基于STM32和RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐桂敏, 王改芳

(1. 湖北工業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院, 湖北 武漢 430068；2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 信息技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心, 湖北 武漢 430074)

基于STM32和RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐桂敏1, 王改芳2

(1. 湖北工業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院, 湖北 武漢 430068；2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 信息技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心, 湖北 武漢 430074)

設(shè)計(jì)了一種基于STM32和RFID的居民小區(qū)車輛管理系統(tǒng)。以居民小區(qū)機(jī)動車停放、進(jìn)出管理為應(yīng)用背景,以STM32嵌入式處理器為基礎(chǔ),運(yùn)用RFID模塊、語音模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊和紅外對管等外圍器件,組成了新型的車輛管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有識別距離遠(yuǎn)、反應(yīng)快、功耗低、可擴(kuò)展等特點(diǎn),可替代傳統(tǒng)的車輛管理系統(tǒng),有效提高了小區(qū)車輛的管理水平。

車輛管理系統(tǒng)； STM32； RFID模塊； DSM-300； 紅外對管

傳統(tǒng)的住宅小區(qū)機(jī)動車輛管理多為人工管理或使用IC卡管理系統(tǒng),在車輛進(jìn)出小區(qū)的高峰時段會出現(xiàn)排隊(duì)時間長甚至擁堵的現(xiàn)象[1-3]。本文所述基于STM32和RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng),通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識別工作無需人工干預(yù)。該系統(tǒng)是湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院參加全國大學(xué)生智能汽車競賽作品的一個測試應(yīng)用子系統(tǒng),在系統(tǒng)測試和管理中側(cè)重于過程管理,體現(xiàn)了“創(chuàng)新以人為本,創(chuàng)新之根在實(shí)踐”的宗旨[4-5],對學(xué)生的知識融合和實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)具有良好的推動作用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

小區(qū)車輛管理系統(tǒng)由STM32最小系統(tǒng)版(CortexM3內(nèi)核)、RFID模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動模塊、紅外檢測模塊、語音模塊、LCD顯示模塊等組成(見圖1)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

小區(qū)需要管理的車輛分為兩類:一是臨時車輛,車輛進(jìn)小區(qū)時由保安發(fā)放臨時卡,車輛出小區(qū)時將卡收回；二是小區(qū)內(nèi)部車輛,配有電子標(biāo)簽(內(nèi)置有射頻卡),進(jìn)出小區(qū)采用RFID識別。

當(dāng)配有電子標(biāo)簽的車輛駛?cè)隦FID讀寫器的感應(yīng)范圍時,電子標(biāo)簽向RFID讀寫器發(fā)送射頻卡信息,讀寫器判斷射頻卡的有效性,如有效，則獲取射頻卡的ID號,并與數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行比對。若不符合條件，則拒絕放行,同時給出告警信息和出錯提示信息；若符合條件,則給入口控制器一個有效信號,抬起電動欄桿讓車輛駛?cè)?。?dāng)紅外車輛檢測信號出現(xiàn)“有車—無車”變化后,將電動欄桿放下,完成一次放行車輛的過程(見圖2)。由于射頻卡與讀寫器的信息交換距離可達(dá)數(shù)十米,所以當(dāng)車輛到達(dá)入口時,電動欄桿已經(jīng)抬起,大大減少了駛?cè)胄^(qū)車輛的查驗(yàn)時間[6-8]。車輛駛出小區(qū)的過程與駛?cè)腩愃?但需要與駛?cè)霑r的信息比對。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2 系統(tǒng)主要功能模塊實(shí)現(xiàn)

2.1 STM32控制模塊及RFID射頻模塊

控制模塊采用CortexM3內(nèi)核的STM32嵌入式控制芯片,該芯片具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)[9]。STM32控制模塊通過接收紅外檢測模塊發(fā)送的信號確定車輛相對欄桿的位置,接收射頻模塊的信息，并與系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。當(dāng)滿足放行條件時,便向電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)送指令,使欄桿抬起或落下[10]。

RFID射頻模塊主要由電子標(biāo)簽、讀寫器DSM-300模塊組成。電子標(biāo)簽放置在車輛上,存儲著該車的相關(guān)信息。DSM-300模塊工作在2.4～2.5 GHz微波段,內(nèi)置天線,有效識別半徑8 m；若安裝高增益外置天線,最遠(yuǎn)識別距離可達(dá)50 m。電子標(biāo)簽與讀寫器之間通過耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合；在耦合通道內(nèi),根據(jù)時序關(guān)系,實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換[11-12]。

2.2 紅外對管模塊

紅外對管是一種紅外線收發(fā)的開關(guān)管,接收管在接收和不接收紅外線時,電阻差別很大,利用外圍電路可以輸出高(低)電平供嵌入式處理器識別,從而實(shí)現(xiàn)智能控制?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)電位器改變識別距離。本系統(tǒng)中使用的紅外對管最遠(yuǎn)可以識別50 cm的距離[13-15]。系統(tǒng)中使用了4個紅外對管模塊,入口、出口各2個,用作抬桿和落桿的開關(guān)控制。紅外對管模塊的out端分別與嵌入式處理器的PE口的0—3號引腳相連(見圖3)。當(dāng)接收管接收到反射回來的紅外線時向嵌入式處理器發(fā)送一個低電平,嵌入式處理器相應(yīng)的標(biāo)志位被置位為“1”,當(dāng)條件符合時向電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)出抬桿或落桿信號。

圖3 紅外對管與處理器連接圖

2.3 語音模塊

語音模塊自帶微處理器和語音芯片,可以方便地進(jìn)行語音錄制、存儲和播放。語音模塊的工作分為兩步:(1)通過下載軟件向語音模塊內(nèi)部下載“歡迎光臨”、“一路順風(fēng)”等語音信息并儲存；(2)當(dāng)嵌入式處理器接收到車輛駛?cè)牖螂x開信號時,即通過嵌入式處理器的PB0或PB6口,向語音模塊的信號輸入端寫“0”,外部連接的直流音響設(shè)備會播報(bào)語音(見圖4)。

圖4 語音模塊工作框圖

2.4 電機(jī)驅(qū)動模塊

小區(qū)車輛管理系統(tǒng)使用的是L298N雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動芯片。驅(qū)動部分供電范圍是+5～+35 V,峰值電流是2 A,最大功耗是20 W,以電機(jī)驅(qū)動模塊給直流電機(jī)供電[16-18]，通過管腳電平可設(shè)定其工作狀態(tài)(見表1)。

表1 L298N功能表

當(dāng)微控制器成功接收到DSM-300的數(shù)據(jù)時,它就檢測紅外對管的信號。若紅外信號把有車輛通過的信息返回給接收管,微控制器即向電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)送電機(jī)正反轉(zhuǎn)指令,讓入口或出口的欄桿抬起或落下。

3 系統(tǒng)測試

首先對本系統(tǒng)軟硬件做整體功能測試。在DSM-300模塊、STM32控制模塊、紅外對管模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、語音模塊、LCD顯示模塊的功能均實(shí)現(xiàn)后進(jìn)行性能測試,對RFID模塊接收電子標(biāo)簽信號強(qiáng)度隨距離變化和模型車通過門閘的時間進(jìn)行了測試。

(1) 分別在模型車放置兩張不同的電子標(biāo)簽,進(jìn)行多次測試,RFID射頻模塊接收到這兩張電子標(biāo)簽信號的頻次隨距離變化的數(shù)據(jù)如表2所示。此頻次可表明信號的強(qiáng)度。數(shù)據(jù)表明,電子標(biāo)簽2比電子標(biāo)簽1信號強(qiáng),有天線識別距離更遠(yuǎn)。

表2 RFID射頻模塊接收到電子標(biāo)簽信號的頻次表 %

(2) 測試模型小車通過入口的時間數(shù)據(jù)如表3所示。測試時小車速度約為3 m/s。

表3 模型小車通過門閘的測試時間表 s

注:1號管是入口欄桿前紅外對管；2號管是入口欄桿后紅外對管。

測試結(jié)果顯示,從1號紅外對管接收到模型小車進(jìn)入門閘區(qū)反射回來的紅外線,到電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)出抬桿信號并使欄桿完全抬起的平均時間值0.62 s,從2號紅外對管接收到模型小車通過欄桿后反射回來的紅外線,到電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)出落桿信號使得欄桿完全落下的平均時間為0.75 s,而模型小車通過門崗的平均時間為3.34 s?？芍到y(tǒng)達(dá)到預(yù)期要求,模型車能以較快的速度通過門閘,可有效提高車輛通行效率。

4 結(jié)束語

基于STM32和RFID的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程是一項(xiàng)具有探索性的工程實(shí)踐活動,該系統(tǒng)還可以進(jìn)一步拓展功能,例如與停車收費(fèi)系統(tǒng)互聯(lián)。在系統(tǒng)開發(fā)中培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識,激發(fā)了學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能,倡導(dǎo)了理論聯(lián)系實(shí)際、求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神,促進(jìn)了學(xué)校的素質(zhì)教育。

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Design of community vehicle management system based on STM32 and RFID

Xu Guimin1, Wang Gaifang2

(1. Engineering and Technology College,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;2. Experimental Teaching Center for Information Technology,China University of Geoscience,Wuhan 430074,China)

In view of this situation,this paper designs a kind of vehicle management system based on STM32 and RFID, taking the vehicle management in residential area as the application background,the embedded processor STM32 as the foundation,using the peripheral device including RFID module,voice module,motor drive module and infrared tube. With the characteristics of long identification distance,quick response,low power consumption and scalability,this new type of vehicle management system can improve the vehicle management level effectively.

vehicle management system; STM32; RFID module; DSM-300; infrared tube

2014- 12- 29 修改日期：2015- 04- 08

徐桂敏(1984—),女,湖北隨州,碩士,講師,主要研究方向?yàn)橹悄芸刂坪偷刭|(zhì)信息技術(shù).

TP315；TP391.4

A

1002-4956(2015)10- 0146- 03