小区车辆智能化管理系统(RFID).doc
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- 上传时间:2023-05-11
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小区车辆智能化管理系统(RFID).doc
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序号:
编码:
2010年学生科研课题论文
作品名称:
基于RFID的局域物联网系统开发
作品类别:
B
类别:
A自然科学类学术论文
B科技发明制作
C哲学社会科学类学术论文与社会调查报告
基于RFID的局域物联网系统的开发
摘要
“基于RFID局域物联网系统开发”是以RFID技术(射频技术)为技术核心,以物联网系统为研究方向,运用包括RFID技术、数据库技术、互联网技术等,最终实现对现实生活中重要实物的高效管理及信息共享的研究课题。
本小组联系课题要求,确立以RFID技术实现小区车辆出入智能化管理为课题研究模型,将建立“小区车辆智能化管理系统”作为此次科研内容。
随着计算机及信息技术的日益发展,许许多多的智能化设备进入了人们的生活中。
由调查研究发现许多的小区在停车管理上存在着一定的局限性,为了方便有效的在局域网平台上实现小区车辆智能化管理系统,我们将利用RFID的便捷性、唯一性给小区的车辆管理提供方便性、安全性。
本课题的主要任务就是运用RFID技术建立小区车辆智能管控系统,实现小区车辆管理的高效化、便捷化和安全化。
关键字:
射频识别,物联网,CY-R031A,小区车辆管理。
RFID技术简介及工作原理
1.1RFID技术简介
RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写,即射频识别。
它是一种非接触的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。
RFID 技术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。
RFID系统至少包含电子标签,阅读器和天线三部分
电子标签:
射频识别系统的数据载体,电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。
阅读器:
即RFID阅读器,通过天线与RFID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。
典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。
天线:
其作用是在标签和读写器间传递射频信号。
1.2RFID工作原理和相关原理知识
射频识别系统由电子标签、读写器、计算机通信网络三部分组成,如下图所示:
射频识别系统的基本结构框图
射频识别系统的基本工作流程是:
读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流,标签获得能量被激活;标签将自身编码等信息通过标签内置天线发送出去;系统接收天线接收到标签发送来的载波信号,经天线调节器送到读写器,读写器对接收的信号进行解调和解码,然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号对标签进行操作。
1.3RFID系统的基本模型
射频识别系统的基本模型如下图所示。
电子标签与阅读器之间通过祸合元件实现射频信号的空间(无接触)藕合,在藕合通道内,根据时序关系,实现能量的传递和数据的交换
射频识别系统的基本模型图
小区车辆管理系统概述
2.1小区车辆管理系模型
小区车辆管理系统主要包括放置在停车场出入口的读写器,一个控制中心,一个数据库,和大量车卡,其模型如下图:
授权车辆
读卡器
控制中心
读卡器
授权车辆
2.2工作原理:
控制中心通常是一台运行了停车场管理系统软件的计算机,除了在发卡和销卡时需要一位管理员人工干预以外,其他时候可自动运行,通过与之连接的读写器,控制中心可掌握任何时刻进出停车场的车辆并在后台进行处理,包括开关出入口的闸机,车辆计费以及车辆状态统计和显示等。
管理员可以通过管理界面方便地使用和查看这些数据。
车载卡,使用RFID系统的停车场需要为每部车辆发放一个RFID标签车载卡。
一辆车首先需要去控制中心注册并领取一张未联其他车辆的车卡,此时,控制中心将该车辆登录进数据库,成为一条主数据,并和车卡上的身份代码建立关联。
一旦这样的关联建立后,车卡即可认为代表该车辆。
在停车场出入口放置读写器。
读写器每隔固定时间发送询问信号,如果此时正好有车辆需要出入库,则该车辆上的标签返回它的身份代码。
如上图所示,车辆在读写器前经过,读写器读取到标签身份后提交给后台控制中心,由控制中心将标签身份代码和数据库进行对比,决定是否开轧放行。
由于大部分操作可由RFID系统结合控制中心计算机自动完成,停车场可节省不少人力资源。
另外,在停车计费和车辆出入库状态统计方面,停车场管理系统也可提供优秀的解决方案。
CY-R031A桌面读写器及S50非接触式IC资料介绍
3.1器件的选择
该课题是基于RFID的局域物联网系统的开发,题目范围很大。
由于我们着重研究其工作原理及其相关的简单应用,所以我们就建立一个基本的模型对其展开研究讨论,该模型是小区车辆管理系统。
考虑到RFID读写设备的读写距离和各种标签在价格上普遍偏贵,所以在各种因素的制约下,经过本小组成员的讨论,决定采用CY-R031A桌面读写器。
3.2CY-R031A桌面读写器产品介绍
CY-R031A型RFID桌面读写器是一款稳定、实用、高性能的13.56MHz非接触式IC卡通用读写机具,产品采用RS232通讯接口,具有内置“看门狗”电路,产品支持ISO14443TYPEA标准非接触式IC卡读写,提供各种丰富、完善的接口函数(动态链接库DLL)以及开发平台的驱动开发包、演示程序。
广泛的应用在考勤、门禁、停车系统、身份认证、一卡通收费、公交、医疗等收费、查询、储值等智能卡管理,其实物如下图:
CY-R031A桌面读写器
特点
▲多种接口方式:
USB/RS232/RS485/RJ45等(具体不同型号对应不同接口);
▲能自动感应到靠近天线区的卡片,并产生中断信号;
▲采用高集成ISO14443A读卡芯片,支持MIFARE标准的加密算法;
▲采用工业级高性能处理器,内置硬看门狗,具备高可靠性;
▲抗干扰处理,EMC性能优良;
3.3CY-14443A芯片介绍
引脚配置
引脚定义:
J1为模块与控制器的接口,J2为模块与天线的接口
UART接口(CY-14443A-C型)
默认波特率为19200bps(可通过软件方式更改波特率,掉电保存)。
开机默认为自动寻卡方式,无需上位机频繁发送寻卡指令,当卡片进入到天线区后在SIG引脚上出现低电平,上位机可直接通过寻卡指令读取卡片序列号。
CY-14443A-C可以方便地与MCU或PC机连接,下图是与MCU或PC机的典型连接图,当和PC机联机时需要接232电平转换,也可以接RS485芯片。
复位电路可以接阻容复位或直接用控制器控制,低电平有效,如果悬空则默认为上电自动复位。
串口连接模式
应用连接模式
应用原理图见附录一
3.4S50非接触式IC卡简介
主要指标
容量为8K位EEPROM
分为16个扇区,每个扇区为4块,每块16个字节,以块为存取单位,每个扇区有独立的一组密码及访问控制
每张卡有唯一序列号,为32位,具有防冲突机制,支持多卡操作
无电源,自带天线,内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路
数据保存期为10年,可改写10万次,读无限次
工作温度:
-20℃~50℃(湿度为90%),工作频率:
13.56MHZ
通信速率:
106KBPS,读写距离:
10cm以内(与读写器有关)
工作原理
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成。
天线:
卡片的天线是只有几组绕线的线圈,很适于封装到IS0卡片中。
ASIC:
卡片的ASIC由一个高速(106KB波特率)的RF接口,一个控制单元和一个8K位EEPROM组成。
工作原理:
读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个LC串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存,当所积累的电荷达到2V时,此电容可做为电源为其它电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。
3.5软件说明
其界面如下图:
软件的主要功能:
当读写器通过USB接口与电脑相连时需要安装相关驱动,驱动安好以后,当电源接入系统正常之后,电源指示灯绿灯正常亮起。
此时点击软件上方的打开端口就可以实现读写器与PC机的通信,当IC卡到达读写器规定的读写范围以内时通讯指示灯蓝色灯会发生闪烁,即表示当有通讯数据,平时亮起,此时卡片有效指示灯红灯亮起。
通讯指令正常被执行之后,会出现短暂蜂鸣音提示。
如果指令发送后没有蜂鸣音,那么就是该指令执行过程中出现错误,比如寻卡时卡不在有效读卡区域等。
初始化钱包、钱包加值、钱包扣款可以实现车辆进出收费功能。
软件源代码见附录二
总结
本文阐述了一种车辆智能管控系统的实现,该系统采用RFID电子标签取代传统的车辆识别技术。
车辆上安装的电子标签车载卡,一方面作为车辆身份标志的无线电子车牌,另一方面又负责将采集的车辆运行数据传送给读卡器。
这种方案有效地给管理部门提供了真实的车辆运行数据,从而实现了完全电子化的车辆管理监控。
由于物联网技术是一个新型的技术,RFID技术目前不是完全成熟,其设备成本居高不下,RFID标签识别率不够,其数据安全性有待增强等等,在加上本组成员知识水平和各方面的能力有限,我们大致完成了该项目的原理应用和设备的调试工作。
该项目的发展潜力很大,希望通过努力能在以后对此项目进行完善。
致谢
本论文的方案设计和方案实现都是在汪老师悉心指导下完成的。
首先我们要感谢汪老师在我们科研立项过程中的指导和帮助。
同时在此次科研立项的完成来自本组成员共同努力和合作。
成员之间的切磋交流很大地拓宽了我们的思路和视野。
而且我们共同营造了一个轻松而温暖的研究环境,这对于我们在此次科研立项取得的成绩是不可或缺的,并且使我们累积了宝贵的项目开发经验。
附录一
CY-14443A-CRS232接口连接原理图:
附录二
测试软件源代码:
UCHARCheckSum(UCHAR*databuf)
{
UCHARtmp=databuf[0]-1;
UCHARchksum=databuf[0];
while(tmp)
{
chksum^=databuf[tmp];
tmp--;
}
if(databuf[databuf[0]]==chksum)return1;
else
databuf[databuf[0]]=chksum;
return0;
}
#definePCD_PN0x01 //设备型号
#definePCD_SN0x02 //设备序列号
#definePWR_DOWN0x03 //设备掉电,需重新加电复位
#defineFW_REL0x10 //PCD固件版本号
#defineSOFTDOWN0x11 //模块软掉电
#defineHALT_CARD0x12 //中止卡操作
#defineAUTOSEARCH0x13 //自动寻卡
#defineBEEP0x14 //蜂鸣器开关
#defineBEEP_TIME0x15 //鸣响时间
#defineOUT1 0x16 //OUT1输出
#defineOUT2 0x17 //OUT2输出
#defineCARD_TYPE0x19 //读取卡类型
#defineCARD_SN0x20 //读卡序列号
#defineREAD_BLOCK0x21 //读块数据
#defineWRITE_BLOCK0x22 //写块数据
#defineINIT_PURSE0x23 //初始化钱包
#defineREAD_PURSE0x24 //读钱包
#defineADD_PURSE0x25 //钱包充值
#defineDEC_PURSE0x26 //钱包扣款
#defineREAD_SECTOR0x2a//读扇区
#defineWRITE_SECTOR0x2b//写扇区
#defineREAD_E20x30//读E2
#defineWRITE_E20x31//写E2
UCHARblocks=0;
UCHARisautomodel=0;
voidCCOMMDLGDlg:
:
OnRadio1()
{
UpdateData(TRUE);
BOOLbWriteStat;
OVERLAPPEDm_osWrite;
memset(&m_osWrite,0,sizeof(OVERLAPPED));
m_osWrite.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);
DWORDdwWritten=0;
UCHARbufsend[32];
intx;
UCHARAA_TIMES=0;
UCHARy;
bufsend[0]=0xaa;
bufsend[1]=0xbb;//命令头
switch(m_MODE)
{
case0:
//获得模块序列号,8个字段
bufsend[2]=2;//包长度
bufsend[3]=PCD_PN;//命令字
CheckSum(&bufsend[2]);
break;
case3:
//自动寻卡
bufsend[2]=3;//包长度
bufsend[3]=AUTOSEARCH;//命令字
bufsend[4]=1;//命令字1自动,0被动
CheckSum(&bufsend[2]);
break;
case7:
//获得卡片类型
bufsend[2]=2;//包长度
bufsend[3]=CARD_TYPE;//命令字
CheckSum(&bufsend[2]);
break;
case8:
//获得卡序列号,回送8个字节
bufsend[2]=2;//包长度
bufsend[3]=CARD_SN;//命令字
CheckSum(&bufsend[2]);
break;
case9:
//读块
bufsend[2]=0x0a;//包长度
bufsend[3]=READ_BLOCK;//命令字
bufsend[4]=0x00;//密钥A/B分类
bufsend[5]=1;//块1
for(x=0;x<6;x++)
bufsend[6+x]=0xff;//0xff
CheckSum(&bufsend[2]);
break;
case10:
//写块
bufsend[2]=0x1a;//包长度
bufsend[3]=WRITE_BLOCK;//命令字
bufsend[4]=0x00;//密钥A/B分类
bufsend[5]=0x1;//块1
for(x=0;x<6;x++)//6个字节密钥
bufsend[6+x]=0xff;
for(x=0;x<16;x++)//16字节数据
bufsend[12+x]=x*17;
CheckSum(&bufsend[2]);//生成校验码
for(x=0;x<16;x++)//需要对数据中的0xAA进行处理
{
if(bufsend[12+x]==0xAA)
{
for(y=AA_TIMES+17;y>x;y--)//移位
{
bufsend[12+y]=bufsend[12+y-1];
}
bufsend[12+x+1]=0;//补0
AA_TIMES++;//多一个数据
}
}
if(hSerial!
=NULL)//串口发送
{
bWriteStat=WriteFile(hSerial,bufsend,bufsend[2]+3+AA_TIMES,&dwWritten,&m_osWrite);
if(!
bWriteStat)
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
{
WaitForSingleObject(m_osWrite.hEvent,1000);
}
}
}
return;
break;
case11:
//初始化钱包
bufsend[2]=14;//包长度
bufsend[3]=INIT_PURSE;//命令字
bufsend[4]=0x00;//密钥A/B分类
bufsend[5]=0x1;//块1
for(x=0;x<6;x++)//6字节密钥,默认6个FF
bufsend[6+x]=0xff;
bufsend[12]=10;//钱包值10,初始化钱包为10,
bufsend[13]=0;//记住是低位在前
bufsend[14]=0;
bufsend[15]=0;
CheckSum(&bufsend[2]);
break;
case12:
//钱包充值
bufsend[2]=14;//包长度
bufsend[3]=ADD_PURSE;//命令字
bufsend[4]=0x00;//密钥A/B分类
bufsend[5]=0x1;//块1
for(x=0;x<6;x++)
bufsend[6+x]=0xff;
bufsend[12]=2;//钱包值2,增加2块
bufsend[13]=0;
bufsend[14]=0;
bufsend[15]=0;
CheckSum(&bufsend[2]);
break;
case13:
//钱包扣款
bufsend[2]=14;//包长度
bufsend[3]=DEC_PURSE;//命令字
bufsend[4]=0x00;//密钥A/B分类
bufsend[5]=0x1;//块1
for(x=0;x<6;x++)
bufsend[6+x]=0xff;
bufsend[12]=1;//钱包值1,扣款1块
bufsend[13]=0;
bufsend[14]=0;
bufsend[15]=0;
CheckSum(&bufsend[2]);
break;
default:
return;
}
if(hSerial!
=NULL)//串口发送
{
bWriteStat=WriteFile(hSerial,bufsend,bufsend[2]+3,&dwWritten,&m_osWrite);
if(!
bWriteStat)
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
{
WaitForSingleObject(m_osWrite.hEvent,1000);
}
}
}
UpdateData(false);
}
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