车辆出入库管理PLC系统设计

1、1、绪论近20年来，随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量也日益增大。由于私家车、出租车比重呈现逐年上升的趋势，因此车辆停放依旧是市民最为关注的问题。也许还有不少人对上世纪八、九十年代的“挤车难”记忆犹新，但现在“停车难”的问题更让不少人头疼。车辆停放设施的落后确实是长期困绕市民日常生活的一个老大难问题。近年来各地政府部门投入了大量人力、物力用以改善城市停车设施，随着基础设施和重大工程的建设，以及车辆的淘汰、更新和扩容，一定程度上提高了许多车辆出入库的智能管理和安全化，并缓解了交通问题。但是，简单的基础设施建设和停车管理技术已经不能满足社会日益增长的车辆对停车服务的需求。为了使交通更加便捷

2、畅通，智能交通系统（its）的理念越来越受到人们的关注，该系统将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于车辆出入库智能管理体系中，建立一种在区域性内全方位发挥作用的准时、快捷、高效的停车智能管理体系。在车辆出入库智能管理领域，相应的也出现了plc车辆出入库智能管理的概念，即含有高科技的智能系统，与普通的停车系统不同的是，它能以plc技术为基础来解决停车难的问题，直接安全、迅速地到达目的地。因此，在大力加强车辆停放智能管理的建设方面，尤其在实现快捷、便利、安全这一点上拥有很大的发展空间和潜力。为此，本文对车辆出入库智能控制管理上引入了p

3、lc技术，对车辆出入库进行了一个关于plc为主的系统设计。近几年来我国不少城市也提出了实现数字化、智能化城市停车管理的设想；客观地说，目前我国的车辆停放管理还是面临着不少有待解决的问题。停车位的详细数据采集、车辆收费系统的管理、车辆出入库安全布局等都有待通过提高信息化程度加以提高。因此，使用准确而高效的智能车辆管理系统，为管理部门和政府决策机构提供快捷的监督管理工具和详实完整的信息，将是车辆出入库发展的关键。智能交通系统its(intelligent transportation system)是目前世界交通运输领域研究的前沿课题，其核心是针对我国目前日益严重的停车需求、资源过度开发和环境保护

4、的压力，采用信息技术、数字通信传输技术、计算机技术、电子控制技术及系统集成等高新技术对传统车辆出入库系统进行深入的改造，以提高整个车辆出入库系统资源的使用效率、改善和提高车辆的安全性。智能车辆出入库是智能交通系统its的重要组成部分。它采用先进技术和高度自动化的机电设备、plc技术、数据处理设备并结合用户在车辆出入库收费管理方面的需求，以及车辆出入库管理方面的经验而开发的系统。系统能提供一种高效率的管理方式，为用户提供更方便、更有效的服务。车辆出入库智能管理系统采用图形人机界面操作方式，具有操作简单、使用方便、功能先进等优点，车场使用者可以在最短的时间进入或离开车辆出入库，从而提高车辆出入库的

5、管理水平，取得更高的经济效益和良好的社会效益。它一方面以智能化设备和完善的管理软件来简化或取代人的劳动，实现车辆出入库车辆出入、场内监控以及计费收费等全过程的完全无人化管理：另一方面通过网络化管理实现能够在一个相对广阔的地域内(例如一个城市)了解多个车辆出入库车位情况，提前预定停车位，最终实现“随意”停车，这是车辆出入库管理系统的最终目标，也是智能交通系统的目标。目前我国一般的车辆出入库管理系统重点均放在计费管理功能上，关注的是单个车辆进出的时间以便于计算时长进行计费收费。采用的管理方式仍是磁卡、条码卡或接触式ic卡甚至是简单的人工发放纸质卡片的原始管理方式，这样的管理实际上只是对卡所记录的内

6、容进行管理，例如时间信息和车牌信息等，这样做的后果是把卡与车、卡与用户孤立起来，没有将车辆与用户进行关联，安全管理机制薄弱。因此难以控制车辆出入库偷车行为。例如一些小偷开低档车进入车辆出入库换取别人的高档车；在一些无人值守的车辆出入库入口处，小偷人为触发车辆检测器，从而骗取停车卡，进入车辆出入库偷车并以骗来的卡将车开出去；固定用户以a车的卡进入车辆出入库存车而将b车开出。管理方式上的落后，不但给用户带来极大的经济损失，也给车辆出入库带来了无法克服的安全隐患。而对于车辆出入库来说，安全性是极其重要的，也是除提供停车位之外所要具备的最基本的一项功能。用户将车停放在车辆出入库，确保车辆的安全是用户的

7、一个基本需求，也是车辆出入库的一项基本职责，因此，如何加强传统车辆出入库管理系统在安全性方面的功能，保证停车用户车辆的安全，是目前车辆出入库管理系统研究工作中值得重点关注和深入研究的一个方面。近几年，随着停车需求的不断增长，车辆出入库的规模也越来越趋于大型化。因此车辆出入库管理系统也向大型化、复杂化和高科技化方向发展。自动化的车辆出入库已经成为智能交通和智能建筑的重要组成部分。随着经济的发展和停车需求的增长，车辆出入库管理系统的下一个技术发展方向将是智能化、网络化、集成化、人性化。提高车辆出入库的运行效率、加强安全性以及与智能交通系统的信息互动，把相关科学技术发展领域的最新成果合理有效的应用到

8、智能车辆出入库的完善和发展中是当前车辆出入库研究领域的首要任务。1.2 本文的主要研究内容(1)针对现有传统车辆出入库管理系统的不足之处，以射频卡为管理介质，对车辆出入库智能管理系统进行了总体设计，并按照用户性质的不同，对工作流程进行了优化设计，提高了车辆出入库的运行效率。(2)对目前车辆出入库管理系统中普遍存在的安全性问题，如车辆出入库死角、火灾、水浸和通风等问题进行了研究从而提高了车辆出入库的安全性。(3)利用智能停车管理系统的plc设计，完成了车辆入库时收费系统与主电脑系统的控制，允许车辆入库时监摄系统、定位感测器与门栏之间控制。1.3 拟定设计流程(1)问题的提出及确定研究目标。对传统

9、车辆出入库系统管理的不足进行分析，确定研究的主要目标。提出技术先进、可靠性好、运行效率高的新型车辆出入库建设方案。(2)文献整理阅读。回顾国内外车辆出入库管理系统的相关文献，针对传统车辆出入库所存在的问题。主要对收费系统技术、射频卡读写技术、plc技术的应用等相关资料进行收集和阅读，作为系统设计的理论基础和参考。(3)车辆出入库智能管理系统设计。系统设计包括三方面：第一，对车辆出入库进行功能需求分析、确定系统管理介质、系统的设备组成和工作流程，对系统进行总体设计；第二，从系统安全性角度出发，对于车辆出入库plc电路系统进行研究；第三，从合理智能收费系统角度出发，对车辆出入库收费系统智能化收费进

10、行设计。2、车辆出入库智能管理系统总体方案设计方案致力于设计出达到目前自动化程度最高和安全防盗性能最优的车辆出入库管理系统，设计以提高系统自动化、人性化程度和安全性为主。传统的车辆出入库管理系统重点均放在计费收费管理功能上，关注的是各个车辆进出的时间以便于收费，而在车辆出入库的安全性、运行效率和针对顾客的人性化要求方面考虑得较少。针对这种情况，该车辆出入库管理系统既保留了传统车辆出入库管理系统的所有功能，又以原有收费介质为依托，对管理介质进行了改进，增加了基于自动泊车引导系统和基于监摄器对车辆的识别安全监控系统。当车辆进入车辆出入库刷卡时，系统自动根据接受的卡上信息和计算机所存储的用户信息进行

11、核对，并将这些信息与用户卡唯一的对应起来一同存入用户数据库中。当车辆驶离车辆出入库时，用户卡必须与计算机上的用户信息相关指标匹配后才能放行。另外每次停车过程中，管理系统都会根据当时车辆出入库的实时停车情况为用户指定一个符合最短路径的有效停车位，而且系统都将通过电子显示屏对顾客给予停车位号指示。本系统采用“一车一卡一位”的管理模式，即从车辆进入车辆出入库一直到车辆驶离车辆出入库，与这辆车相关的所有数据均与卡的id号唯一相关，通过这个唯一的id号，我们可以将诸如用户信息车辆进出库时间、停车时长、指定停车位编号、泊车路径、应缴费用等信息在数据库中统一起来，便于查询和存储。2.1 功能需求分析在智能交

12、通系统中，对智能车辆出入库的要求是既作为整个交通系统中的一个子系统，又作为一个相对独立的系统。前者指的是作为整个智能交通系统的一部分，要求它能与智能交通系统进行信息互动，即车辆出入库不但能实时提供停车位的状态信息，为整个交通系统的疏导和指挥提供参考，又能接收来自交通指挥中心的指令信息，接受统一调整安排；后者指的是它能独立运行，具备诸如计费收费、控制车辆出入、满足用户停车需求等车辆出入库的基本功能。要建立智能车辆出入库的体系结构，首先应确定系统的用户服务要求，也就是明确车辆出入库管理系统所应具备的功能。对于车辆出入库的功能需求分析本文从以下三个方面进行考虑：交通管理部门、车辆出入库管理者和用户。

13、交通管理部门对车辆出入库的功能需求是满足停车需要、调节交通，能够让需要停车的车辆进入车辆出入库停车，避免车辆在道路上滞留，以此来缓解交通压力，使整个交通有序运行。车辆出入库管理者对车辆出入库的功能需求是保证车辆安全、计费收费、方便用户停车等，这样车辆出入库应该具有车辆出入控制、停车时长统计、费用计算、车辆识别的功能。从用户这一方面来说，车辆安全是第一位的，对于费用收取的透明度和停车、取车的方便快捷也是一个重要考虑因素。因此，综合以上三方面对车辆出入库管理的功能需求，把智能车辆出入库中的停车服务功能和交通导行服务功能归纳起来，智能车辆出入库应至少具备以下几个功能：(1)计费、收费功能；(2)智能

14、出入系统功能；(3)安全监控功能；(4)车辆出入库状态信息收集、处理功能。2.2 管理介质的确定对各种类型用户进行的管理标识，对出入车辆进行的识别验证，对用户的计费、收费以及泊车引导等过程都存在着大量的数据信息，为了将这些功能集成到同一系统中，这就要求存在一种介质将各种信息关联起来，以实现数据的集中管理。收费是车辆出入库最基本的一项功能，车辆出入库收费管理系统是伴随着公用收费车辆出入库这一新生事物而诞生的。它也是车辆出入库管理系统中发展得最早、最快和最完善的一个部分。传统车辆出入库的收费都是采用人工方式，收费过程繁琐，工作人员劳动强度高，车辆出入库利用率低下，票款易流失。为了克服这些缺点，各种

15、新技术、新材料的应用使车辆出入库收费系统的功能逐渐完善，可靠性逐步提高，计费收费方式也发生了改变。随着车辆出入库朝着大型化、现代化方向发展，许多现代控制领域及智能交通领域的前沿技术在车辆出入库管理系统中得到了广泛应用，从而使当今车辆出入库管理系统呈现功能多样化的特点。各种子系统的出现和发展使车辆出入库的功能越来越丰富的同时，也使管理的难度加大了。这就需要有一种介质将各子系统联系起来，这里我们以发展相对成熟的收费介质作为管理介质的平台和依托，以便对各子系统进行统一管理。管理介质是车辆出入库管理系统用来标识每辆车及车主的唯一标志，介质中储存有一组标明车辆身份的数字标识(id)。管理系统中的数据库以

16、此id作为主要记录和查询车辆的用户类型、使用权限、进出时间等特征信息，从而实现对出入车辆的计费收费、出入控制、身份验证，以达到将各子系统集成为一个整体的车辆出入库综合自动化管理系统的目的。管理介质是管理系统的重要技术特征。通过使用何种管理介质可以反映其系统的技术先进程度。以车辆出入库管理系统使用的管理介质为核心特征，车辆出入库管理系统经历了磁卡、条形码、接触式ic卡以及非接触类型管理介质等几个发展阶段。每个阶段的车辆出入库管理系统都是在克服其上一代系统在管理介质不足的基础上，进一步提高了管理系统的工作效率和可靠性，并丰富了管理系统的管理服务功能。2.2.1 各种管理介质性能对比车辆出入库管理系

17、统中曾经出现过的管理介质有磁卡(纸质)，条形码(纸质)，接触式ic卡，射频卡(简称rf卡)等多种，其优缺点各有不同。1纸质磁卡纸质磁卡70年代开始应用，是最早出现的车辆出入库管理介质。优点：生产成本较低(0.1元以下)，结构简单，体积小巧，便于组成大容量发卡系统(数千张)，设计灵活。缺点：数据存储容量小，不易保存(折损或磁化后数据即破坏)，无法重复使用，安全保密性差(数据未加密容易复制)，读写设备复杂且维护费用高(接触读写，需要经常清理维护)，对使用环境要求较高(对灰尘、温度、湿度有要求)。2条形码常见的二维条形码是pdf417码，在1997年底被定为我国国家标准。优点：实现计算机管理，收费全

18、部自动化。成本低，即使票据污损或者残破，也可以使丢失的数据100%恢复。缺点：信息是一次性的，不能改写。3接触式ic卡近几十年发展起来的一种集成电路芯片技术。优点：相对磁卡安全可靠(数据加密存储，加密读写)，数据存储容量大，可以一卡多用，可靠性及寿命比磁卡高，读写机构比磁卡读写机构简单，造价便宜，维护较方便。缺点：成本略高，由于触点外露而容易导致污染、损伤及静电损毁。多次读写时会造成触点磨损损坏，卡本身寿命低。用户使用时需要将ic卡插入读卡器的插卡口中才能实现读写过程，造成系统对卡的识别时间较长。读卡器的插卡口外露，易受污染，造成读卡困难，需定期清理。4射频卡(简称rf卡)射频卡是近十几年发展

19、起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和ic卡技术结合起来，解决了无源(卡中无电池)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。优点：(1)可靠性高、使用寿命长、维护成本低。射频卡与读卡器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。此外，射频卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏而使卡片失效等问题，适应各种恶劣环境。因此，在正常使用的情况下，可以保证ic卡的使用寿命在10年以上。(2)操作方便、快捷。由于非接触通信，读写器在5cm10m甚至更远的范围内都可以完成对卡片的操作，避免了灰尘、油污等外部恶劣环境对读写卡的影响。射频卡使用时非常简单，不需固定方向和位置，没有

20、方向性，卡片以任意方向掠过读写器表面，都可以完成操作，大大提高了每次使用的速度。(3)加密性能好、安全可靠。每张卡片在出厂时都写有不可更改的唯一编号(全球唯一的序列号，制造厂家在卡片出厂前已将此序列号固化，不可再更改)。射频卡与读卡器之间采用双向验证机制，即读卡器验证射频卡的合法性，同时射频卡也验证读卡器的合法性；处理前，卡要与读卡器进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。这些都确保了系统的安全性和可靠性。(4)抗干扰性强、防冲突。射频卡中存在快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此终端可以同时处理多张卡片。(5)多种权限级别

21、管理。可设置多个权限级别，增加了整个系统运行的安全性。通过各种管理介质的对比，我们不难发现，射频卡拥有其他几种介质不可比拟的优势。目前，使用以射频卡为代表的非接触类型作为管理介质的收费管理系统已经成为建设的主流方向。从操作简便性、系统可靠性和管理的有效性角度出发，本设计选用射频卡作为系统的管理介质。2.2.2 射频识别系统的介绍最基本的射频识别系统由三部分组成：(1)射频标签：在这个系统中即分配给用户的射频卡。由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。(2)读卡器(阅读器)：用来读取标签信息的设备，在车辆出入库管理系统中，一般安放在出入口处，读取射频卡上的用户信息。另外

22、它还可以用来初始化卡片和当用户充值时对卡进行数据的写入。(3)天线：在标签和读卡器间传递射频信号。系统还通过读卡器的rs232或rs485接口与外部计算机(上位机主系统)连接，进行数据交换，将读取的信息上送至计算机进行处理或存储。系统的基本工作流程是：读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到读卡器，读卡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

23、应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。按照不同的方式，射频卡有以下几种分类：(1)按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高；无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源，为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。(2)按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125khz和134.2khz两种，中频射频卡频率主要为13.56mhz，高频射频卡主要为433mhz、915mhz、2.45ghz、5.8ghz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数

24、的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。(3)按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频卡主要用于有障碍物的应用中，距离更远(可达

25、30m)。(4)按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1cm)、近耦合卡(作用距离小于15cm)、疏耦合卡(作用距离约1m)和远距离卡(作用距离至少1m以上)。(5)按芯片分为只读卡、读写卡和cpu卡。2.3 系统工作流程车辆出入库管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的，车辆出入库的工作流程也始终以用户车辆进出车辆出入库的流程为中心。车辆出入库用户一般分为临时用户和固定用户两大类。(1)临时用户临时用户是指临时使用车辆出入库停车的用户，这类用户的停车行为一般具有临时性，随机性，使用频次低的特征。临时用户潜在数量庞大且身份不确定。(2)固定用户固定用户是指长期固定使用车辆出入库停车的用户

26、，这类用户的停车行为一般具有长期性、规律性、使用频次高的特征。固定用户一般是车辆出入库附近单位的工作人员或生活区的住户，数量在一定时间内是确定的。针对车辆出入库用户一般分为临时用户和固定用户的实际情况，系统出入库工程流程也分为针对临时用户和固定用户的两种情况。为在方便管理的同时尽量降低成本，系统针对不同用户采用不同的管理介质。由于临时用户使用的频率较低，针对这类用户一般采用的是入库时临时发卡，出库时即时收费并回收卡片的方式。这里临时用户选择采用近距离的无源射频卡(临时卡)；针对固定用户使用频率较高的状况，为了方便管理，简化收费手续，系统为这类用户建立个人档案，把用户的姓名、性别等基本资料以及包

27、括用户车辆型号、车牌、品牌等在内的车辆信息存储在数据库内。另外，在我国2.4ghz2.4835ghz的频段是无需向国家无线电管理委员会申请使用许可证的公用频段，所以系统选择给用户分配一张带键盘的远距离2.4ghz有源射频卡(长期卡)。带键盘主要是为固定用户在驶离车辆出入库时作输入密码之用，通过密码确认的方式来杜绝因卡片被窃所导致的车辆被盗现象的发生。卡的id作为数据库中各关联数据表的主键。收费一般采用按月或按年预充值的形式。远距离射频卡与自动化的出入口控制系统结合可以实现对于固定用户在不停车的情况下完成所有的操作，方便了用户的停车，提高了通行效率，减少了出入口的拥塞现象出现。2.3.1 入库工

28、作流程(1)临时卡入库工作流程临时车辆进入车辆出入库时，设在车道下的车辆感应线圈检测到车辆的到来。将有车信号传送给入口控制器，入口控制器获取车辆到来的信号后，向相关设备发出指令，计算机对车辆信息进行处理。语音提示设备提示用户按动取卡按钮，入口控制器检测到取卡信号后，通过串口给发卡机发送发卡命令。发卡机接到命令后，发出一张临时用户卡，刚才系统所获取的信息即与此卡的id号对应起来。同时语音提示器提示用户取走临时卡。如果用户在规定时间内不取卡，发卡机将自动吞回用户卡，入口控制器取消此次入库工作。用户取走卡后，发卡机发出用户已取走卡的信号给入口控制器，入口控制器抬起栏杆，用户驾车驶入车辆出入库。入口电

29、动栏杆检测到配套车辆检测器信号出现“有车无车”变化后，才自动将栏杆放下，以杜绝砸车事件的发生。入口控制器接收到入口栏杆出现“抬杆落杆”的动作后，确认本次入库过程已经完成。(2)长期卡入库工作流程当持长期卡的用户车辆进入入口读卡器的感应范围时，读卡器即与射频卡之间建立起信息交换系统，射频卡向读卡器发送卡信息，读卡器判断射频卡的合法性和时间有效性，如有效则获取射频卡的id号，并将其上送至数据处理中心。同时，摄像系统和车辆识别系统将启动。摄入车辆图像，经车辆识别系统分析后，获得牌照信息、颜色信息、车型信息等；数据处理中心根据读卡器上传的id号，查询数据库中与此id号相关的车辆信息，并与刚才实时获取的

30、信息进行对比，若不符合则拒绝放行，并给出告警信息和出错提示信息。另外，数据处理中心还会检查此固定卡是否过期，如果过期则会提示“用户余额不足，请尽快充值”等信息。若符合条件，则给入口控制器一个有效信号，抬起栏杆，用户驾车驶入车辆出入库。入口电动栏杆检测到配套车辆检测器信号出现“有车无车”变化后，将栏杆放下。入口控制器接收到入口栏杆出现“抬杆落杆”的动作后，确认本次入库过程已经完成。由于长期卡与读卡器的信息交换距离在从十米到数十米，并且都是在空间里完成的，时间花销短，所以当车辆到达入口时，电动栏杆已经抬起，这样便实现了固定用户的不停车操作。如图2-1所示。图2-1 入库工作流程2.3.2 出库工作

31、流程(1)临时卡出库工作流程用户驾驶车辆进入车辆出入库离场通道，停在出口处，车辆检测器检测到有车后，向出口控制器发出有车信号。摄像系统和车辆识别系统启动，摄入车辆图像，经车辆识别系统分析后获得相关的车辆信息等；用户将入库时取得的用户卡交给管理人员，管理人员通过出口读卡机读取用户卡id信息，并将用户卡收回循环使用。数据中心通过检索数据库中对应id号，获得该用户卡的类型(临时卡)、入库时间，并查询数据库中与此id号相关的车辆信息，并与刚才实时获取的信息进行比对，若不符合则拒绝放行，并给出告警信息和出错提示信息。若符合，数据中心根据车辆在场内停留时间和计费费率，计算出用户应缴费额，并显示在金额显示器

32、屏幕上。同时语音提示设备提示用户应缴纳的金额，用户交纳相应费用后，管理人员将找零和打印的收费票据一并交给用户，按交易完成键，确认交易完成后，通过出库控制器打开出口电动栏杆，用户驾车驶出车辆出入库。出口电动栏杆检测到配套车辆检测器信号出现“有车无车”变化后，自动将栏杆放下。计算机接收到出口栏杆出现“抬杆落杆”动作后，确认本次出库过程已经完成，将先前获得的用户卡号、入库时间、出库时间保存到相应数据库中备查，完成一次出库过程。(2)长期卡出库工作流程持长期卡用户的车辆到来时，用户通过键盘输入密码，读卡器获取该卡的信息，将信息上送到数据处理中心，判断用户卡的有效性和密码，并将数据中心查询到的与此id号

33、相关的车辆信息与车辆识别系统获取的信息进行比对，如果符合，则给出口控制器一个有效信号，由出口控制器控制抬起出口电动栏杆，用户驾车离开车辆出入库，完成一次出库过程，如图2-2所示。图2-2 出库工作流程2.3.3 内部工作流程内部工作流程主要是用户从入口出发找到停车位存车以及取车出库的过程。电子显示屏会出现停车位编号指示，以便用户快速找到空的有效停车位。当车辆检测器检测到有车来时，车辆出入库内部的车位检测系统便将检测到的车位信息送给中心处理计算机进行数据处理，找到当前的最佳有效停车位和最短路径，并且将有效停车位的编号显示在指示屏上，方便顾客在车辆出入库中快速、准确的找到指定停车位。泊车引导系统的

34、数据处理中心还可以通过专线方式将车辆出入库当前的车位信息上送给城市或区域交通指挥中心，为城市智能交通信息系统提供信息支持，使其完成城市交通诱导功能，起到缓解交通压力的作用。2.4 管理系统组成有了系统功能需求以后就可以确定系统的外部实体，根据系统功能和系统外部实体，可以从总体上对车辆出入库管理系统进行设计。车辆出入库智能管理系统结构图如2-3所示。图2-3 车辆出入库智能管理系统结构2.4.1 系统设备组成车辆出入库管理系统组成主要分为硬件系统和软件系统两大部分。按照车辆出入库的工作流程和管理体系的功能以及设备的安装位置，可以把硬件系统设备分为以下7大类：(1)入口设备包括：入口自动吐卡机，入

35、口读卡器，微波天线，车辆检测器，入口语音提示设备，入口控制器，入口电动栏杆，入口栏杆用车辆检测器，车位满指示屏，入口声光报警装置；(2)出口设备包括：出口读卡机，出口读卡机用车辆检测器，出口语音提示设备，出口控制器，停车费用显示屏，出口电动栏杆，出口栏杆用车辆检测器，出口声光报警装置；(3)用户收费终端设备包括：计算机，485通信卡，收费票据打印机；(4)数据处理中心设备包括：数据服务器，中心读写卡机，后备电源，通信modem；(5)自动泊车引导设备包括：车位信息处理计算机，车位信息检测系统，语音提示设备；(6)车辆出入库监控设备包括：视频卡，显示器，声光报警装置；(7)其他设备包括：照明设备

36、，通风设备，消防设备等。2.4.2 系统设备功能入口设备是车辆进入车辆出入库(停车)过程中所使用设备的集合。其应具备的功能包括车辆检测、发卡、读卡、控制车辆进场、显示停车位信息等。其核心功能是车辆检测设备检测车辆到来，管理介质识别设备获得用户在管理系统中的身份标识，检验用户是否具有存车的权限并通过相关设备控制用户的存车行为。出口设备是车辆驶离车辆出入库(取车)过程中使用的设备的集合。其功能包括检测车辆、读卡、车辆特征信息匹配、通过电动栏杆控制车辆出库等。其设备的核心功能是通过管理介质识别设备获得用户车辆在管理系统中的身份标识，获取车辆的相关特征信息，将车辆入库和出库车辆特征信息进行对比，检验用

37、户是否具有取车的权限，控制用户的取车行为。用户收费管理设备是车辆出入库管理系统底层硬件设备的控制中心，负责所有底层硬件设备状态检测、数据通信及控制功能。用户收费管理设备作为系统前端应用软件的运行平台，应为管理者提供友好的管理系统界面，显示设备运行情况和车辆出入库管理信息，负责停车计费收费，执行用户发出的管理命令，给出口设备下发控制信息。通过停车费用金额显示器、票据打印机等配套设备，收费终端可以完成停车交易的结算功能。数据处理设备是系统数据库运行和数据处理的硬件平台，其功能是保证数据库系统的稳定运行，保证管理系统数据、用户数据等被安全可靠的存储和查询的正常运行。车辆出入库监控及报警设备是对车辆出

38、入库内部状态进行监控的摄像机、声光报警、自动拔号报警等设备，主要功能是对车辆出入库内部状态进行监控并结合报警装置在有危险情况发生时产生报警，以引起工作人员注意，保证车辆出入库安全。3、发卡器与ic卡读写器的设计介绍了mifare1ics50非接触式ic卡的结构，描述了车辆出入库管理系统的基本模块及功能。介绍了发卡器的配置卡与用户卡的功能，并给出了2种卡的工作流程。针对ic卡读写器的设计，给出了流程图和硬件电路图，并给出了在pic16f876单片机上测试通过的程序源代码。文中发卡器与ic卡读写器的设计，依据实际要求还可以开发更多的功能。随着科技和中国经济的高速发展，人民生活水平不断提高，城市汽车

39、增长迅猛，车辆出入库成为人们生活中必不可少的一部分。非接触式ic卡车辆出入库管理系统以射频卡技术和计算机技术为核心，加上精密的控制设备，实现了车辆出入库的收费现代化管理，具有方便灵活、准确安全的特点。mifare1非接触式ic卡的核心,是philips公司的mifare1ics50(-01，-02，-03，-04)系列微模块(微晶片)。它所具有的独特的mifarerf(射频)非接触式接口标准已被定为国际标准：is0iec14443typea标准。该卡片上有8kbeeprom存储容量，并划分为16个扇区，每个扇区划分为4个数据存储块。各扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密

40、码及存取控制。因此一张卡可以同时运用在16个不同的系统中，且可以根据每个系统的实际情况决定各区的密码及数据形式。卡片上还内建有增值、减值的专项的数学运算电路，非常适合于各种收费场合。文中所介绍的发卡器与ic卡读写器所使用的卡就采用mifare1卡。3.1 mifarei非接触式ic卡读写器系统的基本功能非接触式ic卡车辆出入库管理系统最基本的功能是车辆进出放行和费用核算管理，基本模块介绍如下：(1)pc机中心管理系统它是整个车辆出入库管理的控制核心，由计算机、发卡器、通讯线路和管理软件等组成，主要完成发卡、费用统计与结算、接收与发送控制信号等。发卡器完成2种卡的发行：一是对用户卡进行发行登记、

41、收费充值、财务报表记录等；二是对配置卡进行发行登记、配制信息填写等。(2)用户ic卡作为信息载体，记录车主标识、消费余额、系统特征等，完成每次停车费用扣减及重复充值功能。(3)ic卡读写器通过读取配置卡，更改ic卡读写器中的配制信息和权限信息；通过校验方式完成读写用户ic卡、记录并向计算机传输数据、控制道闸等功能。(4)电子开关由自动挡车道闸、数字式地面车辆检测器、防砸车检测系统组成，完成接收控制信号、开启道闸、车通过后落下道闸等功能。3.2 非接触式ic卡的分类(1)配置卡配置卡由车辆出入库管理中心拥有。它主要用来对车辆出入库中各个ic卡读写器设备进行配制，例如信息调制、权限和数据更改等。当

42、需要更改ic卡读写器的内部数据时，首先通过发卡器把要更改的数据信息和配制信息写入配置卡，然后将配置卡贴近各个ic卡读写器，刷卡1次，就完成了数据的更改。(2)用户卡用户卡由用户拥有。在发卡时，管理中心将车主信息、消费余额等写入此卡，并决定该卡的使用范围和权限。在车辆出入库入口，车主将用户卡在ic卡读写器前刷一下，ic卡读写器对卡中的信息进行密码校验并判断该卡是否有权限进入此系统。当校验通过时，系统确认有效后撤除路障，开启自动道闸，允许其通行，并将卡的信息传送到管理中心进行存储。在出口，车主将用户卡在ic卡读写器前刷一下，ic卡读写器从卡中扣减相应金额，系统确认有效完成后撤除路障，开启自动道闸，

43、允许其出闸。3.3 发卡器与ic卡读写器的基本工作流程图发卡器与卡片之间采用一对一通信方式，发卡程序流程见图3-1所示，图3-2所示。读卡过程是一个很复杂的程序执行过程，要执行一系列的操作指令，调用多个函数，包括装载密码、验证密码、鉴别卡、读卡等。这一系列操作必须按固定的顺序进行。读卡程序设计流程图见图3-3所示。开始初始化读串口，将配置密码与配置信息存入mcu eeprom中将配置密码写入配置卡的数据模块中将配置卡的密码改为厂家密码结束 开始读串口，将配置密码与配置信息存入mcu eeprom中读取用户卡卡号将用户信息写入用户卡的数据块中将卡号与配置密码通过算法合成用户密码将用户卡的密码改为

44、用户名初始化结束图3-1 发卡器配制配置卡 图3-2 发卡器配制用户卡图3-3 ic卡读写器读写配置卡与用户卡3.4 ic卡读写器的硬件图图3-4所示为ic卡读写器的硬件连接图。系统所使用的硬件主要由两部分组成：pic16f876单片机与芯片mf rc500组成。该系统采用pic16f876单片机为控制核心，主要完成数据采集、处理、存储及控制系统工作的功能，通过rb0-7与rc500的d0-7数据总线相连，可实现与非接触式ic卡数据的无线传输。rc7、rc6用来连接rs232，最终与计算机相连。rk3作为mf rc500的片选端，低电平有效。rk5、rc0分别控制mf rc500的读写，ra4

45、接收来自非接触式ic卡的中断请求并执行中断程序。该系统的工作频率为13.56mhz，由石英晶体振荡器产生，用于给mf rc500提供时钟信号，同时也驱动天线基频载波信号。mf rc500是与非接触式ic卡实现无线通信的核心模块，也是ic卡读写器读写非接触式ic卡的关键接口芯片。它根据寄存器的设定对发送缓冲区中的数据进行调制，得到发送的信号，通过由tx1、tx2脚驱动的天线以电磁波的形式发出去，非接触式ic卡采用rf场的负载调制进行响应。mf1卡放在距离射频天线100mm内，天线拾取非接触式ic卡的响应信号，经过天线匹配电路送到rx脚，mfrc500内部接收缓冲器对信号进行检测和解调，并根据寄存

46、器的设定进行处理。处理后的数据发送到并接口由单片机读取。读卡器电路图如图3-4所示。图3-4 读卡器电路图4、车辆出入库安全管理设计“交纳了停车费之后，价值十多万的轿车不翼而飞，车辆出入库该不该赔偿？”这是近几年很多新闻媒体报道的焦点之一。随着私人轿车的普及，在车辆出入库里发生的犯罪案件逐渐增多。由于驾驶者的经济水平相对较高，不仅驾驶的车辆不便宜，而且还经常携带一些贵重的物品，这类群体对于不法份子有着非常大的诱惑力；另外，车辆出入库是驾驶者经常去的地方之一，通常车辆出入库内空间大、光线不好，人员稀少，安全死角多，很容易被不法分子选作作案地点。从目前已经发生的案例来看，财产安全和人身安全是车辆出

47、入库目前面临的两个最重要的问题。财产安全问题通常包括车辆被撞、刮擦，车辆被盗，以及车上重要物品被盗，除此之外，还有极易发生的消防和水浸事故。4.1 车辆出入库监控管理在车辆出入库出现的盗窃事件，最容易的地方也就是车辆出入库中的死角，这些死角往往是监控器所不能顾及的地方，以往车辆及车上重要物品的丢失往往就是在这些死角。为此，本文在这里引用入了wv-cf224彩色半球摄像机，该摄像机具有2倍可变焦距镜头的高性能彩色半球摄像机，可完善地应用于各种领域结构紧凑直径为135毫米的彩色半球摄像机适于室内应用水平分辨率为480线具有先进的数字调节背光补偿（blc）功能具有与松下电器系统产品配合使用的垂直驱动

48、（vd2）同步功能内同步/电源同步/vd2同步（电源同步：仅在24vac电源下）信噪比为50db内置光圈水平（锐利/柔和）校正内置2倍变焦镜头（2.86.0mm）3d铰链（旋转，倾斜和方位角）支持摄像机旋转和水平、垂直移动。您可以根据需要通过电脑自动选择摄像机角度，没有摄像机可以如此轻松地做到。最低照度为2lux可安装在现有的标准电子接线盒中配有电视监视器输出接口，用于镜头角度设定的抽样检查兼容24vac/12vdc电源，可适应各种领域的应用。该摄像机比起以前的摄像机有了质的突破，让车辆出入库不必花费大量的资金去够买监控大量监控设备，而且还能够达到无死角的程度。以此同时，在每个停车位前我们会设

49、计响应的标语，让车主提高防盗窃的意识。4.2 车辆出入库消防管理在车辆出入库中火灾、爆炸等消防现象都是屡屡发生。所以，为了预防或者阻止事发现场的灾情扩散，我们必需做好预防措施。在此，我们在个停车位旁边都放置一个灭火器，在每一小块停车区域内都预备消防水龙头接相应的消防设备。4.3 车辆出入库通风、防水浸、照明的设施车辆出入库里通风、防水浸、照明也是车辆出入库安全管理设计的一个重要方面。车辆出入库内往往是没有工作人员巡逻的地带，光线昏暗，不仅会让驾驶者为停放车辆感到担忧，同时也会为监控设备带来不好的影响，监控效果极力下降。到了夏季特别是南方，都是雨水季节。车辆出入库的地下都必需设计好排水道，同时在

50、每一小块停车区都有两个排水口。车辆出入库对通风的要求也很高，一个车辆出入库通风设计不仅有利于监控设备的监控，同时对车辆的保养有很大的好处。为此，在停车的每一小块停车区我们都设计响应的通风扇，借以帮助车辆出入库内空气流通。5、plc软硬件的设计5.1 硬件设计图5-1 plc电路图图5-2 电机完整电路图表5-1 i/o口分配表序号名称地址注释序号名称地址注释1x0i0.0入口栏杆上升13y4i1.4绿灯2x1i0.1入口栏杆下降14y5i1.5红灯3x2i0.2出口栏杆上升15y10i2.0七段译码器输出4x3i0.3出口栏杆下降16y11i2.1七段译码器输出5x4i0.4入口栏杆上升停止1

51、7y12i2.2七段译码器输出6x5i0.5入口栏杆下降停止18y13i2.3七段译码器输出7x6i0.6出口栏杆上升停止19y14i2.4七段译码器输出8x7i0.7出口栏杆下降停止20y15i2.5七段译码器输出9y0i1.0入口栏杆上升移动21y16i2.6七段译码器输出10y1i1.1入口栏杆下降移动22y17i2.7七段译码器输出11y2i1.2出口栏杆上升移动12y3i1.3出口栏杆下降移动当车子来到入口处时，经ic卡验读器验读并收费完毕之后，主机会自动给plc芯片的pb1一个脉冲，则mc1 on 入口处的栏杆会升起，当栏杆升到极限位置时，会相应触动ls1 on时，则mc1 off

52、 入口处栏杆停止，此时车子可进入停车场停车。如果用户卡或票据无效，则禁止车辆驶入，并发出告警信号。当车子通过栏杆后，光电传感器通过c200h-ad003 a/d转换器给plc芯片一个信号，则plc芯片会给pb2一个脉冲，则mc2 on栏杆会下降。极限时开关ls2 on，mc2 off栏杆停止下降。此时主机电脑上会显示停车场位置减少1。当车子来到出口处时，对于出口ic卡验读器，驾驶人员将用户卡送入验读器，验读器根据用户卡或者票据卡上的信息，核对持卡车辆与凭该卡驶入的车辆是否一致，并将出库的时间（年、月、日、时、分）打入用户卡，同时计算停车费用。当一切都符合时，主机通过给plc芯片的fb3一个脉冲

53、，则mc3 on出口处的栏杆就会自动升起。当栏杆移动到达极限时，会相应触动ls3 on时，则mc3 off 入口处的栏杆就停止上升，此时车子可出停车场。如果用户卡或票据无效，则禁止车辆驶出，并发出告警信号。当车子出了停车场之后，光电传感器通过c200h-ad003 a/d转换器给plc芯片一个信号信号，则 plc芯片会给pb4一个脉冲，则mc4 on栏杆就会下降关闭，当栏杆到达下降的极限时会相应的触动开关ls4 on，当ls4 on时，mc4 off栏杆停止下降。停车场主机电脑上显示的停车位置就会加1。当停车场还有余位时，主机给ic卡验读器屏幕上显示的停车位是绿的，但车位满时，在ic卡验读器屏

54、幕上的显示停车位是红的。以下是plc电路图如图5-1所示、电机完整电路图如图5-2所示和i/o口分配表如表5-1所示。当给系统送电之后读卡器的显示屏会显示当前剩余多少停车位(本设计为99台) ，这一个控制过程是由七段译码器来实现。车位数量电路图如图5-3所示：图5-3 车位数量显示器5.2 plc的组成常见的plc有整体式和模块式两类。不论哪种结构，其内部组成是相似的，硬件结构框图如下：图5-4 plc硬件结构框图1） 中央处理器cpu是plc的“大脑”，它控制所有其它部件的操作，一般由控制电路、运算器、寄存器等组成，通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、i/o接口电路连接。2）存储器存储

55、器是具有记忆功能的半导体电路。plc的存储器包括系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序是控制和完成plc各种功能的程序。拥护程序是由使用者通过编程器输入到plc的读写存储器中，允许修改，由用户启动运行。3）输入/输出接口电路输入/输出接口电路用来连接plc主机与外部设备。为了提高抗干扰能力，一般的输入/输出接口均有光电隔离装置，应用最广泛的是由发光二极管和光电三极管组成的光电隔离器。4）电源部件电源部件用来将外部供电电源转换成供plc的cpu、存储器、i/o接口等电子电路工作所需要的直流电源，使plc能正常工作。5.3 plc的工作原理最初研制生产的plc主要用于代替传统的由继电器接触器构成

56、的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点(包括其常开或常闭触点)在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。plc的cpu则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而plc扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，plc采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于i/o响应要求不高的场合，plc与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。plc的工作方式和通用微机不完全一样，因此用plc设计自动控制系统与微机的控制系统的开发过程也不完全一样。需