基于UHF RFID技术的小区车辆门禁系统设计*

赵　彦　张　刚

(1.云南省高速公路联网管理中心　昆明　650000)(2.昆明理工大学机电工程学院　昆明　650500)



基于UHF RFID技术的小区车辆门禁系统设计*

赵彦1张刚2

(1.云南省高速公路联网管理中心昆明650000)(2.昆明理工大学机电工程学院昆明650500)

摘要传统的住宅小区对进出车辆的管理模式,大部分都是门卫的人工操作,既费时又费力,可靠性和准确度也达不到要求,小区的安全性得不到有力的保证。针对这一棘手问题,提出了基于UHF RFID技术的小区车辆门禁系统,在物联网理论的基础上,通过对进出车辆设定电子标签,把读写器和计算机网络相结合,实现了车辆标签牌照的自动识别。该模式具有快速、高效的特点,科学有效地对小区内的车辆进行管理,减轻了管理人员的负担,方便了居民的日常生活。

关键词物联网; RFID; 智能识别; 门禁系统

Design of District Vehicle Access Control System Based on UHF RFID Technology

ZHAO Yan1ZHANG Gang2

(1. Yunnan Provincial Expressway Network Management Center, Kunming650000)

(2. Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming650500)

AbstractVehicle management mode in traditional residential quarters mostly rely on guards, both time-consuming and laborious, reliability and accuracy are also not meeting the requirements, the district’s security is without strong assurance. To solve this thorny problem, a district vehicle access control system is designed based on UHF RFID technology, on the basis of the Internet of Things, and by setting the electronic tag on vehicles, then the reader is combined to the computer network to achieve the automatic recognition of vehicle license. The model has a fast and efficient characteristics, scientific and effective way to manage the vehicle within the cell, the burden on the management staff is reduced, the lives of residents are facilitated.

Key Wordsinternet of things, RFID, recognition and detection, access control system

Class NumberTP391.4

1引言

如今,汽车已成为家家户户的生活必需品,但随着汽车数量的增多,也带来一些不稳定的因素,在一定程度上影响着居民的生活。在传统的住宅小区内,对于进出车辆的检查,基本上都是人工操作,浪费时间,效率低下。物联网的出现,带来了智能化的车辆管理系统,确保了小区的安全,实现了住宅区车辆管理的自动化、智能化。

物联网[1](The Internet of Things)于2005年,在世界峰会上提出,被当作是计算机、互联网之后,又一大新型产业的浪潮。物联网[2]就是应用射频识别技术(RFID)、红外感应、传感设备,依据设定的约束条件,将事物与网络进行结合,进行信息间的交流,从而达到对事物进行识别、定位、追踪、监管的网络目的[3]。物联网是以计算机Internet为基础,采用射频识别(RFID)、无线数据等理论与技术,实现物品的自动识别、相互间信息的沟通,不需人的指挥,物品就可以彼此进行“交流”。随着物联网技术的深入发展,物联网即将成为IT业的支柱,并上升为国家战略[4]。射频识别技术(RFID)是物联网的核心技术,RFID技术利用射频信号进行信息的无接触传递,获取物品的相关数据进行自动识别。

图1　物联网模式

本小区车辆的门禁系统是结合了物联网RFID技术相关知识与计算机管理识别技术设计而成,通过远距离的射频技术感应到车辆的数据信息,并及时做出正确识别判断,防止小区门口车辆堵塞及车辆丢失情况的发生,同时也改善了现代小区车辆的管理模式。

2RFID系统

大部分RFID系统[5]是由电子标签(Tag)、读写器和系统高层等组成,是一种非接触的自动识别系统。通过电子标签对特定目标标记,对无线电和读写器交换数据,通过读写器将主机命令传递给电子标签,同时将电子标签数据返回到主机,最终实现数据的存储和使用。RFID技术的车辆门禁系统就是通过阅读器对电子标签数据进行采集与传输,在主机相关系统的帮助下,进行车辆的识别。

图2　RFID系统的基本构成

2.1电子标签

电子标签(Tag)又名射频标签、应答器,是射频系统的核心设备。射频识别采用电子产品编码[6](EPC)对物体进行标记,其容量非常大。制造商依据EPC Global标准[7]进行物品标记Tag,Tag依附在未识别的物体上,都有自己唯一的电子编码,存储对应的物体的信息,物体通过EPC序列号[8]进行识别判断。EPC被认为将取代条码编码,广泛应用于交通、工商业、物流等领域。

电子标签也被认为是个特殊的收发信机,采用电磁波技术和读写器进行信息的交流。电子标签具有一定的存储容量,维持识别物体信息的完整性,确定使用年限,对信号进行解调、解码,收集发射的电磁波等一系列功能。

电子标签的制作是RFID技术的核心部分,RFID技术的小区门禁系统的电子标签包括车主、身份证、车牌号、电子标签号、住址等信息。通过识别电子标签的信息与已存储数据信息的比对,即可判断车辆的来源信息。

图3　小区门禁系统的电子标签

2.2读写器

读写器[9]也叫阅读器,是读写Tag内存数据的元件。读写器通过天线与电子标签进行无线通信,对数据进行读写,另一端与网络连接,最终实现数据信息间的存储、管理,是电子标签与网络的接连通道。

图4　读写器的基本组成

读写器基本都是由射频模块、控制模块、天线等组成。控制处理模块包括基带信号处理和智能模块,有时天线不在读写器中,是一个单独的分部。本系统采用UHF高频读写器,在车辆到达小区门口的数米之内,即可读取车辆中电子标签的相关信息,并传输到系统层,进行数据分析反馈,有效地避免了上下班高峰期时小区门口车辆的交通堵塞。

2.3系统高层

对于简单的系统应用来说,读写器能够独立完成设计,但对于多个读写器的复杂系统,系统高层发挥了重要的作用,它将读写器中车辆的数据整合,进行搜索、整理、数据交流。本小区车辆门禁系统高层主要是控制系统处理器和PC机中车辆识别的上位机系统。

3门禁系统总体设计

此智能化车辆管理系统主要由RFID智能牌照,阅读器,道闸,警报器,计算机软件数据系统构成。基于RFID技术的车牌识别系统的工作原理是首先将已注册的带有芯片的电子标签植入到小区户主的车牌内,电子标签中覆盖了户主的全部信息(姓名、车牌号、身份证号)。当车辆进入小区控制系统的读写器的识别范围内,读写器记录车牌信息,传递给计算机的控制系统。通过计算机的的软件系统检测车辆信息,若此车辆属于小区户主,则开闸允许通行,若车辆是外来车辆,发出警告声音,门卫人员对车辆进行详细检查,确保小区安全。

图5　小区门禁系统工作流程图

3.1硬件系统

采用96位EPC Class 2 Gen 2标签,Mifare芯片采用M1fare one IC S50,容量为32KB的EEPROM,16扇区,工作温度为-20℃~50℃,工作频率为900MHZ,通信速率为2Mbit/s。

采用固定式高频读写器,Philips公司的MF RC500芯片,频率为900MHZ,支持ISO/IEC 14443A信号,SR-485并行接口,支持快速CRYPTOI加密算法。RF输出功率为0.8W,读写距离10m~15m。天线采用环形线圈高频长波优质天线,直径5cm,线圈100圈,电感值3.25 H。

3.2软件系统

系统高层采用WIN7,32bits,Core-I3 2.1Ghz CPU,显卡DDR3,1G内存1T硬盘,标准LED显示器,Visual Studio C#开发环境,Microsoft SQL Server数据库。

图6　小区车辆门禁系统的登陆界面

3.3工作流程

当车辆进入小区时,车辆经感应器发出信号给PC机,打开RFID读取标签信息。若采集到的数据符合数据库已记录信息,自动打开闸道放行,同时记录通过车辆情况信息。若无数据库记录信息(外来车辆),RFID读取不到车辆信息,发出警笛声,由工作人员前来应变处理。若为社会安全车辆发卡放行,非法车辆报警处理。

图7　小区车辆进入的工作流程

图8　小区车辆驶出的工作流程

当车辆驶离小区时,PC机也是通过感应器进行数据信号的采集,读取车辆RFID标签信息。若信息与数据库比对吻合且为小区车辆,那么自动开闸放行;若为临时外来车辆,收卡放行。若无RFID标签信息,工作人员应查看是否标签损坏或者为非法车辆,并作出相应处理。

本UHFRFID的小区车辆门禁系统具有下面几大优点[10]:

1) 远距离:阅读有效距离可以达到10m,避免了人工刷卡及车辆指定区域停车造成的小区门口拥堵现象的发生。

2) 运行稳定:有源卡读写稳定,排除某些车辆设置的屏蔽器件,环境因素影响甚小。

3) 全方位高速读取:标识卡读取速度快,最高可达3km/min。

4) 高可靠性:在-30℃~80℃内环境温度能够正常运行,排除了大气中的颗粒污染物的干扰。

5) 高抗干扰:对干扰源没有特定限制,安装简单快捷。

6) 超低功耗:使用时间长,价格低,对人体没有辐射作用。

4结语

基于UHFRFID的小区车辆门禁系统,采用UHF高频阅读器,识别距离远,速度快,是一种高效、快捷的科学车辆管理系统,满足现代车辆管理智能化、自动化的需求。本系统为小区工作人员提供了实时检测识别车辆信息的方法,操作简单,方便快捷,减轻了工作人员的负担,同时也方便了居民小区生活。系统功能全面,运行稳定,市场前景广阔。

参 考 文 献

[1] International Telecommunication Union UIT. ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things[R]. Tunisia,2005.

[2] Konstantinos Domdouzis, Bimal Kumar, Chimay Anumba. Radio-Frequency Identification(RFID) applications: A brief introduction[J]. Advance-d Engineering Informatics,2007(21):350-355.

[3] 陈新.物联网中的RFID技术及物联网的构建[J].电脑知识与技术,2015(1):35-38.

CHEN Xin. RFID technology and the constructio-n of the Internet of things in the Internet of thi-ngs[J]. Computer Knowledge and Technology,2015(1):35-38.

[4] 滕飞.RFID技术在部队营区管理系统中的应用研究[D].兰州:兰州交通大学,2014.

TENG Fei. Study on the application of RFID technology in military barracks of management system[D]. Lanzhou: Lanzhou Jiaotong University,2014.

[5] K. Finkenzeller. RFID Handbook: Fundamentals and applications in contactless smart cards and Identification[D]. Wiley, Chichester. England,2003.

[6] EPCglobal. EPCglobal Tag Data Standards Version 13[S]. EPCglobal Ratified Standard, March 2006. http://www.epcglobalinc.org/standards/tds/tds_1_3-standard-20060308.pdf.

[7] EPCglobal. Reader Management 1.0.1[S]. EPCglo-bal Ratified Standard, May 2007. http://www.ep-cglobalinc.org/standards/rm/rm_1_0_1-standard-20070531.pdf.

[8] EPCglobal. Architecture framework final version[S]. http://www.epc-globalinc.org/standards/archite-cture/architecture10-framework-20050701.pdf.

[9] 戴彩艳.13.56MHz RFID读写器天线的研究与设计[D].福州:福建师范大学,2013.

DAI Caiyan. Research and design of 13.56MHz RFID reader antenna[D]. Fuzhou: Fujian Normal University,2013.

[10] 郭云峰.基于射频识别技术的小区车辆管理系统设计[D].包头:内蒙古科技大学,2012.

DAI Yunfeng. Design of residential vehicle management system based on radio frequency identification technology[D]. Baotou: Inner Mongolia University of Science and Technology,2012.

中图分类号TP391.4

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.02.045

作者简介:赵彦,男,副高级工程师,研究方向:交通机电及联网收费。张刚,男,硕士,工程师,研究方向:计算机软件工程及信息化工程技术研究。

*收稿日期:2015年8月3日,修回日期:2015年9月15日