物聯網RFID智能車輛管理系統在實訓項目中的應用

天津職業大學電子信息學院 邢朝明

物聯網RFID智能車輛管理系統在實訓項目中的應用

天津職業大學電子信息學院 邢朝明

物聯網RFID智能車輛管理系統是我校重點專業投資新開發的實訓項目，是電子專業、嵌入式專業、通信專業的專業基礎課。學生通過物聯網智能車輛管理系統的實訓,不僅可以感受物聯網在智能車輛管理系統中的實際應用，還可以快速的學習RFID 技術、嵌入式系統開發、遠程監控管理、擴展網絡控制、圖像處理等熱門知識。對于學生畢業后從事該領域工作將打下良好的基礎。

停車場傳統的管理模式存在的問題：隨著社會經濟的發展，人民生活水平的提高，私家車輛也越來越多。在傳統的停車場管理中，管理員要逐個發停車牌并記錄，一旦車流量比較大的時候，這樣繁瑣的程序就要花費很長時間，并且還會造成車輛排隊等候現象。對于小區或單位的停車場來說，雖然可以不發停車牌，但是當有外來車輛進入時，管理員査詢起來比較煩瑣，很難辨別進來的車輛是否為外來車輛。還有當車輛進出停車場時，管理員通過手動控制入口和出口的道閘，大大增加了進出的時間。

1.物聯網RFID智能車輛管理系統簡介

為了解決停車場傳統管理模式存在的問題，智能車輛管理系統應具備以下主要功能：高效記錄車輛進出信息；快速準確査詢記錄；査詢停車場車位信息等等，同時使學生學會將物聯網知識與實際應用案例相結合，為學生進一步學習和應用物聯網技術打下良好的基礎。

本智能車輛管理系統采用了 RFID、嵌入式等技術。選用了目前市面上最熱 門的ARM Cortex-M3核芯片STM32F103系列作為主控芯片，實現了紅外傳感器信息釆集、RFID讀寫器控制、門閘舵機控制等功能，使得學生在物聯網相關知識學習的同時，又能夠學習CM3核芯片的基礎開發及應用，該系統作為物聯網應用教學的一個演示平臺，可以讓學生切實感受物聯網技術在真實生活中的應用，并通過對該平臺的學習快速掌握嵌入式開發、RFID讀寫，系統應用架構的設計等技術，便于以后完成物聯網相關技術的深層次開發。

物聯網智能車輛管理系統分以下幾部分：

a、小區入口監測控制

b、小區出口監測控制

c、RFID卡智能小車

d、小區地圖

1.1小區入口監測控制

物聯網RFID智能車輛管理系統的小區入口檢測部分，通過STM32H03 主控板實現對紅外接近傳感器檢測、RFID卡信息讀取、自動門閘控制等功能。當車輛處于RFID檢測區時，入口讀卡器讀取卡片信息，分析處理此信息，與數據庫中的信息進行對比，如果發現非本小區卡，則禁止進入；如果是本小區卡，則進行標記，并記錄車輛進入小區時間，開啟自動門閘放行，實時更新車位信息。入口監測控制部分通過紅外接近傳感器探測車輛。

1.2小區出口監測控制

物聯網RFID智能車輛管理系統的小區出口檢測部分與入口部分功能相似，也是通過STM32F103主控板實現對車輛紅外接近傳感器檢測、RFID標簽信息讀取、完成停車收費、自動門閘控制等功能。當車輛處于RFID檢測區時，讀卡器讀取信息，根據車輛進入小區時間和出口時間，計算停車費用并在用戶停車卡中扣除相關停車費用，開啟自動門閘放行，并實時更新車位信息給入口控制器。

1.3智能小車

演示用智能小車采用雙51單片機架構，USB接口下載程序，LCD1602 液晶顯示，方便學生開發。板載4路紅外傳感器、1個超聲波傳感器，可完成自動循跡、紅外避障、超聲波測距等功能。在本系統中，小車沿布好的黑色小區跑道行走，待走到自動門閘橫桿前方時，通過超聲波測距反饋的數據, P車輛自動停止。待橫桿放行后車輛繼續前進。

作為RFID車輛收費管理系統的小車，還需裝有rfID卡，以實現相關收費功能。

1.4小區地圖

該小區地圖是參照現實中的小區實況，通過比例縮小繪制制成的。地圖中標有小區入口和出口，跑道采用1.5cm黑色電工膠布粘貼在地圖上，方便學生根據需求搭建模型。

2.物聯網RFID智能車輛管理系統硬件框圖

物聯網RFID智能車輛管理系統硬件框圖如下圖所示，其主要由入口檢測控制、出口檢測控制以及嵌入式遠程控制中心三部分組成。其中入口和出口控制部分是由STM32控制板完成。嵌入式遠程控制采用ARM11 S3C6410 作為控制核心。

圖1　物聯網RFID小區車輛管理系統功能模塊說明

物聯網RFID小區車輛管理系統功能模塊說明圖

2.1嵌入式網關

核心板： S3C6410 2G Nandflash 256M DDR內存

攝像頭： USB攝像頭

TFT： 4.3寸TFT觸摸液晶屏

2.2出入口檢測

核心板： STM32F103RBT6

車輛檢測傳感器：紅外接近傳感器

門閘舵機：90。控制

LCD：128*64點陣液晶

2.3RFID讀寫器

讀卡電流：5V/54mA；

采用PHILIPS高度集成讀卡芯片MFRC522及其兼容芯片；

符合ISO14443 TYPE A/MIFARE 標準；

支持Mifere one S50，S70及其兼容卡片；

簡單的命令集可完成對卡片的全部操作；

通用協議：UART，適用于PC機或8位UART的單片機，默認波特率9600bps；

讀寫距離：20-80mm；

串口波特率：9600；

2.4小區入口檢測控制

入口車輛檢測部分是由STM32F103核心板作為控制核心，完成道閘的自動開啟和關閉，讀取ID卡號，給ID卡內寫入當前進入的時間，LCD顯示實時時間，通過異步UART和出口檢測中心進行通信。

將自動門閘舵機連接線接至舵機控制盒“舵機端”（橙色：信號；紅色：V+；棕色：V-），將舵機控制盒“控制端”接入口檢測控制盒，用專配的RJ45串口線連接入口與出口的RJ45口，分別接通舵機控制盒和入口檢測控制盒的DC5V電源。

入口檢測控制盒上的紅色LED為電源指示燈，三色LED為工作狀態指示燈，4個按鍵為預留按鍵，留給學生二次開發使用。

2.5小區出口檢測控制

出口檢測部分也是由STM32F103核心板作為控制核心，完成道閘的自動開啟和關閉，讀取ID卡號，給ID卡內寫入當前出口的時間、LCD顯示實時時間，消費金額和余額，通過異步UART和入口檢測中心進行通信。

連接方式同入口檢測。

2.6智能小車

智能小車能夠完成循跡，紅外避障，超聲波測距等功能。在本系統，智能小車作為載體，主要完成模擬現實中的汽車，上面帶有RFID卡，實現自動繳費等功能。

3.物聯網RFID智能車輛管理系統的實際應用

3.1模擬系統轉接板

該轉接板主要是方便各個傳感器供電而設計的，供電模塊主要有5處，均為5V供電，分別是傳感器、紅外接近傳感器、舵機、RFID、UART模組、Zigbee模塊、NRF2401模塊等，在轉接板上將I/O口全部引出，方便用戶二次開發，其次通過跳線可以IO口的連接。

圖2　模擬系統轉接板圖

3.2自動門閘控制

本系統自動門閘的模擬使用舵機控制。

控制舵機的信號為20ms周期的PWM波，使用STM32F103芯片的TIM1的PWM模式實現，不同占空比分別對應不同角度

3.3RFID讀寫器

RFID讀寫器通過UART串口和單片機之間進行數據的交換，電子標簽離讀寫器的距離約為6cm左右。

RFID和串口通信時波特率設置為9600Hz，沒有奇偶校驗位。

3.4接口說明

模塊　STM32F103RBT6　網絡　說明實時時鐘　PC9　SCLK_DS1302　DS1302時鐘PA8　DATA_DS1302　DS1302數據舵機　PA11　MOTOR_CTRL　舵機控制信號車輛檢測　PB13　IR_SENSOR1　紅外接近傳感器信號1 PB12　IR_SENSOR2　紅外接近傳感器信號2 RFID讀寫　PA9　T1_IN　13.56MHzRFID通信TXD PA10　R1_OUT　13.56MHzRFID通信RXD嵌入式網關通信PA2　T2_IN　嵌入式網關通信TXD PA3　R2_OUT　嵌入式網關通信RXD小區出入口通信PB10　T3_IN　小區出入口TXD PB11　R3_OUT　小區出入口RXD

4.物聯網RFID智能車輛管理系統實訓項目

4.1智能小車壁障實訓

根據提供的智能小車接口參數等，實現51單片機編程，完成超聲波測距和壁障功能。

4.2智能小車循跡實訓

根據提供的智能小車紅外感應器，實現51單片機編程，完成小測循跡自動運行功能。

4.3門閘控制實訓

詳細了解舵機運行原理，實現單片機控制舵機運行，模擬小區車輛管理系統中的門閘功能。

4.4基于STM32處理的RFID讀寫實訓

根據提供的RFID讀寫協議，在模擬系統轉接板上實現STM32與RFID讀寫器的通信，完成讀寫功能。

4.5STM32核心系統開發實訓

詳細了解STM32處理器架構，完成小區車輛管理系統中出入口檢測拓撲結構設計，以及對應的相關外設的驅動，入LCD、RTC實時時鐘、RFID串口通信、紅外感應器驅動、計費狀態機實現等。

5.結束語

通過以上實訓項目，使學生學會將物聯網知識與實際應用案例相結合，同時掌握了物聯網RFID智能車輛管理系統技術，為學生進一步學習和應用物聯網技術打下良好的基礎。通過實訓中多種手段的綜合運用，使學生逐步學會上網查詢、儀器使用、查找資料、使用儀器手冊、實驗調試、實驗數據處理、包括編制實驗教學課件、實驗軟件工具，以及硬件實驗的軟件化和智能化等基本技能。

[1]物聯網教學開發實驗平臺.

[2]物聯網智能家居系統實驗指導書.

邢朝明（1959-）， 天津市人，現供職于天津職業大學。