基于射频技术的车牌自动识别装置设计

张建明，李爱博，顾城耀，杜成超，孙达松

（徐州工程学院 江苏 徐州 221008）

近年来中国车辆总量在不断增加，出于对车辆的管理需求，车牌的自动识别装置已被广泛的应用到生活中。现如今主要的车牌识别系统很大一部分是利用采集图像信息的方法进行智能分析与识别。由于：1）含有丰富的自然背景及车身背景信息，同时易受照明、天气条件及运动失真和模糊的影响；2）在野外环境下使用，车牌会有不同程度的磨损、污迹干扰、变形；3）中国的车牌由汉字、字母、数字组成，多种格式、悬挂位置不唯一。严重的影响了此类识别系统的准确度。此外，这些系统大多比较复杂，装置体积比较庞大，一线的车辆管理人员（如交警）无法方便的携带使用，工作效率较低。

文中研究了一种新型的基于射频技术的车牌自动识别装置，它无需通过图像信息的采集进行识别[1]。因此，不会因为光线、天气、磨损等外部因素影响而产生错误或无法识别等情况，识别的准确度达到100%，而且识别速度快，便于车辆信息的记录、储存与汇总，自动化程度高，特别是该装置的结构简单便于携带，适合户外使用，成本低廉。本装置应用范围广：1）可以用于交警等执法人员对车辆车牌真伪的识别以及处罚、收集并记录信息。2）可以用于收费停车场的管理人员对车辆的收费与管理，同时记录出入车辆的数据信息。3）可以用于企业单位的内部车场的车辆管理，并可识别外来车辆，方便管理人员管理内外车辆记录相关信息。

1 系统的设计

本系统主要有两部分组成，即手持装置与车载装置。车载装置是记录着车辆信息的记忆卡（Mifare卡），而手持装置则是由单片机、射频读写模块、储存模块和通信模块等主要模块组成。

图1所示是基于FM1712的通用射频车牌识别系统的结构框图。 该系统由 MCU （AT89S52）、 键盘、EEPROM、FM1712、LM12864液晶屏（LCD），以及 MAX232通讯和电源转化芯片组成。

MCU负责控制射频读写模块对记忆卡（Mifare卡）的读写操作，再将得到的数据通过LCD显示，用户可根据需要，对得到的数据进行修改，在储存的同时将数据存入EEPROM备份。

MCU与PC机通过MAX232芯片进行通信。使用时，即使PC机与MCU之间无通信或发生异常，MCU也可以独立工作。在与PC机通信恢复之后，MCU还可以将备份在EEPROM中储存的信息传给PC机，以备存储信息。

图1 系统结构框图Fig.1 System block diagram

AT89S52是一款单片封装的微控制器，它采用高性能的处理器结构，其指令执行时间只需2至4个时钟周期[2]。EEPROM采用的FM24C64L是一款以I2C为操作方式的存储芯片[3]。LCD则选择内置HD61202U控制器的点阵式液晶LM12864，因为LM12864是并口操作方式，因此使用起来比较方便[2]。整个系统采用12 V电源供电，再由稳压芯片稳压成 3.6～5 V。

2 系统的工作原理

本系统是基于射频技术开发的便携式车牌自动识别装置 （由车载装置和手持装置构成）。车载装置由一张无源Mifare卡芯片构成，卡中储存了车辆的数据信息。卡被嵌入在车牌之中，每张卡都有一个唯一的32位序列号，该卡无需电源，自带高频天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路[4]。手持装置接近Mifare卡时，首先通过天线传输能量给Mifare卡，然后与Mifare卡通过各自的天线建立二者之间的非接触信息传输通道来读写数据[5]。手持装置中的射频模块将读出的车辆数据传输给MCU控制器，由 MCU对数据进行运算与处理，然后通过LCD显示读取的信息；用户可以根据显示的信息，利用键盘对其进行修改，系统自动会将修改的信息储入EEPROM中；用户还可以通过MAX232通讯芯片与PC机进行连接通讯，将储存的信息上传给PC机，以便做进一步的记录、汇总等处理。自动识别装置的系统工作原理图如图2所示。

图2 系统工作原理Fig.2 System working principle

3 射频模块的硬件电路设计及操作

图3所示是射频读写器的硬件接口电路。MCU与FM1712通过SPI总线连接进行通信。本系统采用中断（INT1）工作模式，即MCU利用FM1712提供的中断信息对其进行控制。应该注意的是FM1712复位后必须进行一次初始化程序来设定SPI接口模式，与此同时进行MCU和FM1712的启动工作。此外，根据系统的需要，也可以采用查询方式对FM1712进行操作[5]。

FM1712内部有8个寄存器页，每页有8个寄存器，每个寄存器有8位数据。 这些寄存器是统一编址的 （从0x00到0x3F），MCU通过 SPI接口与 FM1712通信对寄存器进行设置。如果MCU让FM1712执行某个命令，就可以把此命令的代码写入寄存器。必须注意的是，MCU对Mifare卡的操作不是简单的一条指令所能完成的，其中必须有对FM1712内部硬件寄存器的设置[6]。以下是射频模块对Mifare卡的操作流程：

图3 射频模块的电路Fig.3 RF module circuit

初始化各硬件寄存器→发送request std或request all命令→调用防冲突子程序 →调用选择卡片子程序→调用认证子程序→读写操作→判断是否还有未处理完的卡片→继续读取[3]。

4 系统的软件设计

系统识别车牌的过程是由读取信息、处理数据和执行识别操作等过程组成。实现本系统的关键是利用单片机控制射频读写模块得到车辆的数据信息。自动识别系统的程序流程图如4所示。

如图4所示，首先对装置进行初始化操作，启动手持装置。然后，选择所需要的操作按键，包括射频读写按键、记忆存储按键和通讯按键3种操作。对应的作用为：射频读写按键，作用是实现对记忆卡进行相应的读写信息的操作和识别功能；记忆存储按键，作用是实现对读取的车牌信息进行修改与存储操作功能；通讯按键，作用是实现与PC机的联机与通讯功能，将数据传输给PC机。

5 结束语

图4 系统的程序流程图Fig.4 Flow chart of system program

文中研究设计的基于射频技术的车牌自动识别装置具有如下特点：1）能够准确识别车牌、具备修改和记忆储存车牌信息的功能及与PC机联机通讯功能；2）本装置可以读取多种类型的Mifare卡的数据信息，目的是为了扩大适用范围和功能；3）本装置不仅适合于交警外出执勤，携带方便，而且适合对车辆进行识别管理的停车场管理员使用。4）结构简单，操作方便、便于携带，成本低廉等。该系统对促进国内车牌自动识别装置的研发具有积极的意义，有一定的应用价值。

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