基于無(wú)線射頻識(shí)別的車位鎖

王復(fù)國(guó) 馮偉偉 曹文軍 殷效先 趙鶴逸

摘要：本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線射頻識(shí)別的車位鎖裝置，通過(guò)無(wú)線射頻（RFID）技術(shù)進(jìn)行車輛遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別。該裝置以STC89C51RC單片機(jī)作為控制核心，采用NRF24L01射頻芯片和有源電子標(biāo)簽交互射頻信號(hào)，對(duì)車位鎖系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，并且可與無(wú)線射頻門禁系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車位地智能管理。

關(guān)鍵詞：車位鎖；無(wú)線射頻識(shí)別；智能控制；物聯(lián)網(wǎng)

Abstract：This project designs a kind of car location locking device based on radio frequency identification（RFID），and uses radio frequency（RFID）technology to identify vehicles at long distance automatically. The device uses STC89C51RC single chip microcomputer as the control core，uses NRF24L01 radio frequency chip and active electronic tag interactive radio frequency signal to carry out intelligent control of parking lot locking system，and can be combined with radio frequency access control system to achieve intelligent parking place management.

Key words：Parking lock；Radio frequency identification；intelligent control；Internet of things

引言

隨著家用汽車的普及，停車位的需求逐漸增大，車主自用車位被占用的情況頻繁發(fā)生。為方便車主快捷泊車，也便于有效地利用停車位，減少泊車糾紛，車位鎖應(yīng)運(yùn)而生[1]。目前市場(chǎng)上有手動(dòng)車位鎖和遙控車位鎖兩種，手動(dòng)車位鎖為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，不方便使用；遙控車位鎖相對(duì)方便，但需要供電電路，若使用電池供電，3個(gè)月就必須再充電，而且遙控車位鎖價(jià)格高，沒(méi)有得到普及。本項(xiàng)目提出的基于無(wú)線射頻識(shí)別的車位鎖，利用無(wú)線射頻（RFID）技術(shù)進(jìn)行智能識(shí)別，避免了手動(dòng)和遙控車位鎖工作時(shí)的不便，節(jié)能高效。

方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大部分。硬件部分包括車載模塊、機(jī)械裝置、開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器、閱讀器、單片機(jī)、液晶顯示屏和鋰電池等。軟件部分包括射頻芯片和單片機(jī)。

硬件設(shè)計(jì)

硬件部分分為四大模塊：車載模塊、機(jī)械模塊、控制和顯示模塊以及電源模塊。

車載模塊 車載單元負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的發(fā)送，由無(wú)線射頻發(fā)射模塊，鋰電池和鋰電池?cái)?shù)顯模塊組成。射頻發(fā)射模塊為NRF24L01射頻芯片和電路組成的射頻標(biāo)簽，以聚合物鋰電池作為車載單元的電源，標(biāo)稱電壓：3.7v，滿電電壓：4.2v 容量：6000mah。

機(jī)械模塊 機(jī)械模塊包括底板，翻轉(zhuǎn)臂，固定桿，翻轉(zhuǎn)臂托，金屬罩。底板用來(lái)放置和固定各個(gè)電子模塊，支撐翻轉(zhuǎn)臂，通過(guò)膨脹螺絲固定在地面。翻轉(zhuǎn)臂是由三根鋼管和接頭拼接成的U型管架。固定桿連接在翻轉(zhuǎn)臂上，用來(lái)加固翻轉(zhuǎn)臂，使它不發(fā)生形變。翻轉(zhuǎn)臂托用來(lái)支撐落下的翻轉(zhuǎn)臂。金屬罩保護(hù)電子模塊和電路，同時(shí)起到防水和防壓的作用。

控制和顯示模塊

用舵機(jī)執(zhí)行控制指令，其工作原理是：由閱讀器發(fā)出信號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪將動(dòng)力傳至翻轉(zhuǎn)臂，同時(shí)由工作時(shí)間，轉(zhuǎn)速和角度控制翻轉(zhuǎn)臂位置。

通過(guò)LM2596S開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器管理集成電路，輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。該器件只需4個(gè)外接元件，極大地簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。

NRF24L01是新型射頻收發(fā)器件，工作在ISM頻段：2.4～2.524GHz。且內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能，并融合增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)。NRF24L01 無(wú)線收發(fā)模塊接口連接采用標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式，方便與處理器系統(tǒng)硬件連接[2]。與目前的藍(lán)牙技術(shù)相比，在提供更高速率的同時(shí)功耗更小。

STC89C51單片機(jī)是8位單片機(jī)處理芯片。該單片機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便，能夠反復(fù)寫入或擦除程序達(dá)幾萬(wàn)次[3]。具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，速度更快。

顯示模塊采用LCD12864液晶屏，其顯示分辨率為128×64，利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，顯示車位鎖工作狀態(tài)和電量。

電源模塊 采用12V2800mah，18650電芯鋰電池，試用標(biāo)稱300w以內(nèi)，持續(xù)工作電流小于24A，瞬間啟動(dòng)電流小于48A的電路。

軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)程序 單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)翻轉(zhuǎn)臂的升起和降落，程序功能包括舵機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，角度控制和定時(shí)器啟用。

NRF24L01射頻芯片程序 射頻芯片用來(lái)發(fā)射和接收信號(hào)，它將接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波調(diào)解，譯碼還原后再與相關(guān)信息進(jìn)行匹配，用來(lái)確定接收到的編碼信息是否與本車位鎖相匹配，如果信息匹配，執(zhí)行相關(guān)程序。

工作流程

當(dāng)車輛距離停車位較遠(yuǎn)時(shí)，電子標(biāo)簽在閱讀器工作范圍之外，整個(gè)電路處于休眠狀態(tài)，保持較低的功耗[4]。當(dāng)車輛駛近停車位（10米）時(shí)，閱讀器收到車輛攜帶的電子標(biāo)簽發(fā)回的射頻信號(hào)對(duì)接收到的反饋信息解調(diào)，解碼。判斷該車輛是否為車位的擁有者。配比成功，單片機(jī)發(fā)送命令信息，開啟舵機(jī)，自動(dòng)降落車位鎖翻轉(zhuǎn)臂，停車完成。當(dāng)車輛駛出車位時(shí)，超出閱讀器的工作范圍，智能車位鎖感應(yīng)不到車載單元發(fā)回的信號(hào)，啟動(dòng)定時(shí)器延時(shí)15S，定時(shí)器超時(shí)后，車位鎖自動(dòng)升起，開始保護(hù)車位，等待車輛下次?？?。

性能分析

本裝置采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，避免了傳統(tǒng)機(jī)械式車位鎖需要車主下車手動(dòng)開鎖的弊端，實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)化，可以結(jié)合無(wú)線射頻識(shí)別門禁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛管理的一體化。

車輛每天進(jìn)出停車兩次，車輛在位八小時(shí)，不在位十六小時(shí)，停車桿上升時(shí)電流約為750mA，上升時(shí)間約為6s，在停車桿下降時(shí)電流約為10mA，下降時(shí)間約為3s，車位鎖一天內(nèi)的功耗約為：7.2642mah，正常使用可滿足1年以上的使用壽命要求。

該車位鎖采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，安全可靠；由單片機(jī)控制，抗干擾能力強(qiáng)；舵機(jī)和控制電路功耗較低；機(jī)械裝置靈活、穩(wěn)定。適用于家庭，也適用于各醫(yī)院、政府機(jī)構(gòu)和學(xué)校等公共單位，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 翟永杰，李冰，伍洋. 基于RFID技術(shù)的感應(yīng)式汽車車位鎖設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015，（3）：111.

[2] 劉振江.基于NRF24L01的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山西科技，2016，（6）：105.

[3] 陳慧琴.基于STC89C51單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)術(shù)，2016，（18），187.

[4] 李偉，門佳，魯華棟.基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的住宅區(qū)智能車位鎖設(shè)計(jì)[J].溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，（4）：52.

資助項(xiàng)目：

國(guó)家自然聯(lián)合基金（U1731121）；國(guó)家自然基金（41401384）