物联网RFID智能车辆管理系统在实训项目中的应用

天津职业大学电子信息学院 邢朝明

物联网RFID智能车辆管理系统在实训项目中的应用

天津职业大学电子信息学院 邢朝明

物联网RFID智能车辆管理系统是我校重点专业投资新开发的实训项目，是电子专业、嵌入式专业、通信专业的专业基础课。学生通过物联网智能车辆管理系统的实训,不仅可以感受物联网在智能车辆管理系统中的实际应用，还可以快速的学习RFID 技术、嵌入式系统开发、远程监控管理、扩展网络控制、图像处理等热门知识。对于学生毕业后从事该领域工作将打下良好的基础。

停车场传统的管理模式存在的问题：随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，私家车辆也越来越多。在传统的停车场管理中，管理员要逐个发停车牌并记录，一旦车流量比较大的时候，这样繁琐的程序就要花费很长时间，并且还会造成车辆排队等候现象。对于小区或单位的停车场来说，虽然可以不发停车牌，但是当有外来车辆进入时，管理员査询起来比较烦琐，很难辨别进来的车辆是否为外来车辆。还有当车辆进出停车场时，管理员通过手动控制入口和出口的道闸，大大增加了进出的时间。

1.物联网RFID智能车辆管理系统简介

为了解决停车场传统管理模式存在的问题，智能车辆管理系统应具备以下主要功能：高效记录车辆进出信息；快速准确査询记录；査询停车场车位信息等等，同时使学生学会将物联网知识与实际应用案例相结合，为学生进一步学习和应用物联网技术打下良好的基础。

本智能车辆管理系统采用了 RFID、嵌入式等技术。选用了目前市面上最热 门的ARM Cortex-M3核芯片STM32F103系列作为主控芯片，实现了红外传感器信息釆集、RFID读写器控制、门闸舵机控制等功能，使得学生在物联网相关知识学习的同时，又能够学习CM3核芯片的基础开发及应用，该系统作为物联网应用教学的一个演示平台，可以让学生切实感受物联网技术在真实生活中的应用，并通过对该平台的学习快速掌握嵌入式开发、RFID读写，系统应用架构的设计等技术，便于以后完成物联网相关技术的深层次开发。

物联网智能车辆管理系统分以下几部分：

a、小区入口监测控制

b、小区出口监测控制

c、RFID卡智能小车

d、小区地图

1.1小区入口监测控制

物联网RFID智能车辆管理系统的小区入口检测部分，通过STM32H03 主控板实现对红外接近传感器检测、RFID卡信息读取、自动门闸控制等功能。当车辆处于RFID检测区时，入口读卡器读取卡片信息，分析处理此信息，与数据库中的信息进行对比，如果发现非本小区卡，则禁止进入；如果是本小区卡，则进行标记，并记录车辆进入小区时间，开启自动门闸放行，实时更新车位信息。入口监测控制部分通过红外接近传感器探测车辆。

1.2小区出口监测控制

物联网RFID智能车辆管理系统的小区出口检测部分与入口部分功能相似，也是通过STM32F103主控板实现对车辆红外接近传感器检测、RFID标签信息读取、完成停车收费、自动门闸控制等功能。当车辆处于RFID检测区时，读卡器读取信息，根据车辆进入小区时间和出口时间，计算停车费用并在用户停车卡中扣除相关停车费用，开启自动门闸放行，并实时更新车位信息给入口控制器。

1.3智能小车

演示用智能小车采用双51单片机架构，USB接口下载程序，LCD1602 液晶显示，方便学生开发。板载4路红外传感器、1个超声波传感器，可完成自动循迹、红外避障、超声波测距等功能。在本系统中，小车沿布好的黑色小区跑道行走，待走到自动门闸横杆前方时，通过超声波测距反馈的数据, P车辆自动停止。待横杆放行后车辆继续前进。

作为RFID车辆收费管理系统的小车，还需装有rfID卡，以实现相关收费功能。

1.4小区地图

该小区地图是参照现实中的小区实况，通过比例缩小绘制制成的。地图中标有小区入口和出口，跑道采用1.5cm黑色电工胶布粘贴在地图上，方便学生根据需求搭建模型。

2.物联网RFID智能车辆管理系统硬件框图

物联网RFID智能车辆管理系统硬件框图如下图所示，其主要由入口检测控制、出口检测控制以及嵌入式远程控制中心三部分组成。其中入口和出口控制部分是由STM32控制板完成。嵌入式远程控制采用ARM11 S3C6410 作为控制核心。

图1　物联网RFID小区车辆管理系统功能模块说明

物联网RFID小区车辆管理系统功能模块说明图

2.1嵌入式网关

核心板： S3C6410 2G Nandflash 256M DDR内存

摄像头： USB摄像头

TFT： 4.3寸TFT触摸液晶屏

2.2出入口检测

核心板： STM32F103RBT6

车辆检测传感器：红外接近传感器

门闸舵机：90。控制

LCD：128*64点阵液晶

2.3RFID读写器

读卡电流：5V/54mA；

采用PHILIPS高度集成读卡芯片MFRC522及其兼容芯片；

符合ISO14443 TYPE A/MIFARE 标准；

支持Mifere one S50，S70及其兼容卡片；

简单的命令集可完成对卡片的全部操作；

通用协议：UART，适用于PC机或8位UART的单片机，默认波特率9600bps；

读写距离：20-80mm；

串口波特率：9600；

2.4小区入口检测控制

入口车辆检测部分是由STM32F103核心板作为控制核心，完成道闸的自动开启和关闭，读取ID卡号，给ID卡内写入当前进入的时间，LCD显示实时时间，通过异步UART和出口检测中心进行通信。

将自动门闸舵机连接线接至舵机控制盒“舵机端”（橙色：信号；红色：V+；棕色：V-），将舵机控制盒“控制端”接入口检测控制盒，用专配的RJ45串口线连接入口与出口的RJ45口，分别接通舵机控制盒和入口检测控制盒的DC5V电源。

入口检测控制盒上的红色LED为电源指示灯，三色LED为工作状态指示灯，4个按键为预留按键，留给学生二次开发使用。

2.5小区出口检测控制

出口检测部分也是由STM32F103核心板作为控制核心，完成道闸的自动开启和关闭，读取ID卡号，给ID卡内写入当前出口的时间、LCD显示实时时间，消费金额和余额，通过异步UART和入口检测中心进行通信。

连接方式同入口检测。

2.6智能小车

智能小车能够完成循迹，红外避障，超声波测距等功能。在本系统，智能小车作为载体，主要完成模拟现实中的汽车，上面带有RFID卡，实现自动缴费等功能。

3.物联网RFID智能车辆管理系统的实际应用

3.1模拟系统转接板

该转接板主要是方便各个传感器供电而设计的，供电模块主要有5处，均为5V供电，分别是传感器、红外接近传感器、舵机、RFID、UART模组、Zigbee模块、NRF2401模块等，在转接板上将I/O口全部引出，方便用户二次开发，其次通过跳线可以IO口的连接。

图2　模拟系统转接板图

3.2自动门闸控制

本系统自动门闸的模拟使用舵机控制。

控制舵机的信号为20ms周期的PWM波，使用STM32F103芯片的TIM1的PWM模式实现，不同占空比分别对应不同角度

3.3RFID读写器

RFID读写器通过UART串口和单片机之间进行数据的交换，电子标签离读写器的距离约为6cm左右。

RFID和串口通信时波特率设置为9600Hz，没有奇偶校验位。

3.4接口说明

模块　STM32F103RBT6　网络　说明实时时钟　PC9　SCLK_DS1302　DS1302时钟PA8　DATA_DS1302　DS1302数据舵机　PA11　MOTOR_CTRL　舵机控制信号车辆检测　PB13　IR_SENSOR1　红外接近传感器信号1 PB12　IR_SENSOR2　红外接近传感器信号2 RFID读写　PA9　T1_IN　13.56MHzRFID通信TXD PA10　R1_OUT　13.56MHzRFID通信RXD嵌入式网关通信PA2　T2_IN　嵌入式网关通信TXD PA3　R2_OUT　嵌入式网关通信RXD小区出入口通信PB10　T3_IN　小区出入口TXD PB11　R3_OUT　小区出入口RXD

4.物联网RFID智能车辆管理系统实训项目

4.1智能小车壁障实训

根据提供的智能小车接口参数等，实现51单片机编程，完成超声波测距和壁障功能。

4.2智能小车循迹实训

根据提供的智能小车红外感应器，实现51单片机编程，完成小测循迹自动运行功能。

4.3门闸控制实训

详细了解舵机运行原理，实现单片机控制舵机运行，模拟小区车辆管理系统中的门闸功能。

4.4基于STM32处理的RFID读写实训

根据提供的RFID读写协议，在模拟系统转接板上实现STM32与RFID读写器的通信，完成读写功能。

4.5STM32核心系统开发实训

详细了解STM32处理器架构，完成小区车辆管理系统中出入口检测拓扑结构设计，以及对应的相关外设的驱动，入LCD、RTC实时时钟、RFID串口通信、红外感应器驱动、计费状态机实现等。

5.结束语

通过以上实训项目，使学生学会将物联网知识与实际应用案例相结合，同时掌握了物联网RFID智能车辆管理系统技术，为学生进一步学习和应用物联网技术打下良好的基础。通过实训中多种手段的综合运用，使学生逐步学会上网查询、仪器使用、查找资料、使用仪器手册、实验调试、实验数据处理、包括编制实验教学课件、实验软件工具，以及硬件实验的软件化和智能化等基本技能。

[1]物联网教学开发实验平台.

[2]物联网智能家居系统实验指导书.

邢朝明（1959-）， 天津市人，现供职于天津职业大学。