摘要：该文分析了使用RFID射频識别卡来实现停车场的智能化管理就作者曾参与的一个相关系统的设计与开发，结合案例实际对研发过程中的一些具体问题进行研究与探讨

　　关键词：射频卡；c/s模式；停车场；智能管理

　　随着我国社会经济的发展，城市停车问题已经成为实施国家汽车产业政策和城市道路交通政策的“瓶颈”之一目前有部分停车场使用了磁卡或接触式的ID卡进行管理。但车辆入场和出场的速度相对较慢只能由发卡機自动发卡或者人工发卡，效率不高

　　而将有源远距离读卡器RFlD射频识别技术应用于停车场管理中。可有效地管理停车场具有使车辆進出有序、手续简便、速度快、安全防盗、管理自动化、收费公正合理、应收费用不流失以及减少管理人员的特点。本文就作者参与的一個相关系统设计介绍一下设计思路

　　射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术。又称为电子标签无线射频识别，是一种通信技术可通过无线电讯号识別特定目标并且读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触也是一种非接触的自动识别技术，是目前发展最为迅速、潜力最大的新兴技术之一

　　RFID标签分为有源和无源两种。有源RFID标签自身带有电池供电读写距离远、体积大、价格高；无源RFID标签本身不带电池，其能量从读卡器发射的电磁波中获得特点是体积小、价格低、寿命长，读写范围是10毫米至5米的距离无源RFID系统的基本工作原理是当电子标签进入读卡器发射电磁波，使标签天线产生的感应电压达到规定值时电子标签被激活，并通过内置耦合线圈发送信息；系统接收从电子标签发送来的调制信号经读卡器对接收的信号进行调制和解码后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判斷该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制发出指令信号控制执行机构动作。

　　因此在本系统设计中选用无源RFID卡。鉲内有芯片和天线作数据传递和接收能源用全部密封，所以防尘防水又因为不用磁头读写，不存在磨损磁带或受干扰或因磁头积尘洏失效，可使用10万次以上在耐用、可靠程度和经济上远优于现在大多数停车场系统使用的磁卡。

　　2 开发语言及数据库

　　在开发语言嘚选择上选择了Delphi来设计前台界面，使用SQL Server来实现数据库的管理Delphi拥有一个可视化的集成开发环境（IDE）。采用面向对象的编程语育Object Pascal和基于部件的开发结构框架它提供了‘500多个可供使用的构件。利用这些部件可以快速地构造出应用系统。SQL Server数据库是目前使用的比较普遍的数据庫软件其管理功能强大，能满足本系统对于数据管理的需求借助Delphi丰富的接121实现和SQL数据库的有效链接，数据层服务器与中间层服务器之間的连接采用ADO接口连接［Z1.中间层服务器和客户端的连接采用Socket组件连接［31.建立一个三层的C/S逻辑结构如图1所示。

　　在数据库管理中可以依据本停车场内的固定用户的分组情况分别给出相应的收费标准。对不同的分组由RFID卡来识别并扣除费用在后台管理程序中可设置用户管悝、卡片授权管理和不同操作员用户权限管理等功能。

　　3 出入口控制器的设计

　　对于停车场的设计分为入口和出口因此使用RHD卡实现管理相应的需要有入口控制器和出口控制器两部分，停车场设计示意图如图2所示

　　出口控制器和入u控制器的设备是相同的。本文仅就囚口控制器进行介绍包括的硬件有：RFID读卡器、车辆检测设备、控制器、显示屏、控制道闸、视频采集设备和控制器6个部分。其中RFID读卡器囷控制器之间采用RS232接口进行通讯控制器与后台管理计算机（上位机）之间使用TS485接口实现通讯，如图3所示

　　该系统的设计关键在于借助RFlD射频识别卡实现出入口工作的快速、安全和有效。当车辆进入停车场入口通道的时候由视频采集设备抓拍车辆图像，同时周定在入口噵闸的RFID读卡器接收由车辆上的RFID射频昔发送的信号并通过系统后台PC判断该车辆上的RFID卡是否与数据库中的相关信息一致当信息一致的时候。甴控制器控制道闸的打开车辆放行，入口控制器示意图如网4所示整个过程车辆只在通过道闸时有短暂的停餐。相比目前市场lz使用的停車场管理系统使用RFID射频卡的最大特色戟是实现了车辆的快速通过、对于车辆的收费管理借助RFID卡自动完成，极大的提高了停车场的吞吐效率

　　对于固定用户的停车通过有源远距离读卡器射频卡感知车辆的进入和退出并进行身份识别：同时利用计算机管理手段确定车型及收费标准、停车计费金额。

　　结合数据库进行管理、计费最后结合自动控制技术控制机电一体化外围设备。从而控制进出停车场的各種车辆：实现车辆免停车自动出入及存放时间记录、查询和管理而对于临时用户可以由自动发卡机或者由保安人工发卡来实现。

　　4 有源远距离读卡器RFm射频识别技术的优点

　　而将有源远距离读卡器RFlD射频识别技术使用在停车场管理系统中就体现出了很多突出的优点：（1）嚴格的收费管理相对于目前的人工现金收费方式而言

　　降低了劳动强度，提高了效率收费经电脑确认和统计。杜绝了失误和作弊保障了停车场投资者的利益，防止了财务上的漏洞和现金流失的可能性（2）树立全新的物业管理形象。现代化的高科技产品的使用使企业的物业管理形象和知名度得到很大的提高。（3）安全的管理是停车场的技术难题传统的停车场系统采用人工发卡、收卡。难免有管悝疏漏因为没有随时记录可查。

　　丢车或谎报丢车现象的发牛给停车场带来诸多麻烦和经济损失。而采用RFID卡智能管理系统后月租鉲、储值卡、车卡均在电脑中记录了相应的资料，这些车辆进入车场必须先验证车卡为有效卡后在确认卡正确后方可放行入场。卡丢失後可及时补办对于临时卡，只需要进行辨认即町放行进出场即使卡丢失也町随时检索，及时处理同时再配有图像对比设备，各类停車卡均有车牌号码存档一卡专用，车牌不对电脑随时提示，并提出警告有效的防止车辆丢失。

　　随着对企事业单位、住宅小区、公共停车场的车辆管理水平要求的提高为使车辆进出方便、快捷、安全、门禁管理科学有效、服务优质文明，采用高科技产品实现车辆智能管理是各企事业单位、住宅小区、公共停车场的必然选择。

RFlD是射频识别技术（Radio Frequency denti-fieation）的英文缩写又称电子标签，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术RFID的最早应用可追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞机的“敌我辨识”系统。与目前广泛使用的自动识别技术如条码、磁卡、 IC鉲等相比

射频识别技术具有很多突出的优点：第一，安全性高．适合于高安全性的终端数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据蔀分可用一些算法实现安全管理读写器与标签之间存在相互认证的过程．可实现安全通信和存储，读写器具有不直接对最终用户开放的粅理接口可保证其自身的安全性：第二．可同时识别多个电子标签；第三，无机械磨损．寿命长．并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境；第四非接触操作，完成识别工作时无需人工干预．应用便利正是因为具有这些优点，使RFID的应用在近年来如火如荼为了使複杂的RFID系统简化．设计了基于MF RC500型读卡器的低成本无源RFID系统。系统外部接口为串口使得包括PC在内的有串口的设备可以方便地与它相连．对RFID嘚推广有重要意义。

2 一般无源RFID系统的组成

无源RFID系统由无源RFID标签、天线、RFID读卡器组成如图1所示。

RFID标签由耦合元件及电路组成其发射电波忣内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。无源标签接收到阅读器发出的电磁波信号后．将部分电磁能量转化为供自己工作嘚能量每个电子标签具有全球惟一的识别号（ID），无法修改、无法仿造保证了安全性。电子标签中保存有约定格式的电子数据

天线茬标签和阅读器间传递射频信号．即标签的数据信息。

RFID阅读器是读取（或写入）电子标签信息的设备阅读器可无接触地读取并识别电子標签中所保存的电子数据．能自动识别物体。阅读器通过网口与计算机相连．将读取的标签信息传送到计算机上．进行下一步处理

Philips公司嘚MF RC500型读卡器是应用于13．56 MHz非接触式通信的高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用先进的调制和解调概念．完全集成了在13．56 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议MF RC500支持IS014443A所有的层．内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线（可达100 mm）：接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于IS014443兼容的应答器信号；数字部分处理IS014443A帧和错误检测（奇偶 &CRC）此外，它还支持快速CRYPTOI加密算法用于验证Mifare系列产品。方便地并行接口可直接连接到任何8位微处理器．给阅读器的设计提供了极大的灵活性MF RC500可方便的用于各种基于ISO／IEC 14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。

MF RC500内部包括并行微控制器接口、双向FIFO缓冲区、中断、数據处理单元、状态控制单元、安全和密码控制单元、模拟电路接口及天线接口。MF RC500的外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线（包含读寫信号和中断等）和电源等MF RC500的并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型。它包含一个易用的双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断輸出为连接各种MCU提供了很大的灵活性。

即使采用成本非常低的器件也能满足高速非接触式通信的要求数据处理部分执行数据的并行一串行转换。支持的帧包括CRC和奇偶校验MF RC500以完全透明的模式进行操作．因而支持IS014443A的所有层。状态和控制部分允许对器件进行配置以适应环境嘚影响并将性能调节到最佳状态。当与Mifare Standard和Mifare通信时使用高速CRYPTOI流密码单元和一个可靠的非易失性密匙存储器。模拟电路包含一个具有阻抗非常低的桥驱动器输出的发送部分这使得最大操作距离可达100 mm。接收器可以检测到并解码非常弱的应答信号

系统主要由AT89S51、MF RC500、时钟电路、看门狗、MAX232和矩阵键盘等组成。系统的工作方式是先由MCU控制MF RC500驱动天线对Mifare卡也就是对应答器（PICC）进行读写操作，然后与PC通信把数据传给上位机。主控电路采用AT89S51因为 AT89S51的开发简单、快捷．运行稳定。采用ATMEL的AT24C256型．12C总线EEPROM存储系统的数据为了防止系统“死机”。使用 MAX813作为看门狗来實现系统上电复位、按键的热重启及电压检测等与上位机的通信采用RS一232方式，整个系统由9V电源供电．再由稳压模块 7805稳压成5V的电源

MF RC500和单爿机AT89S51都是采用标准TTL电平，不需电平转换单片机AT89S51与PC串口电平不匹配．使用MAX232型电平转换器进行电平转换。系统硬件设计中的关键接口部分连接如下：

MF RC500的ADO—AD7（脚13一脚20）为带施密特触发器的双向数据和地址复用总线接单片机AT89C51的ADO—AD7（脚39一脚32）。

MF RC500的NWPdRNW（脚10）为带施密特触发器的写禁止／只读信号接单片机的写信号WR（脚16）。

MF RC500的NRD／NDS（脚11）为带施密特触发器的读禁止数据选通禁止信号，接单片机的读信号RD（脚17）

MF RC500的NCS（脚19）为带施密特触发器的片选禁止信号．接单片机的I／O口线P2．7（脚28）。

MF RC500的ALE（脚21）为带施密特触发器的地址锁存使能信号接单片机的地址锁存信号（脚30）。

MF RC500的IRQ（脚2）为带施密特触发器的中断请求信号接单片机的中断0（脚12）。

MF RC500的非接触式天线接口使用表1所列的4个引脚

为了驱動天线。MF RC500通过TXl和TX2提供13．56 MHz的能量载波根据寄存器的设定对发送数据进行调制来得到发送的信号。S50卡采用RF场的负载调制进行响应天线拾取嘚信号经过天线匹配电路送到 RX脚。MF RC500的内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理．然后数据发送到并行接口．由微控淛器进行读取MF RC500对驱动部分使用单独电源供电。

一般的天线设计要达到如下要求：1）使天线线圈的电流最大用于产生最大的磁通量；2）功率匹配．以最大程度地利用产生磁通量的可用能量；3）足够的带宽．以便无失真地传送用数据调制的载波信号。天线是有一定负载阻抗嘚谐振回路．阅读器又具有一定的源阻抗为了获得最佳性能，必须通过无源的匹配回路将线圈阻抗转换为源阻抗然后，通过同轴线缆即可无损失且无辐射地将功率从读写器末级传送到匹配电路

为了节约成本和减小系统体积．本系统采用PCB板天线设计。品质因数Q是一个很偅要的参数．用于电感耦合式射频识别系统的天线其特征值就是它的谐振频率和品质因数。较高的品质因数值会增加天线线圈中的电流強度由此改善对RFID卡的功率传送。与之相反天线的传输带宽刚好与品质因数值成反比例变化，选择的品质因数过高会导致带宽缩小从洏明显地减弱卡片接收到的调制边。品质因数可以通过电感线圈电抗与电阻的比值计算出来公式如（1）：

天线部分电路和EMC的原理如图如4所示。

除了复位以外．对MF RC500的绝大多数控制是通过读写MF RC500的寄存器来实现的MFRC500共有64个寄存器，分为8个寄存器页每页8个．每个寄存器都是8位。單片机将这些寄存器作为片外RAM进行操作最常用的是FIFODATA（数据堆栈）、COMMAND（命令）、FIFOLENGTH（堆栈长度）和PRIMARYSTATUS（标记）等。要实现某个操作．只需将该操作对应的代码写入对应地址即可例如MF

当对应的。RFlD卡S50进入阅读器的有效范围时天线的能量使 RFID卡耦合出自身工作的能量，并建立通信MF RC500對卡的操作主要是通过写通讯命令、参数和数据到FIFODATA，再通过写命令到120MMAND实现与RFID卡的通讯。系统工作流程如图 5所示

本文介绍了基于Philips公司MF RC500型讀卡器和AT89S51型单片机的RFID阅读器的低成本软硬件设计。经实践验证本系统可成功实现对符合IS014443协议的 MifareS50卡的读写，并且能对范围内的多个卡准确無误地读写读写距离达到8 cm。如果对天线系统进行优化还可以达到9 cm—lO cm本系统成本低廉，可靠性高操作便利，可以方便地和包括PC在内的囿申口的设备连接它可以作为简单模块与其他系统相连．对RFID的推广有重要意义。