智能停车管理系统设计 李静.docx
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智能停车管理系统设计 李静.docx
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智能停车管理系统设计李静
智能停车管理系统设计
——基于RFID技术
目录
一.设计背景2
二.可行性分析2
三.系统工作流程概述:
3
3.1:
系统入口流程工作原理:
3
3.2:
系统入口流程工作流程图:
4
四.硬件系统设计:
5
五.硬件电路设计:
5
5.1:
主控制器模块:
6
5.1.1:
器件选择:
6
5.1.2:
电路设计:
7
5.2:
射频收发模块:
9
5.2.1:
器件选择:
9
5.2.2:
电路设计:
9
六.软件设计流程:
10
一.设计背景
近年来,由于我国经济迅速发展,机动车的年均增长量都超过了10%,大量的小汽车进入家庭,近几年大中小城市的机动车年增长率超过15%,深圳、上海、北京、天津等大城市超过20%,有些城市甚至超过30%。
这种发展趋势,给城市的停车带来了很大的困难。
停车问题也成为了世界大中城市经济发展的一个通病。
另一方面,随着FRID(射频识别技术)和无线传感器技术的日益成熟,RFID标签和读写器技术在越来越多领域得到了广泛的关注和应用。
本文所做的智能停车管理系统利用非接触式IC卡停车场管理系统以图像处理技术、射频卡技术和计算机技术为核心,加上精密的控制设备,实现了停车场的收费现代化管理,具有方便灵活、准确安全的特点。
本文设计的目的是利用RFID日益成熟的技术来解决现实生活中的问题,实现对停车场车位的智能管理,真正解决城市“停车难”问题。
二.可行性分析
RFID技术的发展:
1.工作原理:
标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag,无源标签或被动标签),或者由标签主动发送某一频率的信号(ActiveTag,有源标签或主动标签),解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。
2.产品分类:
大致上分为三大类:
无源RFID产品、有源RFID产品、半有源RFID产品。
3.产品优势:
射频识别系统主要有以下几个方面系统优势:
1)读取方便快捷:
数据的读取无需光源,甚至可以透过外包装来进行。
有效识别距离更大,采用自带电池的主动标签时,有效识别距离可达到30米以上;
2)识别速度快:
标签一进入磁场,解读器就可以即时读取其中的信息,而且能够同时处理多个标签,实现批量识别;
3)数据容量大:
数据容量最大的二维条形码(PDF417),最多也只能存储2725个数字;若包含字母,存储量则会更少;RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数十K;
4)使用寿命长,应用范围广:
其无线电通信方式,使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境,而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码;
5)标签数据可动态更改:
利用编程器可以向写入数据,从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能,而且写入时间相比打印条形码更少;
6)更好的安全性:
不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上,而且可以为标签数据的读写设置密码保护,从而具有更高的安全性;
7)动态实时通信:
标签以与每秒50~100次的频率与解读器进行通信,所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内,就可以对其位置进行动态的追踪和监控。
4.典型应用:
物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制/电子门票、道路自动收费、一卡通、仓储中塑料托盘、周转筐等。
三.系统工作流程概述:
3.1:
系统入口流程工作原理:
1.固定卡用户:
当车辆进入读写器工作区域时,系统自动接收到来自车辆上的电子标签(RFID标签)发射的信息,并将信息传送到入口的计算机,计算机检查标签号的有效性且控制摄像头抓拍车辆图像,经判断后按下面的程序处理:
1)标签有效时,控制道闸抬起,车辆可以不停车就进入停车场;车辆寻找到车位并停放稳定时,位于上方的图像捕捉器会自动捕捉车辆信息,并将车辆信息、进入时间自动传递给主控制器。
2)标签无效,给出提示音,系统开始报警,并将错误信息传送至总控制器,总控制器通过LED提示器给出错误原因(例如:
“余额不足,请充值”或“ID不存在,请联系管理员开户”)
2.临时卡用户:
车辆进入停车库,靠近临时卡发行机,摁键取出临时卡,车辆寻找到车位并停放稳定时,位于上方的图像捕捉器会自动捕捉车辆信息,并将车辆信息、进入时间自动传递给主控制器。
3.2:
系统入口流程工作流程图:
四.硬件系统设计:
整体系统设计如图:
●主控模块由微控制器及其复位电路、指示装置电路、RS-232通信接口电技路、电源电路、JTAG接口电路及辅助电路组成。
●主控制器是系统的核心组成,用户命令是由它负责接收、同时对发送信软号和接收信号进行编码和解码,射频收发模块实现主控制器与应答器之通间的通信过程。
基带信号的调制发射和解调接收功能是由射频收发模块信完成。
●JTAG接口主要作用是设置主控制器的熔丝位以及在线调试等。
●串行通信接口可以实现与PC机之间的通信过程。
●稳压与电压转换功能是由电源电路完成,辅助电路报警功能是由系统提供。
五.硬件电路设计:
5.1:
主控制器模块:
主控模块的组成有辅助电路、复位电路、电源电路、RS-232通信接口电路、指示装置电路、和微控制器。
5.1.1:
器件选择:
1.微控制器的选择和优势:
本次设计系统选用ATmega64作为主控制器,它是Atmel公司生产的一款低功耗、高性能的8位精简指令集单信片机。
系统选用ATmega64作为主控制器主要基于以下原因:
1)单时钟周期可以执行多指令,使UHF协议下读写命令通讯过程中的时序控制变得很容易。
2)可以外接16MHz晶振最高频率,能够提供的基带数据传输速率足够大。
3)比传统的8051单片机具有更多的片内资源。
4)64K字节存储器可以多次可编程。
5)ATmega64集成有上电复位电路,同时具有很强的抗干扰能力,可靠性很高。
2.液晶模块器件选择:
本次设计系统选用ST7920的128x32点阵式液晶显示器,GM-12832具有如下特点:
1)可以显示数字、字母、特殊字符、图形、曲线和汉字。
2)显示内容为128(列)×32(行)点,全屏幕点阵,可显示2行汉字,每行8个字;
3)IIC内带8139个16×16点阵中文字库,126个16×8字母符号,并提供4个16×16点阵的自定义字功能;
4)与CPU接口采用串行控制方式;
5)功耗低,最大工作功耗15mW。
5.1.2:
电路设计:
1.主控制模块电路设计:
1)微控制器及外围电路设计
本控制器电路以AT-mega64位单片机为核心,其外围电路包括LED状态指示电路,电源保护网络,时钟电路。
2)复位电路设计:
复位的主要功能是将程序PC记数器初始化为0000H,使单片机从0000H单元重新开始执行程序。
将单片机复位,以重新启动是因为在程序运有行中,外界干扰等因素可使单片机同的时程它序还陷能入使死单循片环机状退态出或低者功跑耗飞工。
作为方了式避而免进这入种正情常况工出作现状,态。
RESET引脚是复位信号的入射端,低电平有效。
其有效权时间应持续在两个机器周期以上。
复位操作有上电自动复位和手动按键复位版两种方式。
一旦引脚RESET上面的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时,MCU就立即复位。
2.RS-232串行通信接口电路:
1)RS-232串行接口电路设计:
RS-232标准是目前PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口,也被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准,是适合于数据传输率在0~20kbps范围内通信,他是由美国电子工业协会EIA(ElectronicIndustriesAssociation)与BELL公司共同开发的通信协议[18]。
RS-232信号在发送数据时,发送端驱动器输出的正电平在+5~+15v之间,负电平-5~-15V之间。
当没有数据传输时,线上为TTL电平,从开始传送数据到结束,线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。
接收器典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。
由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s。
RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。
所以RS-232适合本地设备之间的通信。
在本文的设计中采用RS-232串行接口进行数据传输。
其电路图如图4-4所示。
AVR单片机具有全双工的所串行通讯接口,通过它与PC机实现数据通信。
本设计采用MAX3232芯片实现RS-232电平与TTL电平之间的转换。
2)USB接口电路设计:
由于通信接口在微型计算机的应用越来越广泛因此本设计中采用了USB接口。
USB是的意思是―通用串行总线‖是电脑系统联接外围设备(如鼠标、打印机、键盘等)的输入/输出接口标准,而并不是一种915MHzRFID读卡器设计新的总线标准。
现在电脑系统对外围设备的接口并无统一的标准,如连接有打印机要用9针或25针的并行接口、键盘的插口是圆的、鼠标则要用9针或25针的串行接口。
USB把这些不同的接口统一起来,使用一个4针插头作为标准插头。
通过这个4针插头,采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来,并且不会损失带宽。
也就是说,USB将取代当前PC上的并口和串口。
3.LED显示电路:
单片机和液晶WGM-12832模块的接口电路。
由于WGM-12832采用SPI串口通信,外接引脚较少,与单片机连接采用直接连接的方法,即用I/O口直接与LCD数据线和控制线相连,其特点是简单、直观、操作方便。
在此电路中,采用软件模拟液晶的时序,达到正确显示的目的。
4.实时时钟电路:
采用体积小、接口简单的串行实时时钟DS1302芯片作硬件时钟。
DS1302是美国DALLAS公司推出的低功耗串行通信接口专用芯片,采用3线串行方式与单片机通信。
片内有31字节的静态RAM,日历时钟可自动进行闰年补偿。
时钟的运行可采用24h或带AM(上午)和PM(下午)的12h格式数据可按单字节方式或多字节突发方式传送。
5.警示装置电路:
由于发光二极管和蜂鸣器的驱动电路比较简单、易于实现且价格低廉,因此发光二极管和蜂鸣器通常应用于单片机应用系统来指示系统的状态。
接通电源的时候电源指示发光二极管就发亮,断开电源发光二极管立即熄灭;当通信接口收、发数据时通信指示发光二极管亮,平时处于熄灭状态。
当程序运行出现意外状况时蜂鸣器发出提示错误警报,此外还有可以通过软件设定在读写数据程序使其发出声响。
6.电源及稳压电路:
当BUZ端口处于低电平时,三极管导通,这时电压加在蜂鸣器上,即发出响声。
当通讯接口处在数据的接收或发送状态中,此时二极管状态指示电路当电阻左端处于低电平时,不同的发光二极管导通。
5.2:
射频收发模块:
5.2.1:
器件选择:
本设计采用RFM公司生产的TR1000芯片作为射频收发模块的核心芯片。
TRl000是一个高度集成,高效率的,低功耗的单片OOK/ASK通用无线射频收发器芯片。
由于它的稳定度高、尺寸小、功耗低、价格低因此在短距离无线数据通信和无线控制中得到了广泛应用。
射频收发模块主要包括两部分:
射频发射电路和射频接收电路。
5.2.2:
电路设计:
1.射频发射电路设计:
1)射频发射电路设计:
引脚2通过RF铁氧体磁术芯L1与电源相连,电源端接一个旁路电容起到保护电源的作用。
引脚5和6连接的电容C3是耦合电容,若要一个外部处理用于AGC时,BBOUT必须用串联电容与外部数据恢复处理器和CMPIN相耦合。
2)功率放大电路:
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。
它一般直接驱动负载,带载能力要强。
2.射频接收电路设计:
应答射频信号采用反向散射调制技术是由ISO/IECl8000—6TypeB协议规定的。
我们将TRl000设置为ASK发射状态,是因为反向散射调制波形与ASK调制波形十分相似,也就是将管脚SECTRL0设为―1‖,管脚SECTRL1设为―l‖。
六.软件设计流程:
读写器与单片机的通信流程图:
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