基于RFID技術的智能無人駕駛停車系統研究

重慶第二師范學院數學與信息工程系 秦 瑜 程 丹 李 志

基于RFID技術的智能無人駕駛停車系統研究

重慶第二師范學院數學與信息工程系 秦 瑜 程 丹 李 志

為了解決日益增長的停車空間不足，本文設計并實現了一個基于RFID（無線射頻識別）技術和無線通信技術的智能無人駕駛停車演示系統。該系統使用RFID技術來實現身份識別，通過2.4G無線模塊傳輸識別信息，并采用STM32L053單片機作為智能車板主控制芯片，可實現小車自動停入（取出）車位和自動收費等功能。試驗測試結果表明：該系統具有功耗低，運行穩定等特點，能夠有效提升停車場管理系統自動化控制水平，具有廣闊的應用前景。

RFID；智能停車；無人駕駛

0 引言

當今世界科學技術的高速發展，物品智能化的快速推進，任何事物的運用都在需求自己的科技革新。同樣停車場作為我們生活中必不可少的設施，它的科技革新將提高我們的生活質量。傳統停車場的停車方法和車庫管理是限制停車場發展的根本難題[1-2]。

本文設計了一種基于RFID（無線射頻識別）技術的智能無人駕駛停車系統，并以實際工作流程為例展示了系統程序的響應。該系統對現有的停車場系統進行了進一步的改進，并增加了一些實際可行的功能。這將解決現有停車場找車位難，找車耗時長，收費繁瑣（人工收費）等問題，能夠幫助司機方便、快速地找到停車位，以此節約大量時間。

1 系統設計

1.1 整體設計

該系統主要包括兩部分：停車位管理子系統和互聯網停車信息管理系統。停車位管理子系統主要實現了各停車場的智能停車和成本管理。網絡停車位信息管理系統實現了每一個停車場的停車位信息綜合管理。

停車位管理子系統利用射頻識別標簽管理停車場，包括：出入口控制模塊、無人駕駛模塊、停車位定位檢測模塊、無線通信模塊。停車場管理系統的結構如圖1所示：

圖1 停車場管理系統

1.2 硬件設計

（1）出入口控制模塊

出入口控制模塊由出入口刷卡盒子和舵機盒子組成。入口刷卡盒子中包含有RFID 13.56MHz模塊、STM32L053精簡開發板、WT588D語音芯片、LCD501液晶模組、紅外探測傳感器、精簡開發板轉接板、方形喇叭、按鍵等組成。舵機盒子由舵機和紅外傳感器組成。

（2）無人駕駛模塊

本模塊采用STM32F103單片機作為智能車板的控制中心，主要包括以下模塊：控制器模塊、循跡模塊、路程計量模塊、顯示模塊、電機驅動模塊、避障模塊等。車可實現自動循跡、檢測障礙物、顯示車板的行駛路程和行駛時間等功能。其中路線識別裝置采用自制式反射紅外傳感器，顯示裝置采用LCD12864，驅動電機采用直流電機，電源裝置采用單片機與電機單獨供電的方式[3-5]。

（3）停車位定位檢測模塊

該模塊安裝在車場內每個停車位上，用于檢測汽車的停車位信號，并送至智能車板作相應處理。定位檢測模塊采用HC-SR04超聲波測距模塊，可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達3mm[6]。該模塊由超聲波發射電路和超聲波接收電路組成，采用I/O口TRIG觸發測距，模塊自動發送和檢測信號。

（4）無線通信模塊

系統采用nRF24L01無線模塊進行通信，通過IC卡和車位監控系統共同作用，執行停車場大門的開閉功能。它利用射頻方式在非接觸式射頻IC卡和讀寫器之間進行無線雙向通信，完成目標識別和數據交換，而卡上的電路的工作電源由讀寫器發出的電磁波能量提供[7-8]。

通過該模塊，主機會實時接收刷卡系統發來的數據，并將其轉發給上位機，同時獲取上位機指令，并將其傳達給小車和刷卡系統，使小車獲得行駛指令，并完成扣費，使舵機放行等動作。

2 智能無人駕駛停車場模型測試

模型介紹：

根據系統設計，模型主要分別三大模塊：出入口車輛檢測、上位機控制端口以及智能小車部分。該模型的架構圖如圖2所示，其中上位機控制端口、入口車輛檢測、出口車輛檢測三部分之間通過無線通信實現相互之間的數據傳輸。

圖2 智能無人駕駛停車場模型

（1）出入口車輛檢測

該模塊通過RFID技術獲取通過車輛的牌照號、車型、所屬用戶和銀行專用賬戶等數據，并將攝像機獲取的車輛牌照圖像數字化處理后與車載信息卡的牌照核對。若牌照相符且為合法車輛，其通行費通過計算機網絡，從用戶開戶行的專用賬戶中自動繳納。

（2）上位機控制端

上位機控制端口部分主要由主機處理系統、上位機應用軟件、無線通信nRF24L01模塊組成，用于實現上下位機之間的通信。其中，主機處理系統會實時接收刷卡系統發來的數據，并將其轉發給上位機，同時獲取上位機指令，并將其反饋給小車和刷卡系統。這時小車獲得行駛指令，系統完成扣費，舵機實現放行動作。

為了驗證所設計系統的有效性和可用性，本文在實驗室環境下搭建了一套智能無人駕駛停車模擬實驗平臺，利用該實驗平臺完成了靜態和動態試驗，其中動態試驗主要模擬小車在停車位與出入口刷卡模塊不同距離情況下，通過地面標簽時定點停車系統的動作情況及花費時間。經過50次的測試，停車定位誤差小于5mm，卡片識別成功率為100%。

3 結論

本文設計并實現了一個基于射頻識別技術和互聯網的智能無人駕駛停車場管理系統。該停車系統無需車主手動停車，通過無線網絡通信小車可自動完成停車、繳費等動作。試驗結果表明，該系統小車停車定位精確，具有較高的實用價值。其價值具體體現在:減少司機尋找停車位的時間，減少停車繳費時間，幫助停車場管理工作者擺脫了人工指揮，減少因尋找停車位造成的交通堵塞，節約能源，減少汽車尾氣排放。該系統可以有效地解決當前停車管理系統中存在的一些問題，提高了通行效率。

[1]Wei L,Wu Q,Yang M,et al. Design and Implementation of Smart Parking Management System Based on RFID and Internet[C].International Conference on Control Engineering and Communication Technology.2012:17-20.

[2]王澤河,樊月珍,毛恩榮.先進的城市停車誘導系統的研究[J].計算機工程與設計,2006,27(2):188-189.

[3]王浩.基于RFID和ZigBee技術的智能停車引導及車位管理系統設計[J].山東交通學院學報,2014(1):14-18.

[4]楊吉飛.基于物聯網的智能停車繳費系統設計和實現[D].復旦大學,2010.

[5]涂敦蘭,李成勇.基于單片機的智能停車場綜合系統研究與設計[J].通訊世界,2016(9):246-246.

[6]Jian M S,Yang K S,Lee C L.Modular RFID Parking Management System based on Existed Gate System Integration[J].Wseas Transactions on Systems,2008,7(6):706-716.

[7]程龍.基于Qt/E構建嵌入式Linux中文環境[D].西安電子科技大學,2007.

[8]RABAEY J M,AMMER M J,DA SILVA J L,et al.Picoradio supports ad hoc ultra low-power wireless networking[J].IEEE computer,2000,33(7):42-48.

秦瑜（1994—），女，江西鷹潭人，大學本科，研究方向：嵌入式、物聯網工程。

程丹（1992—），男，重慶兩路人，大學本科，研究方向：無線傳感網絡、物聯網技術。

國家級大學生創新訓練項目“智能無人駕駛停車場系統”(201514953)；重慶第二師范學院校級青年項目“一種壓電功能的幼兒園監控穿戴系統”（KY201544C）。

李志（1984—），男，四川遂寧人，研究生，講師，研究方向：無線傳感網絡、物聯網技術。