基于RFID自动停车收费系统专业课程设计.doc

课程设计报告书

设计名称： 自动停车收费系统
课程名称：射频辨认技术与应用课程设计

摘要

射频辨认技术（RFID）是从20 世纪80 年代起走向成熟一种自动辨认方式。它具备诸多突出长处：RFID 技术不需要人工干预，不需要直接接触、不需要光学可视即可完毕信息输入和解决，可工作于各种恶劣环境，可辨认高速运动物体并可同步辨认各种标签，操作快捷以便，实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，机具无直接对最后顾客开放物理接口，能更好地保证机具安全性；数据安全性能高，除标签密码保护外，读写器和标签之间也可互相认证，实现安全通信和存储等。
基于射频辨认技术（RFID）智能收费系统，由自动车辆辨认技术和实时监控系统构成。通过 RFID 技 术获取车辆牌照号、车型、所属顾客和银行专用账户等数据，并由实时监控系统通过摄像机获取车辆图像。数字化解决后核对实际牌照号与车载信息卡牌照号与否相符。相符即为合法车辆，其通行费经计算机网络，从顾客开户行专用账户中自动交纳，从而实现不断车自动收费。反之则通过监控网络对违章车辆进行惩处。
核心词：射频辨认；电子收费系统；自动辨认技术；自动车辆辨认

目录
1.开发背景 1
2.系统分析 1
2.1可行性分析 1
2.2系统特点与原理 2
3.系统设计 3
3.1 QT平台简介 4
3.2 系统功能构造 4
3.2功能 8
4.系统测试 8
5.开发环境 11
6.总结 11
7.参照文献 12

1.开发背景
随着经济发展，人们生活水平也越来越高，汽车正逐渐走进寻常百姓家。交通工具以便了人们生活，但车辆日益增长，在某种限度上也给生活带来了诸多不便，导致了某些负面社会影响，如汽车尾气对环境污染、车辆存储安全、停车困难等。特别像繁华地带商业购物区、大型医院、商务办公写字楼等场合，停车场面积大，车位多，但往往在停车上存在种种不抱负现状：停车等待、刷卡不被辨认，人工收费速度慢等。停车设施建设严重落后 也直接导致交通堵塞、擦车追尾等交通事故，不同限度阻碍了都市经济发展。无论是发达国家还是发展中华人民共和国家，都毫无例外地承受着停车场容量与汽车拥有量严重不对称现实，致使有车无处停，以及停车场设备科技含量低困扰。使得停车场自动收费系统设计好与坏，不但会影响到公司或公司形象，长远来讲也会影响到公司、公司社会效益与经济效益。
设计目
对于大型停车场而言，打造智能停车收费系统就显得尤为必要。以便人们出行和管理层对车主管理。有效地提高停车场管理效率。
同步，进一步巩固射频辨认基本概念、理论、分析办法和实现办法，增强应用QT、Ubuntu软件设计实现射频辨认应用系统能力。使用所学内容解决实际工程问题，提高工程实践能力、就业能力。

2.系统分析
2.1可行性分析
近几年，国内停车场自动停车收费技术已逐渐走向成熟，停车场管理系统向大型化、复杂化和高科技化方向发展，并作为楼宇自控系统一种子系统实现与计算机网络相联，使管理人员在远距离就能以便地实现智能化监控与管理， 从而在很大限度上减轻了停车问题带来压力。
国内停车场收费管理系统普通采用如下几种收费方式：
（1）采用摄像计费方式：在停车场门口一定位置放置一台摄像机，运用摄像机采集下汽车车牌号码，传送单片机或电脑解决。再由单片机计时和收取费用,并控制大门启动。该方案中所涉及信息量大，规定必要具备较大存储容量,硬件、软件设计复杂，耗费成本高。
（2）采用刷卡计费方式：车主必要到指定地点办理IC卡,通过刷卡进出停车场，并采用IC卡缴停车费用纳费。但该方式更适合于有长期固定停放车位停车场。
（3）采用非接触IC卡自动计时收费方式：硬件构成上简朴清晰，直接由上位机控制，软件设计较为复杂
本系统采用刷卡计费方式。
(1)使用13.56M标签实现；
(2)系统自动记录牌号、车辆型号及进场时间；
(3)出场时自动计算停车费用，并在卡中扣除相应金额；
(4)余额局限性则系统报警
尽管国内许多站点已采用微机管理，但依然是 人工收费，效率低。因而电子收费（ETC：Electronic Toll Collection）系统必将成为将来收费重要方 式。近年来，一种非接触式自动辨认技术，即射频 辨认技术 RFID（Radio Frequency Identification）， 实用化使非接触式自动辨认成为也许
射频辨认技术以射频信号自动辨认目的为对象，无需可见光源，具备穿透性，可透过外部材料直接读取远距离数据，无需与目的接触。此长处可应用在智能交通领域（ITS），不断车收费系统就是在此基本上建立。对于自动收费系统，必要保障较高通行速度和较低交易错误率，及较长通讯距离。5.8GH系统DSRC（专用短程通信合同）可保证其至少有 10m 双向通讯距离。

2.2系统特点与原理
2.2.1 RFID 特点
RFID 是自动辨认技术 AEI 在无线电技术方而 详细应用与发展，其基本原理是运用射频方式进 行非接触双向通信，以达到辨认目，并互换数 据。与同期或初期接触式辨认技术不同，RFID 突出特点是可非接触识读，可辨认距离达几十米 各种高速运动物体。RFID 系统中，通过对 RFID 卡进行读写操作，实现对各类物体或设备在不同状 态（移动、静止或恶劣环境）下自动辨认和管理。
2.2.2 RFID系统构造
射频辨认系统涉及射频卡、读 写器。射频卡和读写器间互相不接触并运用感应、无线电波或微波进行数据通信，达到辨认目。 RFID 系统工作频率。阅读器发送时所使用频率称为该系统工作频率。低频系统典型工作频率有 125kHz、225kHz、13.56MHz 等，高频系 统典型工作频段有 915MHz、2.45GHz、5.8GHz 等。本文采用13.56MHz进行设计。
2.2.3 RFID工作原理
该系统基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过该卡内置天线发送出去；系统接受天线接受到从射频卡发送载波信号，经天线调节器传送到阅读器，并对接受信号进行解调和解码后 送后台主系统进行有关解决；主系统依逻辑运算判断该卡合法性，针对不同设定做出相应解决和控制，发出指令信号控制执行机构动作。如图

3.系统设计（详细描述方案框架和细节，论证明验成果）
目的
(1)使用13.56M标签实现；
(2)系统自动记录牌号、车辆型号及进场时间；
(3)出场时自动计算停车费用，并在卡中扣除相应金额；
(4)余额局限性则系统报警。

3.1 QT平台简介
QT是一种跨平台C++图形顾客界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可以用于开发非GUI程序，例如控制台工具和服务器。QT是面向对象框架，使用特殊代码生成扩展（称为元对象编译器（Meta Object Compiler,moc））。
本系统是在QT creator下进行开发，Qt Creator涉及项目生成向导、高档C++代码编译器、浏览文献及类工具、集成了Qt Designer、Qt Assistant等。

3.2 系统功能构造
射频自动停车收费系统按其功能可分为自动辨认控制子系统、自动判断型子系统、数据采集子系统、车辆检测子系统、闭路电视子系统和信号控制子系统等。

1． 自动辨认控制子系统重要由射频自动辨认读写器、射频自动辨认卡，天线、车道道闸控制机、收费员计算机终端等构成，它是整个不断车收费系统核心，负责控制不断车收费车道所有设备运营、收费业务操作管理以及与收费站计算机通信和数据互换。
2． 自动判断型子系统重要由光栅、高度检测器、轴数检测器等构成，它通过采集车辆高度和轴数等参数，经综合分析比较来鉴别车辆车型；该子系统至少可以鉴别三种以上车型。自动判断型子系统在有些场合可以由顾客选取使用。
3． 数据采集子系统重要由系列射频天线和射频电子标签卡构成。射频电子标签被安装在汽车挡风玻璃内侧上方，在电子标签上写有标签编号、车号、车主、车型、应缴金额、剩余金额和有效期等信息；天线被安装在收费前端，它通过微波技术从射频电子标签卡上读取关于信息，并同步传送给车道控制主机。
4． 闭路电视子系统重要由车道摄像机和收费站监视器等构成。车道摄像机被安装在收费岛前端，重要用于拍摄非法通过违章车辆。
5． 信号控制子系统重要由通行信号灯、偏叉信号灯和自动栏杆等构成，用于提示驾驶员对的使用停车收费车道。
6． 车辆检测子系统重要由三组环形线圈构成。第一组环形线圈(ENTER LOOP)被安装在收费岛入口处，用于激活天线读取电子标签信息；第二组环形圈(ESC LOOP)被安装在收费岛中间出口处，用于控制通行信号灯和偏叉信号灯状态；第三组环形线圈(EXIT LOOP)被安装在收费岛出口端，用于记录车流量，并控制自动栏杆、通行信号灯和偏叉信号灯工作状态。
系统流程图
入口
车辆进入工作区
检测判断车辆
与否有卡
请读卡
读卡机读取信息
逻辑判断
读卡机记录信息并传给计算机
道闸启动
防砸车检测车辆
道闸关闭
车辆离开工作区
进场
自动取卡
无车
有车
无卡
有卡
无效
有效
通行未毕
通行完毕

出口
车辆进入工作区
与否暂时车
请读卡
读卡机读取信息

逻辑判断
读卡机记录信息并传给计算机
道闸启动
防砸车检测车辆
道闸关闭
车辆离开工作区
出场
值班亭交卡读卡
是

否
有卡
无效
有效
通行未毕
通行完毕
计算机记录信息
不予出场
交费
报警
余额局限性
余额足

3.2功能
操作员权限设立
软件各个功能模块操作权限都可以任意控制，故软件系统可任意设定不同操作级别。不同级别相应着进入软件系统不同密码，故软件系统具备良好保密性与可靠性。不同级别操作人员进入软件系统后，能实现不同功能。软件系统具备良好兼容性及资料保护性。
录入资料
可由主管级以上操作人员录入各种有关资料。例如：月租卡车资料录入，车位数量、免费时间、收费原则、离场时限录入，免费资料清单录入，发行、延期、充值、挂失、恢复、回收、换卡、人工出场等。
查询、更改资料
查询或修改各种有关资料。例如：卡发行、延期、充值、挂失、恢复、回收、换卡、人工出场等记录。查询车辆出入车场记录、在场车清单、某卡号车流水账、操作员交接班记录、操作员值班流水账。管理员可更改有关资料。例如：系统自动删除记录时间、更改车场车位数量、更改系统时间等等。
ETC充值
可以进行网上充值，手机客户端充值。运用 13.56M 电子标 签内部存储区域，可以存储车主姓名、车辆类型、所属社区编号、余额等信息。同步，具备对卡 初始信息写入（注册）、充值功能。 系统由一种 ETC_Recharge 程序构成，该程序通过对 13.56M 读写器控制，完毕对电子标签内 部数据读取、判断、信息分析、将数据写回标签等操作。
对电子标签自动辨认、扣费
运用 13.56M 读写 器对电子标签进行自动辨认，并在出既有效电子标签时自动对标签进行判断，对进入停车场标签 进行计时，并在再次扫描到该标签时，对其进行计费和扣费。

4.系统测试
注册充值
1注册充值界面启动

图1注册充值主界面
2读取标签

图2未初始化卡
3修改标签信息
写入成功后弹出

图3写入成功提示
4再次读取标签

图4程序自动再次读取卡内信息
停车自动辨认、扣费
1停车自动辨认、扣费界面启动

图5主界面
2在“收费原则”中，设立适当收费原则
3保证 13.56M电子标签有余额
4将电子标签接近 13.56M读写器天线上方，可以看到在“车辆信息”一栏中会显示车辆基本信息，涉及余额、进入时间等

图6进入工作区
5驶出工作区

图7驶出工作区
6当余额局限性时，响铃报警

5.开发环境
1.PC 机一台
2.应用型 RFID 实验箱一台
3. 14443 合同白卡若干

6.总结（设计心得体会，并且总结实验办法）
智能停车场收费系统是通过计算机、网络设备、车道管理设备搭建一套对停车场车辆出入、场内车流引导、停车费收取工作进行管理网络系统。是专业车场管理公司必备工具。它通过采集记录车辆出入记录、场内位置，实现车辆出入和场内车辆动态和静态综合管理。系统普通以射频感应卡为载体，通过感应卡记录车辆进出信息，通过管理软件完毕收费方略实现，收费账务管理，车道设备控制等功能。这大大提高咱们当代人生活效率。
本次设计咱们运用RFID 实验箱，QT、Ubuntu软件来完毕。使咱们进一步巩固射频辨认基本概念、理论、分析办法和实现办法，增强咱们应用QT、Ubuntu软件设计实现射频辨认应用系统能力学会尝试使用所学内容解决实际工程问题，提高了咱们能力。
注意：1标签在读写器上方停留时间不要超过 10 秒钟，否则程序会以为车辆要驶出工作区。
2如果需要使用同一张卡再次测试，需要注意等待超过 10 秒之后再刷，由于 10 秒以内程序 以为车辆依然是刚离开工作区，并不会以为再次进入。

7.参照文献
[1] 宋夕阳，张忠.智能停车场管理系统[J].智能建筑与都市信息.（10）：95-98
[2] 刘新一，谢陈跃.非接触式IC卡停车场收费管理系统[J].计算机应用.(10)：25-27
[3]李鹏宇.基于无线传感器网络车位检测系统设计[J].上海交通大学，
[4]凌阳科技.应用型RFID实验箱实验指引书.
[5]米志强.射频辨认技术与应用.