物聯網RFID車輛自動識別系統設計

鄭州航空工業管理學院電子通信工程學院 王超梁 周 鵬

物聯網RFID車輛自動識別系統設計

鄭州航空工業管理學院電子通信工程學院 王超梁 周 鵬

物聯網RFID自動識別技術，具有遠距離識別、可存儲攜帶信息、快速讀取等特點，被廣泛應用在智能交通等方面。采用MFRC522射頻標簽記錄車輛信息，并使用STC89C52單片機作為主控芯片實現車輛的自動識別，然后把車輛信息通過LCD12864液晶顯示屏顯示，實驗表明：該系統具有硬件結構簡單，識別速度快、準確率高等特點。

物聯網；RFID；射頻模塊；STC89C52；車輛識別

1.引言

射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的依靠空間電磁感應進行雙向通信的自動識別技術，通過射頻信號實現電子標簽和閱讀器之間的信息交互，無須人工干預，適應于各種惡劣環境，被廣泛應用物流、交通等領域。傳統的停車以及收費問題都是由人工來實現，經常會發生排隊等候造成擁堵的現象，不僅增加了工作人員的工作強度，更是浪費了雙方寶貴的時間，解決并改進車輛自動識別、停車以及收費等問題顯得十分重要。

本文設計的物聯網RFID車輛自動識別系統，具有硬件設施簡單，智能化程度高，識別速度快，準確率高等優點，適用于停車場、小區、高速公路等需要進行車輛自動識別和管理的場合。

2.物聯網RFID車輛自動識別系統硬件設計

本設計采用STC89C52單片機作為微控制器，系統的組成主要包括射頻模塊、微處理器模塊、LCD顯示模塊、串口通訊模塊。

2.1 射頻讀卡模塊

該模塊主要有電子標簽（M1卡），閱讀器，天線（線圈）組成。當電子標簽靠近讀寫器后，讀寫器微控制器向讀寫器芯片MCM200發送指令；讀寫器芯片執行后將其轉化為射頻信號發送給電子標簽（M1卡）；電子標簽接受指令后完成處理，MCM200接收并將其信號轉換為數字信號發送給MCU，讀寫器與電子標簽完成了一次完整通信過程的數據傳輸。讀寫器MFRC522電路原理圖如圖1所示。

圖1 讀寫器MFRC522電路原理圖

2.2 微控制器模塊

STC89C52是STC公司生產的一種微控制器，它具有低功耗，高性能的優點。它采用經典內核結構，指令代碼完全兼容8051單片機，而且比8051單片機具備更多的功能。該單片機硬件結構如下：512字節RAM，32位輸入/輸出口線（P0、P1、P2、P3），4KBEEPROM，8K字節Flash，3個16位定時器/計時器（T0、T1、T2），全雙工串行口。

（1）工作電壓：5.5V～3.3V；

（2）工作頻率范圍：0～40MHz；

（3）工作溫度范圍：-40～+85℃；

（4）可通過串口（RXD/P3.0、TXD/P3.1）直接下載程序；

（5）P0口8位管腳是雙向I/O口；

（6）P1口同P0口，但是P1口有復用功能，P2和P3口同P0口，還有其他的一些復用功能，如表1所示。

表1 P1口管腳復用功能

2.3 LCD顯示模塊

本設計所采用的液晶顯示模塊為LCD12864。內有8192個漢字點陣，VDD接3.0V電壓，藍品白字，功耗相較于普通的LCD是非常低，該模塊的電路原理如圖2所示。

圖2 LCD12864電路原理圖

2.4 串口通信模塊

UART作為通用的雙向通信串行數據總線，不僅可以實現全雙工傳輸接收，還可提供RS-232數據終端設備接口。本系統中計算機使用STC-ISP軟件通過RS-232選擇單片機型號和串口號可以直接下載到單片機，不僅可以作為串行通信接口，也可作為數據下載線。電路原理如圖3所示。

圖3 串口電路原理圖

3.系統軟件部分設計

3.1 車輛自動識別模塊設計

為保證系統正常工作，在讀卡之前需要對系統進行初始化，然后開始讀卡，如果車輛所使用的電子標簽有效，啟動定時器，作用時間大概10秒，讀取卡的信息，系統會發出“滴”的提示音，在LCD屏上顯示所使用卡的車輛信息，模塊工作流程如圖4所示。

圖4 車輛識別系統流程圖

3.2 LCD顯示模塊設計

LCD顯示模塊工作開始之后需要進行初始化，通過對程序的編譯來設置顯示屏顯示信息的位置及內容，單片機上電之后，屏幕首先會顯示開機界面，當閱讀器讀取到正確的電子標簽信息之后則會顯示讀取到的車輛信息，LCD顯示流程如圖5所示。

圖5 LCD顯示流程圖

圖6 閱讀器工作流程圖

3.3 閱讀器工作模塊設計

讀寫器工作開始，進行初始化，之后開始識別是否有標簽在可讀取的范圍內，如果讀取到射頻卡，為防止無線傳輸發生錯誤則進行防碰撞處理，然后驗證卡片信息，讀取卡片內容，顯示其讀取的內容。讀寫器的整個工作流程如圖6所示。

4.系統的調試與制作

RFID車輛自動識別系統上電之后顯示屏會顯示開機界面，液晶屏上會顯示使用地點以及主控芯片，并會提示“請您刷卡上車”等字樣。如果系統識別到標簽信息，在發出提示音之后會在液晶屏上顯示卡號、車牌、消費、余額等信息，如圖7所示。

圖7 液晶屏顯示開機界面

讀寫器對標簽先進行尋卡操作，識別到標簽之后進行防碰撞處理，而后依次進行選卡、讀寫卡操作。讀寫器對射頻卡完成讀取操作之后液晶屏顯示界面如圖8所示。

圖8 液晶屏顯示閱讀器讀卡界面

5.結論

本設計采用MFRC522射頻標簽記錄車輛信息，并使用STC89C52單片機作為主控芯片實現車輛的自動識別，然后把車輛信息通過LCD12864液晶顯示屏顯示，實驗表明：該系統具有硬件結構簡單，識別速度快、準確率高等特點。

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王超梁【通訊作者】（1985—），河南鹿邑人，碩士研究生，助教，主要研究方向：RFID射頻識別、物聯網通信、無線傳感技術。

周鵬（1968—），河南信陽人，碩士研究生，教授，研究方向：物聯網定位、無線傳感網。

航空科學基金資助項目（2015ZD55005）；鄭州航院青年基金項目（29010014)；鄭州航院教改項目（64010011）。