户一般分为临时用户和固定用户的实际情况，系统出/入场流程也分为临时用户和固定用户的两种情况。图3 智能停车场管理系统示意图3.2.1. 临时车辆入场工作流程临时车辆进入停车场时，设在车道下的车辆感应线圈检测到车辆的到来。将有车信号传送给入口控制器，入口控制器获取车辆到来的信号后，向相关设备发出指令，启动摄像
10、系统和车辆识别系统。经计算机对图像进行处理后，记录车辆的牌照信息、颜色信息、车型信息等。语音提示设备提示用户按动取卡按钮，入口控制器检测到取卡信号后，通过串口给发卡机发送发卡命令。发卡机接到命令后，发出一张临时用户卡，刚才系统所获取的信息即与此卡的ID 号对应起来。同时语音提示器提示用户取走临时卡。如果用户在规定时间内不取卡，发卡机将自动吞回用户卡，入口控制器取消此次入场操作。用户取走卡后，发卡机发出用户已取走卡的信号给入口控制器，入口控制器抬起栏杆，用户驾车驶入停车场。入口电动栏杆检测到配套车辆检测器信号出现“有车无车” 变化后，才自动将栏杆放下，以杜绝砸车事件的发生。入口控制器接收到入口栏
11、杆出现“抬杆 落杆” 的动作后，确认本次入场过程已经完成。3.2.2.长期卡车辆入场工作流程当持长期卡的用户车辆进入入口读卡器的感应范围时，读卡器即与射频卡之间建立起信息交换系统，射频卡向读卡器发送卡信息，读卡器判断射频卡的合法性和时间有效性，如有效则获取射频卡的ID 号，并将其上送至数据处理中心。同时，摄像系统和车辆识别系统将启动。摄入车辆图像，经车辆识别系统分析后，获得牌照信息、颜色信息、车型信息等；数据处理中心根据读卡器上传的ID 号，查询数据库中与此ID 号相关的车辆信息，并与刚才实时获取的信息进行比对，若不符合则拒绝放行，同时给出告警信息和出错提示信息。另外，数据处理中心还会检查此固
12、定卡是否过期。若符合条件，则给入口控制器一个有效信号，抬起栏杆，用户驾车驶入停车场。入口电动栏杆检测到配套车辆检测器信号出现“ 有车无车 ”变化后，将栏杆放下。入口控制器接收到入口栏杆出现“抬杆 落杆” 的动作后，确认本次入场过程已经完成。山于长期卡与读卡器的信息交换距离在从十几米到数十米，并且都是在空间里完成的，时间花销短，所以当车辆到达入口时，电动栏杆已经抬起，这样便实现了固定用户的不停车操作。车辆入场工作流程如图4 所示：图 4 车辆入场工作流程3.2.3. 临时车辆出场工作流程用户驾驶车辆进入停车场离场通道，停在出口处，车辆检测器检测到有车后，向出口控制器发出有车信号。摄像系统和车辆识
13、别系统启动，摄入车辆图像，经车辆识别系统分析后，获得牌照信息、颜色信息、车型信息等；用户将入场时取得的用户卡交给管理人员，管理人员通过出口读卡机读取用户卡ID 信息，并将用户卡收回循环使用。数据中心通过检索数据库中对应ID 号，获得该用户卡的类型( 临时卡) 、入场时间，并查询数据库中与此ID 号相关的车辆信息，与刚才实时获取的信息进行比对，若不符合则拒绝放行，并给出告警信息和出错提示信息。若符合，数据中心根据车辆在场内停留时间和计费费率，计算出用户应缴费额，同时显示在金额显示器屏幕上，语音提示设备提示用户应缴纳的金额，用户交纳相应费用后，管理人员将通过出场控制器打开出口电动栏杆，用户驾车驶出
14、停车场。出口电动栏杆检测到配套车辆检测器信号出现“有车无车”变化后，自动将栏杆放下。计算机接收到出口栏杆出现“ 抬杆落杆”动作后，确认本次出场过程已经完成，将先前获得的用户卡号、入场时间、出场时间保存到相应数据库中备查，完成一次出场过程。3.2.4.长期卡车辆出场工作流程持长期卡用户的车辆到达停车场出口时，读卡器获取该卡的信息，将信息上送到数据处理中心，启动车辆图像识别系统，判断用户卡的有效性和密码，并将数据中心查询到的信息与此ID 号相关的车辆信息与车辆识别系统获取的信息进行比对，如果符合，则给出口控制器一个有效信号，由出口控制器控制抬起出口电动栏杆，用户驾车离开停车场，完成一次出场过程。车
15、辆出场工作流程如图5 所示：图 5 车辆出场工作流程3.3 智能停车场管理系统设计由系统功能需求分析就可以确定系统的外部实体，根据系统功能和系统外部实体，我们就可以从总体上对停车场管理系统进行设计。智能停车场管理系统设计如图6 所示：入 口 控 制 系 统 车 辆 识 别 系 统 安 全 监 控 系 统 用 户 管 理 系 统 出 口 控 制 系 统A停 车 场 数 据 中 心车辆识别发卡读卡系统车辆检测系统入口控制 信息提示 监控系统 计费收费报警系统 用户管理 出口控制 车辆检测系统 收卡读卡系统车 位 引 导 系 统超声波车位检测 LED示系统图 6 智能停车场管理系统四、车位引导子系统
16、原理通过安装在每个车位上方的超声波车位探测器，实时采集停车场的各个车位的车辆信息。连接探测器的节点控制器会按照轮询的方式，对所连接的各个探测器信息进行收集，并按照一定规则将数据压缩编码后反馈给中央控制器，由中央控制器完成数据处理，并将处理后的车位数据发送到停车场各个 LED 指示屏进行空车位信息的显示，从而实现引导车辆进入空余车位的功能。系统同时将数据传送给计算机，由计算机将数据存放到数据库服务器，用户可通过计算机终端查询停车场的实时车位信息及车场的年、月、日统计数据。功能原理图（无线通讯）1、车位引导子系统组成超声波车位探测器工作电压 DC 24V工作电流 10mA通讯方式 RS485、TC
17、P/IP检测距离 0.13.5m通讯距离 1000m通讯速率 9600bps工作温度 -2080安装在每个车位的正上方，采用超声波测距的工作原理采集停车场的实时车位数集，并将采集信息通过 RS-485 通讯反馈到车位显示灯及节点控制器。指示灯工作电压 DC5V工作电流 20MALED 灯珠数 6 红 6 绿外壳材料 ABS工作温度 -50+80可视角度 360可视距离 50m安装在每个车位的前方，用于显示当前车位状态。当指示灯为绿色时，表示车位为空车位；当指示灯为红色时，表示车位上有车辆停泊。节点控制器节点控制器是超声波车位探 工作电压 DC 24V通讯距离 1200m通讯方式 RS485、T
18、CP/IP、Wifi容量 40-60 个工作温度 -20+80测系统的中间层，用于对超声波探测器进行分组管理，循环检测所辖探测器的信息，并将有关信息传到中央控制器。一个节点控制器可以控制 40-64 个车位探测器。中央控制器（普通版）工作电压 DC 5V通讯方式 RS485、TCP/IP通讯距离 1000m工作温度 -20+80中央控制器是整个系统的核心，主要用于负责整个停车场车位信息的采集与数据处理，并将处理结果反馈到 LED引导屏进行车位信息的显示。一个中央控制器最多可以控制 64 个节点控制器。中央控制器（高级版）可选工作电压 DC 5V通讯方式 RS485、TCP/IP通讯距离 100
19、0m工作温度 -20+80高级版中央控制器内置 B/S架构车位引导系统软件，可以直接储存车场的数据，并可在任意电脑终端通过 WEB页面进行查询及下载。无线 MESH 设备工作电压通讯方式通讯距离工作温度无 单 点 故 障 快 速 组 网 、 灵 活 组 网 高 性 能 和 非 视 距 传 输 高 速 移 动 支 持 与 现 有 网 络 的 融 合室内 LED 引导屏工作电压 DC 5V通讯方式 RS485、TCP/IP、Wifi辉度 300cd/m2单字尺寸 122x122mm每字像素 16x16接收中央控制器的车位信息，用数字和文字形式实时显示所连接区域当前空闲车位数量，可 24 小时全天候
20、使用。内部程序还可以根据用户要求随时修改，显示用户需要的其他信息户外 LED 引导屏工作电压 DC 5V通讯方式 RS485、TCP/IP、Wifi辉度 500cd/m2单字尺寸 122x122mm每字像素 16x16户外 LED 显示屏由高亮度户外 LED 模块、驱动电路、控制电路、支架等部分组成。它接收中央控制器的车位统计信息，用数字和文字形式实时显示当前停车场空闲车位数量，可 24 小时全天候使用。内部程序还可以根据用户要求随时修改，显示用户需要的其它信息。 停车引导系统管理软件CPU: P4 3.0Memory：512M硬件要求HD：80G开发工具 DELPHI数据库支持SQL SER
21、VER/Access软件中嵌入了车位电子地图，可以直观地实时反映停车场车位使用情况，操作员可直接根据电子地图来监控车场状况，对于错停车位的车辆，支持手动改写其停车位，以调整车位实占情况。2、系统产品配置表序号 设备名称 单位 数量定义 备 注1 车位引导管理软件 套 1 标准版2 中央控制器 台 1 一个中央控制器管理最多 64 个区域控制器3 节点控制器 台 车位数 /40 一个节点控制器控制 40 个左右超声波车位探测器4 MESH 台 一个 MESH 设备连接一个节点控制器7 LED 引导屏 块 根据实际情 况 根据实际车场情况确定具体数量8 超声波车位探测器 只 车位数 每个车位的正上
22、方装一个9 LED 车位指示灯 只 车位数 每个车位装一个10 电脑 台 1范例：项目名称：台湾桃园机场 车位数量：2,030 个 序号 设备名称 单位 数量定义1 车位引导管理软件 套 12 中央控制器 台 13 节点控制器 台 567 LED 引导屏 块 根据实际情况8 超声波车位探测器 只 20309 LED 车位指示灯 只 203010 电脑 台 14总结本系统通过与传统停车场对比，智能停车场管理系统既保留了传统停车场的功能，又以原有收费介质为依托，对管理介质进行了改进，选定射频卡作为智能停车场的管理介质。通过需求分析，明确了智能停车场管理系统所要具备的功能，进而提出了智能停车场管理系统的结构设计图。针对停车场的用户群体，分别分析和设计了临时用户和固定用户的出入场工作流程，实现固定用户的不停车出入停车场。从而实现车辆自动识别和信息化管理，提高车辆的通行效率和安全性，提高工作效率。
