基于RFID的智能停车场管理系统设计

张秋艳，刘 艺

(榆林学院 能源工程学院，陕西 榆林 719000)

随着人们生活质量的提高，越来越多的居民拥有自己的汽车，汽车市场也呈现爆炸性增长，车辆多、停车难等问题也随之而来。目前部分停车系统仍需人工手动控制抬停车杠，而这种系统不仅浪费人力资源，增加人工成本，而且不适用于深夜凌晨段的停车，故无人值守的智能停车系统的普及十分必要。日本美国等发达国家把智能控制系统运用于停车场管理这个技术领域，德国亚琛市已经成功建立并发起了目前世界上最早的一套大型城市安全自动化公共停车场，并引入基于信息数据共享技术的综合性信息数据库的车辆控制管理系统[1-2]。我国人口多，“停车难”已逐渐发展成国内主要中大城市面临的一大交通难题。近年来，我国对于汽车智能化公共停车场的不断推广,特别是对于汽车智能化停车管理服务的正式推行和投入运营,目前已经有了明显的成效[3-4]。目前，常用的智能停车场管理系统方式有二维码扫描、手机App等网络方式，虽然简便，但是其过于依赖网络、手机等通讯手段，有一定的弊端，针对小区和办公区等常驻车用户，设计了基于RC522读卡模式的智能停车场管理系统。

1 系统整体方案设计

本系统硬件模块主要有DS1302时钟模块、按键模块、数据存储模块、刷卡模块、LCD显示模块、蓝牙通讯模块及手机App模块等，其系统总原理框图如图1所示。

图1 系统总体框图

(1)主控制器。STC89C52单片机是一款高性价比的微处理器[5-6]，采用MCS-51内核，制作成本价格偏低，该单片机在掉电时仍能储存数据，开发简单，成本低，故选用之。

(2)LCD显示。LCD1602显示屏虽然可双行显示，但其不能显示汉字，且屏幕较小[7-8]。故选用LCD12864，该模块能够同时显示8*4中文或者16*4字符，屏幕亮度可调整，有串行和并行两种传输方式[9-10]。

(3)时钟电路。DS1302时钟芯片所需外围器件比较简单，只需32.768 KHz的晶振和纽扣电池，是一种低功耗时钟电路[11-12]。该芯片包括两个电源，在关机状态下时，备用电池只需消耗极少的电量，可以工作几个月甚至一两年。与单片机内部定时器不同的是，如果在计时过程中切断电源，DS1302仍会继续计时，保存数据，符合停车用户要求。

(4)存储模块。单片机内部的EEPROM虽然掉电后仍能保持数据，但其容量较小，故采用专用存储芯片AT24C02，该芯片采用了高级的CMOS技术，工作电压2.7 V～7 V。使得产品的功耗得到了大幅度的减少，包含了高达100万次擦写周期另设有一个特有的写保护功能[13-14]。

2主要硬件电路设计

系统主要硬件电路包括RC522刷卡电路、DS1302时钟电路、AT24C02存储电路、LCD12864显示电路及蓝牙通讯电路等，其硬件电路如图2所示。

图2 主要硬件电路

2.1 刷卡电路

RFID射频识别的技术是基于物联网的一项优秀技术，由读取器和RFID卡组成[15]。其硬件电路如图2中的RC522模块，通过SPI接口进行通信，在SPI通信中RC522读卡器相当于从机。其中SDA为串行数据线，与单片机P13相连；SCK为时钟信号与P14相连，其SPI时钟由主机产生；MOSI，MISO为数据传输线分别与P15、P16相连接，MOSI和MISO传输时都是高位在前；VCC端接电源，负责提供电压控制芯片运转。

2.2 时钟电路

如图2中的时钟模块，纽扣电池BT1的正极需连接Vcc1，外部5 V供电连接至Vcc2，即图中的VCC。DS1302通常选用二者中较大的电压作为供电来源，用于确保计时过程中突然掉电的情况下，计时还能继续进行，其通讯方式与SPI通信极为相似，但是DS1302为半双工通信。本设计中BT1为3 V电压的备用纽扣电池，X1,X2所连接为32.768KHZ的晶振；SCLK为串行时钟线，与P32相连接，为单片机发送同步时钟脉冲。I/O口与P33相连，负责输入输出数据；RST为复位端口，与P34相连。

2.3 存储电路

AT24C02的工作原理主要关键在于信号的开始、结束、应答。SDA由高变低，也就是正在经历一个下降沿，则是信号传输的起始信号。写数据都在当SCL处于高电平期间时，写入要存储的数据的地址，然后等待应答信号。信号的终止是先把SCL拉低然后再拉高，如果SDA处于上升沿，也就意味着传输结束。读数据的过程与写数据过程基本一致，唯一的不同就是读数据时是在SCL为低电平时。此外，应答信号是在传输数据的之后的一步,接收设备接收8位数据，然后发出低电平脉冲，表示接收成功。在一个读操作后，停止命令会让AT24C02进入一个等待状态。如图2中的存储模块，SDA数据线、SCL时钟线分别与单片机的P35、P36引脚相连接，由这两根线控制信号器起停，A0、A1、A2引脚与GND相连接。

2.4 LCD12864显示电路

在停车系统中的各类显示信息都通过LCD显示器来给用户提供导向，显示器提供车位，卡号，具体费用等信息，方便于用户快速停车，其硬件电路如图2显示模块。PSB端口置高表示8位或者4位的并行传输，本设计采用并行传输方式；D0-D7位三态数据线分别与单片机P20-P27相连接；E(SCLK)与P34相连，为并行传输的使能信号，当E为高电平时配合R进行读数据的指令，当E由高变低时配合R进行写数据的指令；RS为高电平时为写命令，设置显示器显示坐标；当RS为低电平时进入写数据操作。

3 软件设计

系统主流程如图3所示。上电之后，液晶显示器,RC522读卡器，定时器等器件开始进行初始化工作；刷卡模块检测否有用户进行刷卡停车，无人刷卡时则显示LCD主界面信息，提供当前剩余车位信息及实时时间；当有用户刷卡时，判断车位是否已满，车位已满时蜂鸣器报警，提示车位已满；未满时，判断是否为首次刷卡，首次刷卡则为进入车库，再次刷卡则为驶离出库。在读卡操作时，首先RC522读卡器寻找IC卡是否在工作区，寻卡成功后进行防冲撞检测，也就是避免有两张卡一起进行检测的情况，然后选定该IC卡，与射频卡内部密码进行匹配，如果成功则进行读卡操作，反之，匹配失败。计费功能由DS1302时钟计数模块对车辆进出时间进行计时，由软件进行分析计算，显示计费信息。为了便于用户实时掌握车位及费用情况，可通过蓝牙技术与手机App匹配，从而实现无人值守的智能停车场管理系统。

图3 主流程图

4 系统调试

根据以上硬件设计和软件设计搭建智能停车场管理系统，如图4所示，上电之后的显示初始车位以及当前时间。LCD显示初始化界面信息，总车位100位，剩余车位100位，最后一行显示实时时间。用户通过蓝牙模块与手机连接，在手机App上查看车位信息。(1)用户进行刷卡之后，匹配成功，LCD显示界面显示卡号6A45和停车单价20.0/min。设计中的步进电机等价于停车杆，用户刷卡之后步进电机转动，实现停车杆抬起动作。显示请前往停车字样，提示用户前往停车，手机界面提供相同信息。当第一位用户停车成功后，LCD与App界面车位信息减少，由100变至99，停车杆恢复。方便提醒之后的停车用户当前停车场实时剩余车位。(2)第二位用户进行刷卡之后，ID卡匹配成功，LCD与App显示界面显示卡号6CE0和停车单价20.0/min。电机进行抬起动作。显示请前往停车字样，提示用户前往停车。第二名用户停车成功后，剩余车位继续减少，由99变成98，停车杆恢复。显示车位提醒之后的停车用户车位信息。(3)当第一名客户停车结束时，界面显示用户停车卡号6A45，停车时长1分钟，根据单价停车总费用为20.0元，停车杆抬起，让用户驶离停车场。第一位用户驶离停车场后，剩余车位增加，由98增加至99。停车杆落下，显示剩余车位，停车杆恢复。(4)当第二名客户停车结束时，界面显示用户停车卡号6CE0，停车时长2分钟，根据单价，停车总费用为40元，停车杆抬起，让用户驶离停车场。第二位用户驶离停车场后，剩余车位增加，由99变成100。停车杆落下，显示剩余车位，便于之后的用户停车。(5)当停车位已满时，用户再进行刷卡停车，蜂鸣器报警，提示车位已满。实验条件限制，程序中将总车位调至1进行测试。用户进行刷卡之后，匹配成功，LCD显示界面显示卡号6A45和停车单价20.0/min。当用户停车成功后，LCD与App界面车位信息减少，剩余车位由1变至0，停车杆恢复，此时车位已满。当车位已满，继续有用户刷卡时，蜂鸣器报警，显示界面提示车位已满。系统调试结果表明，该设计操作简单、体积小、成本低，运行可靠，可实现无人值守的智能停车场管理系统。

图4 硬件实物图

5 结语

本设计阐述了一种基于RC522刷卡模式的无人值守智能停车场管理系统。介绍RC522读卡技术、DS1302时钟计时模块、AT24C02数据存储模块、LCD12864液晶显示模块等主要硬件的结构、工作原理、蓝牙技术及手机App便携式监测、软件设计和系统的测试，实现了针对居民小区/工作区等常驻车的停车场无人值守智能停车功能。测试结果表明，该系统运行可靠、线上/线下同时显示的便携式管理为常驻停车场具有一定指导意义。