基于RFID的智能立体停车场管理系统的设计与实现

安旭，许凌云，刘松（南京航空航天大学 理学院，江苏 南京211100）

基于RFID的智能立体停车场管理系统的设计与实现

安旭，许凌云，刘松
（南京航空航天大学 理学院，江苏 南京211100）

针对目前我国城市停车系统工作效率低、管理系统不完善的问题，设计了一种基于射频识别（RFID）技术的智能立体停车场管理系统，该系统基于单片机控制，包括硬件和软件两个子系统。通过模块测试和整体操作，该系统可实现用户车辆的不停车通行管理、停车引导、自动缴费、反向寻车、车位预订、停车场信息对外发布等功能，使停车场智能化，提高了停车效率和服务水平。

射频识别；智能停车；车位管理；单片机

据公安部交管局统计，截止到2015年底，全国机动车保有量已经达到2.79亿辆，机动车驾驶人达到3.27亿人，其中汽车达到1.72亿辆，汽车驾驶人超过2.8亿人。按照国际城市建设经验，停车泊位应达到机动车保有量的1.1至1.2倍，光北京市停车位缺口就在30%-35%。由于公共停车位不足，占用道路停车成为普遍现象，"行车难、停车难"造成的交通拥堵与混乱，正成为社会关注，百姓关心，政府亟需解决的焦点问题[1-4]。

而立体停车场最大的优势就在于其能够充分利用城市空间，被称为城市空间的"节能者"。根据资料统计，传统停车场停50辆车需要1 650平方米，而采用露天电梯塔式立体停车只需50平方米，也就是说，可以达到每1平方米即停放一辆小车，可以有效地缓解停车的压力。立体停车场的管理系统可以协助人们更有效率地停放车辆，立体停车场的进一步推广，有效解决人们停车难的问题。因此，如何在立体停车场的基础上使用新技术便显得尤为必要了，建立在智能停车场管理系统之上[8-15]，将RFID技术应用到现代化立体停车场的管理中[5-7]，可以有效地管理停车场。

1 系统的整体设计

本系统基于单片机控制，主要应用RFID技术，包括硬件和软件两个子系统。系统的整体设计如图1所示。在硬件方面，围绕单片机展开，包括对电子标签读写，语音提示，显示剩余车位，引导停放等功能。在软件方面，采用C语言，解决单片机之间的通讯，单片机与电子标签之间的联系，重点是算法的研究，减少电子标签之间的干扰，提高停车效率；采用C#语言编写上位机程序，对用户的停车时间进行分析，优化处理，以实现立体停车场的智能化。系统软件主要包括以下6个方面功能：

1）不停车通行管理:采用RFID远距离读卡技术，实现了固定用户入出停车场时的不停车管理，节约了用户时间。

2）停车引导:通过分布在停车场内的ZigBee无线传感网络，对停车场内的车位状态进行实时检测，通过引导屏、引导用户快速找到停车位。

3）自动缴费:在数据处理中心通过用户停车卡与银行卡的绑定，实现停车自动扣费功能。

4）车位预定：临时用户通过远程电脑终端或手机APP查询停车场的位置、总车位数、空余车位等有关信息，提前预定停车位。

5）反向寻车：对于大型停车场，通过自助查询终端，通过刷卡，或输入车牌号等信息，可以查询车辆的停车位置，为用户快速找寻车辆提供方便。

6）信息发布：通过停车场外显示屏、网络、手机APP等工具，可以将停车场的位置信息、空余车位数、计费费率等信息向外界发布。

图1 系统的整体设计

2 系统的硬件设计

2.1 RFID技术

2.1.1 RFID卡的动态识别功能

RFID卡可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便，完成识别工作时无需人工干预，适于实现自动化且不易损坏。

2.1.2 RFID卡的新用户注册和充值

上位机控制，对RFID卡进行新用户的注册和充值功能，新用户的注册包括车载卡和用户卡两种。注册是将新用户的信息写到数据库里；充值是将余额和已付金额两个数字相加，生成新的余额。

2.1.3 RFID卡的身份识别功能

RFID实现对用户车辆的三重身份识别，有效降低车辆被盗的风险。第一重：用户刷卡，刷卡信息与数据库的信息进行比对，确认是本停车场注册过的用户之后允许停车，否则进行新用户的注册或者临时用户存车。第二重：用户车辆到达停车场入口的载车板上，载车板上的读卡器将用户车辆的信息发送到上位机，与用户刷卡的信息进行比对，确认是同一用户的车辆之后，载车板将用户车辆载到停车位上，否则，不执行。第三重：用户刷卡取车，载车板接到用户车辆之后，将车辆的信息发送到上位机，与用户刷卡的信息进行比对，确认是同一用户的车辆之后放行，否则，不执行。

2.2 通讯模块

采用一主机多从机树状结构进行数据传输，每个从机都有单独的编号，传输时，主机首先发送地址信息，该地址的从机接收到信息后，向主机返回应答信号，并准备接收即将传输的信息，主机接收到应答信号后，开始信息传送。单片机通讯路径如图2所示。

图2 单片机通讯路径图

为避免导线过长，运动物体的通讯采用蓝牙传送信息：载车板与上位机的通讯使用蓝牙互传信息，小车与控制面板的通讯采用蓝牙互传信息。

2.3 车位检测

基于ZigBee无线传感网络，由协调器，路由器和智能主机组成的车位检测系统，可以向上位机停车场管理系统提供车位状态：错误报警、检测器电压过低报警、检测器工作温度超出范围报警、检测器地磁传感器工作异常报警、检测器无线通信中断报警、智能主机状态异常报警、路由器信号丢失报警。无线网络结构如图3所示。

2.4 语音模块

采用SYN6288语音合成模块，可通过串口对语音内容进行实时修改，实时播报刷卡状态，停车时间，花费金额，剩余金额，以获得更好的用户体验。SYN6288语音芯片电路图如图4所示。

图3 无线结构网络

图4 SYN6288语音芯片电路图

2.5 显示模块

带中文字库的128X64-0402B每屏可显示4行8列共32个16×16点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个16×8点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。12 864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，业界约定俗成的简称。12 864点阵液晶屏显示如图5所示。

采用16×64点阵屏，可同时显示4个汉字，用于剩余车位信息以及即时信息的显示，即时信息由上位机输入，二值化生成，因即时信息传输时数据量过大，为避免影响正常的存取车操作，单独使用一串口进行数据传输。

图5 12864点阵液晶屏显示

2.6 小车模块

用户刷卡存车，控制面板的蓝牙发送信号，小车上的蓝牙接收信号，通过红外循迹传感器，识别标记，按照预先设定的轨迹进行移动，直到到达载车板上。小车模块如图6所示。

2.7 停车场模型

停车场模型包括光电门开关制动，N20电机驱动和主机的信息交换接口3个模块，分别由3个单片机控制。信息传送采用线状传送方式；电机驱动分别控制X，Y，Z 3个方向，Z轴驱动实现电梯升降，X轴运向指定车位，Y轴实现入库操作。

图6 小车模型

3 系统的软件设计

系统软件流程图如图7所示。

图7 系统软件流程图

3.1 上位机

上位机采用C#编写，进行数据卡号的处理和命令发送。命令采用九字节格式，一字节地址位，八字节控制位，完成对数据库的操作，实现新增用户，充值，存取车位安排，点阵屏数据生成、发送，在存车辆信息和存车记录的查看。上位机生成的停车场管理系统界面如图8所示。

3.2 数据库

3.2.1 数据库概况

利用数据库来存储信息，建立“用户信息表”，“车位状态表”，“历史记录表”，用户信息表中存储用户姓名，卡号，余额等信息，存取车操作时以数据库中余额为准，卡中存储的余额信息为辅，防止私自修改余额信息事件的发生。

图8 上位机生成的停车场管理系统界面

3.2.2 数据库优化停车

利用数据库存储的用户信息，通过算法优化，将固定用户（有具体的存车、取车时间）的车辆存放在远离停车场入口的位置；将临时用户的车辆存放在靠近停车场入口的位置。减少器械工作量，节省取车时间。数据库存储用户信息表如图9所示。

图9 数据库存储用户信息

3.3 手机APP预约停车位

手机客户端基于android系统开发，通过TCP/IP协议建立socket连接，上位机作为服务器，监听客户端请求，采用多线程操作，实现用户登陆，信息查询，车位预约，手机端取车，自动缴费，反向寻车和接收停车场信息等功能，客户端和上位机的信息交换采用json格式，包括用户名，车牌号，停车记录等信息。手机APP如图10所示。

4 结束语

将RFID技术应用到现代化立体停车场的管理中，可以有效地管理停车场，具有使车辆进出有序、手续简便、速度快、安全防盗、管理自动化、收费公正合理、应收费用不流失以及减少管理人员等特点。将远距离射频识别系统应用于停车场管理，继承以往磁卡、条形码、接触式IC卡、远距离感性IC卡的所有优点，向零缺陷迈进了一大步，代表当今国际流行的停车场管理系统的最新水平。

图10 手机APP用户登录界面和功能菜单界面

[1]王逸云.我国立体停车场的现状及发展前景综述[J].大科技，2016（2）：299.

[2]刘健，赵莹，曲明哲，等.浅析智能停车场的应用与发展[J].赤子，2014（3）：237.

[3]邱坤林.智能车位引导系统研究[D].长春：吉林大学，2014.

[4]苏晓峰，史启程.基于物联网的城市智能停车系统设计与研究[J].工业控制计算机，2016（1）：69-70.

[5]马跃坤.用于动态车辆识别的高速远距离RFID读写设备研究与实现[D].杭州：浙江工业大学，2010.

[6]熊冬青，冯国军.基于RFID技术的移动支付系统方案[J].通信技术，2012，45（6）：89-91.

[7]张永军，刚红润.RFID无源电子标签技术在车辆出入管理中的应用模式探讨[J].电子世界，2012（15）：25.

[8]叶家顺.关于单片机通讯电路及通讯方法的研究[J].无线互联科技，2011（9）：9.

[9]钱志鸿，刘丹.蓝牙技术数据传输综述[J].通信学报，2012，33（4）：136-142.

[10]董涛，刘进英，蒋苏.基于单片机的智能小车的设计与制作[J].计算机测量与控制，2009，17（2）：380-382.

[11]边起民.汽车停车场升降传动系统结构设计[J].黑龙江科技信息，2014（6）：12.

[12]李常磊，魏文.基于51单片机的停车场自动控制系统设计[J].城市建设理论研究，2012（27）.

[13]王龙，曾飞，袁兵.基于ARM的停车场数据库管理系统设计[J].湘南学院学报，2013，34（5）：20-21.

[14]胡英培.关系数据库的优化设计研究[J].科技资讯，2007（12）：122.

[15]张琦，陈姚节，张昭宗，等.基于局域网的可视化远程操控系统的研究 [J].教育教学论坛，2013 （52）：261-262.

Design of intelligent stereo parking lot management system based on RFID

AN Xu，XU Ling-yun，LIU Song
（College of Science，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211100，China）

Aim at the problem of low efficiency and incomplete management system in city parking system in our country today，a new intelligent multistory city parking system based on Radio frequency identification（RFID）technology is designed in this paper，the system is based on singlechip，includingtwo subsystems about hardware and software.Through module test and overall operation，the systemcan achieve the function of no-parking passing，parking guidance，automatic payment，reverse seeking vehicle，parking reservation，parking information release and etc，which greatly make the parking lot intelligent and improve the work efficiency and service level．

RFID；intelligent parking；parking management；singlechip

TN02

A

1674－6236（2017）07-0119-04

2016-03-23稿件编号：201603321

国家级大学生创新创业训练计划项目（201510287037）

安 旭（1994—），男，陕西宝鸡人。研究方向：探测制导与控制技术。