基于UHF RFID技術(shù)的小區(qū)車輛門禁系統(tǒng)設(shè)計*

趙　彥　張　剛

(1.云南省高速公路聯(lián)網(wǎng)管理中心　昆明　650000)(2.昆明理工大學(xué)機電工程學(xué)院　昆明　650500)

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基于UHF RFID技術(shù)的小區(qū)車輛門禁系統(tǒng)設(shè)計*

趙彥1張剛2

(1.云南省高速公路聯(lián)網(wǎng)管理中心昆明650000)(2.昆明理工大學(xué)機電工程學(xué)院昆明650500)

摘要傳統(tǒng)的住宅小區(qū)對進出車輛的管理模式,大部分都是門衛(wèi)的人工操作,既費時又費力,可靠性和準確度也達不到要求,小區(qū)的安全性得不到有力的保證。針對這一棘手問題,提出了基于UHF RFID技術(shù)的小區(qū)車輛門禁系統(tǒng),在物聯(lián)網(wǎng)理論的基礎(chǔ)上,通過對進出車輛設(shè)定電子標簽,把讀寫器和計算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,實現(xiàn)了車輛標簽牌照的自動識別。該模式具有快速、高效的特點,科學(xué)有效地對小區(qū)內(nèi)的車輛進行管理,減輕了管理人員的負擔(dān),方便了居民的日常生活。

關(guān)鍵詞物聯(lián)網(wǎng); RFID; 智能識別; 門禁系統(tǒng)

Design of District Vehicle Access Control System Based on UHF RFID Technology

ZHAO Yan1ZHANG Gang2

(1. Yunnan Provincial Expressway Network Management Center, Kunming650000)

(2. Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming650500)

AbstractVehicle management mode in traditional residential quarters mostly rely on guards, both time-consuming and laborious, reliability and accuracy are also not meeting the requirements, the district’s security is without strong assurance. To solve this thorny problem, a district vehicle access control system is designed based on UHF RFID technology, on the basis of the Internet of Things, and by setting the electronic tag on vehicles, then the reader is combined to the computer network to achieve the automatic recognition of vehicle license. The model has a fast and efficient characteristics, scientific and effective way to manage the vehicle within the cell, the burden on the management staff is reduced, the lives of residents are facilitated.

Key Wordsinternet of things, RFID, recognition and detection, access control system

Class NumberTP391.4

1引言

如今,汽車已成為家家戶戶的生活必需品,但隨著汽車數(shù)量的增多,也帶來一些不穩(wěn)定的因素,在一定程度上影響著居民的生活。在傳統(tǒng)的住宅小區(qū)內(nèi),對于進出車輛的檢查,基本上都是人工操作,浪費時間,效率低下。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),帶來了智能化的車輛管理系統(tǒng),確保了小區(qū)的安全,實現(xiàn)了住宅區(qū)車輛管理的自動化、智能化。

物聯(lián)網(wǎng)[1](The Internet of Things)于2005年,在世界峰會上提出,被當(dāng)作是計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后,又一大新型產(chǎn)業(yè)的浪潮。物聯(lián)網(wǎng)[2]就是應(yīng)用射頻識別技術(shù)(RFID)、紅外感應(yīng)、傳感設(shè)備,依據(jù)設(shè)定的約束條件,將事物與網(wǎng)絡(luò)進行結(jié)合,進行信息間的交流,從而達到對事物進行識別、定位、追蹤、監(jiān)管的網(wǎng)絡(luò)目的[3]。物聯(lián)網(wǎng)是以計算機Internet為基礎(chǔ),采用射頻識別(RFID)、無線數(shù)據(jù)等理論與技術(shù),實現(xiàn)物品的自動識別、相互間信息的溝通,不需人的指揮,物品就可以彼此進行“交流”。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)即將成為IT業(yè)的支柱,并上升為國家戰(zhàn)略[4]。射頻識別技術(shù)(RFID)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù),RFID技術(shù)利用射頻信號進行信息的無接觸傳遞,獲取物品的相關(guān)數(shù)據(jù)進行自動識別。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)模式

本小區(qū)車輛的門禁系統(tǒng)是結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)相關(guān)知識與計算機管理識別技術(shù)設(shè)計而成,通過遠距離的射頻技術(shù)感應(yīng)到車輛的數(shù)據(jù)信息,并及時做出正確識別判斷,防止小區(qū)門口車輛堵塞及車輛丟失情況的發(fā)生,同時也改善了現(xiàn)代小區(qū)車輛的管理模式。

2RFID系統(tǒng)

大部分RFID系統(tǒng)[5]是由電子標簽(Tag)、讀寫器和系統(tǒng)高層等組成,是一種非接觸的自動識別系統(tǒng)。通過電子標簽對特定目標標記,對無線電和讀寫器交換數(shù)據(jù),通過讀寫器將主機命令傳遞給電子標簽,同時將電子標簽數(shù)據(jù)返回到主機,最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和使用。RFID技術(shù)的車輛門禁系統(tǒng)就是通過閱讀器對電子標簽數(shù)據(jù)進行采集與傳輸,在主機相關(guān)系統(tǒng)的幫助下,進行車輛的識別。

圖2　RFID系統(tǒng)的基本構(gòu)成

2.1電子標簽

電子標簽(Tag)又名射頻標簽、應(yīng)答器,是射頻系統(tǒng)的核心設(shè)備。射頻識別采用電子產(chǎn)品編碼[6](EPC)對物體進行標記,其容量非常大。制造商依據(jù)EPC Global標準[7]進行物品標記Tag,Tag依附在未識別的物體上,都有自己唯一的電子編碼,存儲對應(yīng)的物體的信息,物體通過EPC序列號[8]進行識別判斷。EPC被認為將取代條碼編碼,廣泛應(yīng)用于交通、工商業(yè)、物流等領(lǐng)域。

電子標簽也被認為是個特殊的收發(fā)信機,采用電磁波技術(shù)和讀寫器進行信息的交流。電子標簽具有一定的存儲容量,維持識別物體信息的完整性,確定使用年限,對信號進行解調(diào)、解碼,收集發(fā)射的電磁波等一系列功能。

電子標簽的制作是RFID技術(shù)的核心部分,RFID技術(shù)的小區(qū)門禁系統(tǒng)的電子標簽包括車主、身份證、車牌號、電子標簽號、住址等信息。通過識別電子標簽的信息與已存儲數(shù)據(jù)信息的比對,即可判斷車輛的來源信息。

圖3　小區(qū)門禁系統(tǒng)的電子標簽

2.2讀寫器

讀寫器[9]也叫閱讀器,是讀寫Tag內(nèi)存數(shù)據(jù)的元件。讀寫器通過天線與電子標簽進行無線通信,對數(shù)據(jù)進行讀寫,另一端與網(wǎng)絡(luò)連接,最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息間的存儲、管理,是電子標簽與網(wǎng)絡(luò)的接連通道。

圖4　讀寫器的基本組成

讀寫器基本都是由射頻模塊、控制模塊、天線等組成?？刂铺幚砟K包括基帶信號處理和智能模塊,有時天線不在讀寫器中,是一個單獨的分部。本系統(tǒng)采用UHF高頻讀寫器,在車輛到達小區(qū)門口的數(shù)米之內(nèi),即可讀取車輛中電子標簽的相關(guān)信息,并傳輸?shù)较到y(tǒng)層,進行數(shù)據(jù)分析反饋,有效地避免了上下班高峰期時小區(qū)門口車輛的交通堵塞。

2.3系統(tǒng)高層

對于簡單的系統(tǒng)應(yīng)用來說,讀寫器能夠獨立完成設(shè)計,但對于多個讀寫器的復(fù)雜系統(tǒng),系統(tǒng)高層發(fā)揮了重要的作用,它將讀寫器中車輛的數(shù)據(jù)整合,進行搜索、整理、數(shù)據(jù)交流。本小區(qū)車輛門禁系統(tǒng)高層主要是控制系統(tǒng)處理器和PC機中車輛識別的上位機系統(tǒng)。

3門禁系統(tǒng)總體設(shè)計

此智能化車輛管理系統(tǒng)主要由RFID智能牌照,閱讀器,道閘,警報器,計算機軟件數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成?；赗FID技術(shù)的車牌識別系統(tǒng)的工作原理是首先將已注冊的帶有芯片的電子標簽植入到小區(qū)戶主的車牌內(nèi),電子標簽中覆蓋了戶主的全部信息(姓名、車牌號、身份證號)。當(dāng)車輛進入小區(qū)控制系統(tǒng)的讀寫器的識別范圍內(nèi),讀寫器記錄車牌信息,傳遞給計算機的控制系統(tǒng)。通過計算機的的軟件系統(tǒng)檢測車輛信息,若此車輛屬于小區(qū)戶主,則開閘允許通行,若車輛是外來車輛,發(fā)出警告聲音,門衛(wèi)人員對車輛進行詳細檢查,確保小區(qū)安全。

圖5　小區(qū)門禁系統(tǒng)工作流程圖

3.1硬件系統(tǒng)

采用96位EPC Class 2 Gen 2標簽,Mifare芯片采用M1fare one IC S50,容量為32KB的EEPROM,16扇區(qū),工作溫度為-20℃~50℃,工作頻率為900MHZ,通信速率為2Mbit/s。

采用固定式高頻讀寫器,Philips公司的MF RC500芯片,頻率為900MHZ,支持ISO/IEC 14443A信號,SR-485并行接口,支持快速CRYPTOI加密算法。RF輸出功率為0.8W,讀寫距離10m~15m。天線采用環(huán)形線圈高頻長波優(yōu)質(zhì)天線,直徑5cm,線圈100圈,電感值3.25 H。

3.2軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)高層采用WIN7,32bits,Core-I3 2.1Ghz CPU,顯卡DDR3,1G內(nèi)存1T硬盤,標準LED顯示器,Visual Studio C#開發(fā)環(huán)境,Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫。

圖6　小區(qū)車輛門禁系統(tǒng)的登陸界面

3.3工作流程

當(dāng)車輛進入小區(qū)時,車輛經(jīng)感應(yīng)器發(fā)出信號給PC機,打開RFID讀取標簽信息。若采集到的數(shù)據(jù)符合數(shù)據(jù)庫已記錄信息,自動打開閘道放行,同時記錄通過車輛情況信息。若無數(shù)據(jù)庫記錄信息(外來車輛),RFID讀取不到車輛信息,發(fā)出警笛聲,由工作人員前來應(yīng)變處理。若為社會安全車輛發(fā)卡放行,非法車輛報警處理。

圖7　小區(qū)車輛進入的工作流程

圖8　小區(qū)車輛駛出的工作流程

當(dāng)車輛駛離小區(qū)時,PC機也是通過感應(yīng)器進行數(shù)據(jù)信號的采集,讀取車輛RFID標簽信息。若信息與數(shù)據(jù)庫比對吻合且為小區(qū)車輛,那么自動開閘放行;若為臨時外來車輛,收卡放行。若無RFID標簽信息,工作人員應(yīng)查看是否標簽損壞或者為非法車輛,并作出相應(yīng)處理。

本UHFRFID的小區(qū)車輛門禁系統(tǒng)具有下面幾大優(yōu)點[10]:

1) 遠距離:閱讀有效距離可以達到10m,避免了人工刷卡及車輛指定區(qū)域停車造成的小區(qū)門口擁堵現(xiàn)象的發(fā)生。

2) 運行穩(wěn)定:有源卡讀寫穩(wěn)定,排除某些車輛設(shè)置的屏蔽器件,環(huán)境因素影響甚小。

3) 全方位高速讀取:標識卡讀取速度快,最高可達3km/min。

4) 高可靠性:在-30℃~80℃內(nèi)環(huán)境溫度能夠正常運行,排除了大氣中的顆粒污染物的干擾。

5) 高抗干擾:對干擾源沒有特定限制,安裝簡單快捷。

6) 超低功耗:使用時間長,價格低,對人體沒有輻射作用。

4結(jié)語

基于UHFRFID的小區(qū)車輛門禁系統(tǒng),采用UHF高頻閱讀器,識別距離遠,速度快,是一種高效、快捷的科學(xué)車輛管理系統(tǒng),滿足現(xiàn)代車輛管理智能化、自動化的需求。本系統(tǒng)為小區(qū)工作人員提供了實時檢測識別車輛信息的方法,操作簡單,方便快捷,減輕了工作人員的負擔(dān),同時也方便了居民小區(qū)生活。系統(tǒng)功能全面,運行穩(wěn)定,市場前景廣闊。

參 考 文 獻

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中圖分類號TP391.4

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.02.045

作者簡介:趙彥,男,副高級工程師,研究方向:交通機電及聯(lián)網(wǎng)收費。張剛,男,碩士,工程師,研究方向:計算機軟件工程及信息化工程技術(shù)研究。

*收稿日期:2015年8月3日,修回日期:2015年9月15日