基于RFID自动停车收费系统优秀课程设计.docx

课程设计汇报书

设计名称： 自动停车收费系统
课程名称：射频识别技术和应用课程设计

摘要

射频识别技术（RFID）是从20 世纪80 年代起走向成熟一个自动识别方法。它含有很多突出优点：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成信息输入和处理，可工作于多种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便，实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，机具无直接对最终用户开放物理接口，能愈加好地确保机具安全性；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相互认证，实现安全通信和存放等。
基于射频识别技术（RFID）智能收费系统，由自动车辆识别技术和实时监控系统组成。经过 RFID 技 术获取车辆牌照号、车型、所属用户和银行专用账户等数据，并由实时监控系统经过摄像机获取车辆图像。数字化处理后查对实际牌照号和车载信息卡牌照号是否相符。相符即为正当车辆，其通行费经计算机网络，从用户开户行专用账户中自动交纳，从而实现不停车自动收费。反之则经过监控网络对违章车辆进行惩处。
关键词：射频识别；电子收费系统；自动识别技术；自动车辆识别

目录
1.开发背景 1
2.系统分析 1
2.1可行性分析 1
2.2系统特点和原理 2
3.系统设计 3
3.1 QT平台介绍 4
3.2 系统功效结构 4
3.2功效 8
4.系统测试 8
5.开发环境 11
6.总结 11
7.参考文件 12

1.开发背景
伴随经济发展，大家生活水平也越来越高，汽车正逐步走进平常百姓家。交通工具方便了大家生活，但车辆日益增加，在某种程度上也给生活带来了很多不便，造成了部分负面社会影响，如汽车尾气对环境污染、车辆存放安全、停车困难等。尤其像繁荣地带商业购物区、大型医院、商务办公写字楼等场所，停车场面积大，车位多，但往往在停车上存在种种不理想现实状况：停车等候、刷卡不被识别，人工收费速度慢等。停车设施建设严重落后, 也直接造成交通堵塞、擦车追尾等交通事故, 不一样程度阻碍了城市经济发展。不管是发达国家还是发展中国家, 全部毫无例外地承受着停车场容量和汽车拥有量严重不对称现实, 致使有车无处停, 和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和坏，不仅会影响到企业或企业形象，长远来讲也会影响到企业、企业社会效益和经济效益。
设计目标
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需。方便大家出行和管理层对车主管理。有效地提升停车场管理效率。
同时，深入巩固射频识别基础概念、理论、分析方法和实现方法，增强应用QT、Ubuntu软件设计实现射频识别应用系统能力。使用所学内容处理实际工程问题，提升工程实践能力、就业能力。

2.系统分析
2.1可行性分析
近几年，中国停车场自动停车收费技术已逐步走向成熟，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个子系统实现和计算机网络相联，使管理人员在远距离就能方便地实现智能化监控和管理， 从而在很大程度上减轻了停车问题带来压力。
中国停车场收费管理系统通常采取以下多个收费方法:
（1）采取摄像计费方法: 在停车场门口一定位置放置一台摄像机, 利用摄像机采集下汽车车牌号码, 传送单片机或电脑处理。再由单片机计时和收取费用,并控制大门开启。该方案中所包含信息量大, 要求必需含有较大存放容量,硬件、软件设计复杂, 花费成本高。
（2）采取刷卡计费方法: 车主必需到指定地点办理IC卡,经过刷卡进出停车场, 并采取IC卡缴停车费用纳费。但该方法更适合于有长久固定停放车位停车场。
（3）采取非接触IC卡自动计时收费方法：硬件组成上简单清楚，直接由上位机控制，软件设计较为复杂
本系统采取刷卡计费方法。
(1)使用13.56M标签实现；
(2)系统自动统计牌号、车辆型号及进场时间；
(3)出场时自动计算停车费用，并在卡中扣除对应金额；
(4)余额不足则系统报警
尽管中国很多站点已采取微机管理，但仍然是 人工收费，效率低。所以电子收费（ETC：Electronic Toll Collection）系统必将成为未来收费关键方 式。多年来，一个非接触式自动识别技术，即射频 识别技术 RFID（Radio Frequency Identification）， 实用化使非接触式自动识别成为可能
射频识别技术以射频信号自动识别目标为对象，无需可见光源，含有穿透性，可透过外部材料直接读取远距离数据，无需和目标接触。此优点可应用在智能交通领域（ITS），不停车收费系统就是在此基础上建立。对于自动收费系统，必需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（专用短程通信协议）可确保其最少有 10m 双向通讯距离。

2.2系统特点和原理
2.2.1 RFID 特点
RFID 是自动识别技术 AEI 在无线电技术方而 具体应用和发展，其基础原理是利用射频方法进 行非接触双向通信，以达成识别目标，并交换数 据。和同期或早期接触式识别技术不一样，RFID 突出特点是可非接触识读，可识别距离达几十米 多个高速运动物体。RFID 系统中，经过对 RFID 卡进行读写操作，实现对各类物体或设备在不一样状 态（移动、静止或恶劣环境）下自动识别和管理。
2.2.2 RFID系统结构
射频识别系统包含射频卡、读 写器。射频卡和读写器间相互不接触并利用感应、无线电波或微波进行数据通信，达成识别目标。 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。低频系统经典工作频率有 125kHz、225kHz、13.56MHz 等，高频系 统经典工作频段有 915MHz、2.45GHz、5.8GHz 等。本文采取13.56MHz进行设计。
2.2.3 RFID工作原理
该系统基础工作步骤是：阅读器经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，射频卡取得能量被激活；射频卡将本身编码等信息经过该卡内置天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送载波信号，经天线调整器传送到阅读器，并对接收信号进行解调和解码后 送后台主系统进行相关处理；主系统依逻辑运算判定该卡正当性，针对不一样设定做出对应处理和控制，发出指令信号控制实施机构动作。图

3.系统设计（具体描述方案框架和细节，论证试验结果）
目标
(1)使用13.56M标签实现；
(2)系统自动统计牌号、车辆型号及进场时间；
(3)出场时自动计算停车费用，并在卡中扣除对应金额；
(4)余额不足则系统报警。

3.1 QT平台介绍
QT是一个跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既能够开发GUI程序，也能够用于开发非GUI程序，比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包含项目生成向导、高级C++代码编译器、浏览文件及类工具、集成了Qt Designer、Qt Assistant等。

3.2 系统功效结构
射频自动停车收费系统按其功效可分为自动识别控制子系统、自动判定型子系统、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． 自动识别控制子系统关键由射频自动识别读写器、射频自动识别卡，天线、车道道闸控制机、收费员计算机终端等组成，它是整个不停车收费系统关键，负责控制不停车收费车道全部设备运行、收费业务操作管理和和收费站计算机通信和数据交换。
2． 自动判定型子系统关键由光栅、高度检测器、轴数检测器等组成，它经过采集车辆高度和轴数等参数，经综合分析比较来判别车辆车型；该子系统最少能够判别三种以上车型。自动判定型子系统在有些场所能够由用户选择使用。
3． 数据采集子系统关键由系列射频天线和射频电子标签卡组成。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、剩下金额和使用期等信息；天线被安装在收费前端，它经过微波技术从射频电子标签卡上读取相关信息，并同时传送给车道控制主机。
4． 闭路电视子系统关键由车道摄像机和收费站监视器等组成。车道摄像机被安装在收费岛前端，关键用于拍摄非法经过违章车辆。
5． 信号控制子系统关键由通行信号灯、偏叉信号灯和自动栏杆等组成，用于提醒驾驶员正确使用停车收费车道。
6． 车辆检测子系统关键由三组环形线圈组成。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，用于统计车流量，并控制自动栏杆、通行信号灯和偏叉信号灯工作状态。
系统步骤图
入口
车辆进入工作区
检测判定车辆
是否有卡
请读卡
读卡机读取信息
逻辑判定
读卡机统计信息并传给计算机
道闸开启
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
通行完成

出口
车辆进入工作区
是否临时车
请读卡
读卡机读取信息

逻辑判定
读卡机统计信息并传给计算机
道闸开启
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
通行完成
计算机统计信息
不予出场
交费
报警
余额不足
余额足

3.2功效
操作员权限设置
软件各个功效模块操作权限全部能够任意控制，故软件系统可任意设定不一样操作等级。不一样等级对应着进入软件系统不一样密码，故软件系统含有良好保密性和可靠性。不相同级操作人员进入软件系统后，能实现不一样功效。软件系统含有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多种相关资料。比如：月租卡车资料录入，车位数量、无偿时间、收费标准、离场时限录入，无偿资料清单录入，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
查询或修改多种相关资料。比如：卡发行、延期、充值、挂失、恢复、回收、换卡、人工出场等统计。查询车辆出入车场统计、在场车清单、某卡号车流水账、操作员交接班统计、操作员值班流水账。管理员可更改相关资料。比如：系统自动删除统计时间、更改车场车位数量、更改系统时间等等。
ETC充值
能够进行网上充值，手机用户端充值。利用 13.56M 电子标 签内部存放区域，能够存放车主姓名、车辆类型、所属小区编号、余额等信息。同时，含有对卡 初始信息写入（注册）、充值功效。 系统由一个 ETC_Recharge 程序组成，该程序经过对 13.56M 读写器控制，完成对电子标签内 部数据读取、判定、信息分析、将数据写回标签等操作。
对电子标签自动识别、扣费
利用 13.56M 读写 器对电子标签进行自动识别，并在出现有效电子标签时自动对标签进行判定，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注册充值界面开启

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写入成功提醒
4再次读取标签

图4程序自动再次读取卡内信息
停车自动识别、扣费
1停车自动识别、扣费界面开启

图5主界面
2在“收费标准”中，设置适宜收费标准
3确保 13.56M电子标签有余额
4将电子标签靠近 13.56M读写器天线上方，能够看到在“车辆信息”一栏中会显示车辆基础信息，包含余额、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当余额不足时，响铃报警

5.开发环境
1.PC 机一台
2.应用型 RFID 试验箱一台
3. 14443 协议白卡若干

6.总结（设计心得体会，而且总结试验方法）
智能停车场收费系统是经过计算机、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。是专业车场管理企业必备工具。它经过采集统计车辆出入统计、场内位置，实现车辆出入和场内车辆动态和静态综合管理。系统通常以射频感应卡为载体，经过感应卡统计车辆进出信息，经过管理软件完成收费策略实现，收费账务管理，车道设备控制等功效。这大大提升我们现代人生活效率。
此次设计我们利用RFID 试验箱，QT、Ubuntu软件来完成。使我们深入巩固射频识别基础概念、理论、分析方法和实现方法，增强我们应用QT、Ubuntu软件设计实现射频识别应用系统能力学会尝试使用所学内容处理实际工程问题，提升了我们能力。
注意：1标签在读写器上方停留时间不要超出 10 秒钟，不然程序会认为车辆要驶出工作区。
2假如需要使用同一张卡再次测试，需要注意等候超出 10 秒以后再刷，因为 10 秒以内程序 认为车辆仍然是刚离开工作区，并不会认为再次进入。

7.参考文件
[1] 宋夕阳，张忠.智能停车场管理系统[J].智能建筑和城市信息.（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试验箱试验指导书.
[5]米志强.射频识别技术和应用.