毕业设计论文-基于射频技术的智能停车场控制器的设计

毕业设计论文-基于射频技术的智能停车场控制器的设计内容摘要：

到纸质磁卡，接着再由条形码发展到非接触型收费介质的过程 ．智能停车场控制技术的发展的每一个阶段，都是解决 了其上一代 系统 在收费介质上的不足之处， 从而提高了 工作效率和充电系统的准确度，并提高了控制系统的服务功能．现在，采用以非接触式 IC 卡、射频电子标识为代表的非接触式收费介质是智能停车场控制技术目前最明确的发展目标． 本文组织结构 本文一共包含五章内容，具体组织结构安排如下： 第一章绪论．主要说明了本文的设计背景和研究意义．并分析了停车场控制系统的目前发展状况和将来的发展趋势． 第二章系统的总体方案和设计．先是对系统进行总体介绍，接着引出系统的总体框架，并对系统设计所需要的技术和原理进行简要的介绍． 第三章硬件电路设计．介绍了以 STC89C52 单片机为 核心处理器的整个硬件系统的设基于射频技术的停车场控制器的 设计 3 计，并对系统的各个模块进行说明和介绍． 第四章软件设计．具体介绍了该系统中各个功能模块的实现，并对设计出的系统进行仿真． 第五章总结与展望．总结本设计的成果，指出不足指出并对未来的发展加以展望．江南大学学士学位论文 4 基于射频技术的停车场控制器的 设计 5 第 2 章 控制系统总体方案与设计 控制系统总体介绍 本设计将封闭的公共停车场 环境 作为控制 对象的 停车收费系统，停车场控制系统选用单片机 作为基于频射技术停车场控制系统的核心控制器．系统实现对长期用户与临时用户的停车进行收费， 能够给 停车场提供操作 相对 简单、价格相对较低，并且行之有效的 控制措施 [2]．将本系统应用于实践当中 将大大节省停车场的 管理 费用及 管理人员 ， 只需要在停车场的出口处有一位工作人员对临时用户收费及长期用户卡里余额不足时进行人工收费，这样一来将会在很大程度上 提高停车场的利用效率 ． 系统 不仅 能够自动升降闸门，还可以实现自动计费 ，并能提供 显示功能、查询功能 ．相应的 收费方式 、时钟显示均能够 调节，这样可以让系统更具 有 灵活性 ． 控制系统框架 单 片 机出 入 控 制射 频 模 块停 车 场 收 费 系 统车 位 检 测 图 21 停车场控制系统框图 出入控制模块：停车场的 入口部分是由发卡机、闸门、智能远距离读卡器、车辆检测系统组成．它的主要用途是通过收费介质获取用户的车辆在系统中的身份标识，并由此检测此用户是否有停车的权限． 临时用户要在停车场停车时，车辆在入口处被安置在车道下方的地感线圈检测到，入口处的发卡机则在显示屏上提示司机按键取卡．司机按下取卡键后，发卡机便会发送出一张临时 ID 卡，驾驶员取卡后电动栏杆打开入口通道，车辆驶入停车场．在驾驶员取卡后，系统根据驾驶员取走的临时卡的相应卡号，存入出口收费处的计算机系统 ，系统开始对停车车辆计时，当车辆通过地感线圈后自动放下栏杆． 长期用户例如持有月卡、年卡的用户，在车辆在进入停车场时，通过射频技术读卡可直接进入，无须刷卡．当智能远距离读卡器检测到车内的射频卡并确认有效后，电动栏杆自动打开入口通道并且摄像机自动拍摄并上传图片，此时车辆可以直接驶入停车场． 车位检测：这个系统可以用于停车场出入口管理系统．当场内已经没有空余车位后，可以与网关管理系统，使入口发卡机不再发放临时 ID 卡，避免车辆进入停车场后，因为无法停车而导致交通拥挤堵塞现象的出现． 停车场停车计费系统：该系统将根 据停车场停车计费系统中的存储的车辆停车数据信息，能够实现无人自动计费功能．但是实现自动收费的前提是，用户需要提前在卡内充值江南大学学士学位论文 6 一定金额的费用，当驾驶者在相应停车场停车时，可依据他停车时间长短和他停放的车位来计算停车费用并且从卡内余额中扣除． 射频出入控制技术 射频识别技术是兴起于从上世纪 80 年代，通过人们这些年来的不断研究逐渐迈向成熟的一种自动化识别技术．它通过使用射频方式完成非接触式的双向交换数据通信来实现识别的功能．它与传统的 IC 卡、磁卡相比较，射频卡具有的优点是非接触性，所以，射频技术目前在当今停 车场智能控制系统中获得了广泛的应用 [3]． 这项技术的原理是将射频卡放置在车内，读卡器能够自动的发出信号，当车将要行驶到停车场入口时，车速减慢，进入到读卡器读卡范围内时，读卡器获得信号并判断有效后，控制闸机将栏杆自动升起，以此达到不停车就可以通行的目的． 射频识别技术与其他类似的技术相比，不仅在成本上占据绝对有利地位，而且它对环境的需求比较少，受环境影响相对较小，定位精度高，传输距离大；射频识别技术不仅能够定位对象，与此同时还可以获取到很多目标对象的相关信息 ． 结合当前市场上的形势，本系统的设计决定基于无线射 频识别技术，使用计算机相关的控制系统来读取关于停车位的信息，其中包含剩余的空车位的数量和分布情况 ． 为了方便车主快速、轻松地找到停车的位置，门口的停车场使用终端位置查询系统也能够方便地检查空的停车位的具体位置；车主在入口处读卡后，控制系统可以准确记录出车辆的入场和出场时间，并自动计算出相应的费用 ．本系统的主要特点是电子控制系统复杂性较低，不仅成本低而且容易实现，定位的精度较高，抗外界的干扰能力也强． 射频识别控制系统的构成 射频技术的最基本组成： 标签：由耦合元件和芯片来共同组成，每个标签都具有独 立特别的电子编码，安装在物体上来识别目标对象． 阅读器：来读取标签相关信息的装备，设计为固定式或者是手持式； 天线：实现标签和读取器之间相互传递射频信号的作用．如图 22 所示 . 能 量 ， 时 钟 ， 数 据电 源时 钟读写模块射频模块天线 数 据读 写 器天线射频模块电 池电 子 标 签 数据控制模块存储器 数 据 时 钟 能 量 数据 图 22 射频技术系统框图 基于射频技术的停车场控制器的 设计 7 射频识别技术的工作原理 射频识别技术的功能实现原理流程如下所示 [5]： 1. 发射天线被读写器无线电载波信号用来向外发射信号的功能． 2. 当电子标签到达发射天线的工作范围时，电子标签就会被激活，将自身的有 关信息代码通过天线发射出去． 3. 接收天线系统可以接收电子标签载波发出的信号，传递到天线调节器后传递给读写器．读写器能够对获得的信号进行调制解调获得相关信息，最后将信息传送到在后台工作的控制系统中心． 4. 电脑控制器能够根据相关逻辑运算来识别标签的合法性，针对不同的设置来做出相应的控制，从而发出相应的指令信号来控制执行机构的相应动作． 5. 动作执行机构将会按照控制系统发出的指令动作． 其射频识别模型如图 23 所示： 阅 读 器计 算 机天线天线电 子 标 签时 序数 据 图 23 射频识别模型 射频识别技术的应用 科技发展越来越快，人们的生活水平逐步提高，对生活质量的要求也逐渐提高，伴随而来的是各种新科技的发现．射频识别技术也越来越多地被应用到我们生活的很多方面上来，它的出现很大程度上提高了管理水平和工作效率． 在超市中，射频识别的出现使成千上万的商品的种类、价格、批次、产地、货架等信息被清晰地划分着，也使商品的库存和销售这些环节被管理得井然有序．在铁路中，飞驰的列车的标识可以被自动设备识别并由其采集后输入到铁路运输信息管理系统中，这可以使铁路在运营中，可及时并准确地获取列车的信息．在公交 车的管理系统中，射频识别技术可以准确记录车辆在运行线路中到达每个站点的时刻，这为公交公司对车辆的调度和管理提供实时且精确的信息．除了这些在比较大的场合中的应用之外，我们平时在学校使用的射频卡门禁、在浴室和食堂对校园卡的使用等等都是射频识别技术的产物，它大大方便了我们的生活，更是提高了我们的生活质量和生活水平． 射频识别技术从上世纪八十年代开始逐渐走向成熟，它在运输、防伪等科学自动化方面也被广泛地应用．也是因为大规模集成电路的成熟，促使射频识别系统缩小了体积，并开始进入实用阶段．它与接触式识别方式有所区别，射 频卡与读写器之间并不需要直接的接触就可以进行信息的识别，并且它还具有容量大、安全性高、使用方便这些优点，所以可以被更广泛地运用．目前，我国对射频识别的研究还处于初期阶段．但是它有巨大的发展潜力，前景也是相当诱人．相信在不久的将来，我们可以在生活中更多地见到它的身影． 江南大学学士学位论文 8 基于射频技术的停车场控制器的 设计 9 第 3 章 停车场控制系统的硬件电路设计 停车场控制总体设计 “对于系统需求的分析可以让我们确定系统的外部实体，从而我们可以设计出所需的停车场管理系统”．智能停车控制系 统的总体示意图如图 31 所示． LCD 屏的作用是充当信息展示板，当前车位和时间这些相关的信息都会在上面得以展示．当检测到当前有车辆驶入并且车内射频卡是有效的，系统会将刷卡信息由控制器读入将入场时间等基本信息存入控制系统中心，控制系统中心发出动作指令，控制入口通道打开；当地感线圈检测到车辆驶入的时候，表示车辆已经进入了停车场内部，这时，系统便会自动更新车位信息，入口通道关闭．同样，当车辆驶出时，司机刷卡，控制出口通道打开 ，当地感线圈检测到车辆离开，抓拍车辆信息，此时关闭出口通道并更新车位信息． 停 车 场 数 据 中 心入 口 控 制车辆检测系统入口控制发卡读卡系统监控系统报警系统计时收费数据存储出口控制车辆检测系统收卡收费系统安 全 系 统 计 费 控 制 出 口 控 制 图 31 停车场控制系统框图 智能智能停车场控制技术是现代化停车场车辆收费和装备自动化控制的统称．本系统包含了集射频识别、车辆检测、显示技术以及智能计时收费控制技术等现代智能化控制技术于一体的综合研究设计．通过这些技术的相互协调处理，实现了停车场收费、控制等目的．根据设计的基本原理，智能停车场控制技术可分为三大部分：信息的采集与传输、信息的处理与人机交互、信息的存储与查询的三大部分． 车辆检测 对比目前很多车辆检测的方式，本设计决定采用地感线圈来检测 驶入和驶出的车辆．地面感应线圈，简单来说，就是一个振荡电路．地感线圈埋在路面下直径约 1 米的沟槽，同时埋入多匝导线．地感线圈实际意义上来说是谐振电路中的一个电感元件，它与检测器的振荡回路一同形成 LC 谐振．当车辆从这里经过时，空间介质发生变化，从而引起振荡频率的变化，这个变化就是汽车经过的信号 [7]．震荡信号传送到由单片机构成的频率测量电路，单片机就可以测出这个振荡频率了．但是我们需要一个稳定的振荡器，能够使汽车由其经过时能够产生比较明显的频率变化． 江南大学学士学位论文 10 车位显示 以超声波传感器作为车辆检测的控制器， 在一定的时间周期内传感器发射超声波脉冲来测量脉冲返回的时间间隔．在检测的过程当中，如果脉冲返回时间比作为校准基础的地面返回时间短，说明停车位上停有车辆．将所有传感器通过网络发出的校准命令同步进行校准．传感器最后通过内置 LED 来显示停车位占用以及空闲等不同状态，并且统计这一排停车位的空余情况．当这一排有剩余车位时，放置在停车场通道上方的相应停车排处的LED 绿灯亮起表示这一排有剩余停车位，入场车辆可以驶入这一排停车，如此以来诱导车辆快速停车，当这一排停车位没有剩余时，放置在停车场通道处相应停车排处的 LED 红灯亮表示这一排没有剩余停车位 [8]． 自动计费 车辆离开停车场时，液晶显示屏会跳转向新的界面，在这个界面中，车主可以看到他的停放时间和收取的费用，对于长期用户，则自动扣除费用．收费完毕后，则会重新回到时间显示的界面． 控制系统的硬件电路 在本停车场控制系统核心处理器的选择中，综合多方面的考虑，最终 决定使用STC89C52 型单片机作为主控芯片 ．它是 STC 公司生产的产品，虽然使用了经典的 MSC51的内核，但在此基础上又做了许多改进，所以它具备了很多传统 51 单片机不具备的功能．并且单片机的成本 的系统稳定，在目前工业自动化控制中得到了广泛的应用 [9]，其总体结构图如图 32 所示： 单 片 机S T C 8 9 C 5 2地 感 线 圈 检 测 电 路显 示 电 路报 警 指 示 电 路计 时 电 路复 位 电 路电 源 开 关 图 32 车辆检测控制单元结构图 STC89C52 单片机 STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，它是宏晶科技开发的一款单片机．相比于以往研发出的单片机，虽然它使用的是经典的 MSC51 内核，但是在此基础之上，又做了很多改进，所以它具备很多传统的 51 单片机不。