毕业设计（论文）-基于RFID的停车场管理系统的软硬件设计.docx

太原理工大学毕业设计(论文)用纸基于RFID的停车场管理系统的软硬件设计摘要随着经济的迅猛发展和人民生活水平的提高，我国私人汽车保有量日益攀升，这一现象给城市交通基础设施建设提出了新的挑战。传统停车场管理方式存在着识别效率低、易出错、数据传输率低、识别距离近、必须停车减速等问题。因此，本文针对上述问题提出了基于RFID高频有源电子标签的远距离车辆识别停车场管理系统，研究了智能停车场管理系统的特点，对软件系统进行了需求分析与设计实现。系统由车辆基本信息管理，系统运营维护管理、车辆出入车场管理3个功能模块组成。高频标签带来了更远的识别距离和更快的识别速度，实现了高速、不停车的车辆识别，但是识别范围的扩大也给系统带来了多标签碰撞问题。针对多车辆信息碰撞的问题，本文对RFID系统的防碰撞算法进行了深入研究，在现有的二进制防碰撞算法基础上提出了一种改进方法。该算法解决了典型算法在安全性上存在的隐患，在识读效率上优越于典型算法，在高吞吐率、高负载的情景下性能尤为突出。随着停车场的日益大型化，停车场内的路径选择也影响着系统的效率。因此，本文设计一种停车场最短路径停车引导模型，为停车提供最短行驶路线。结合图论形成停车位的赋权有向图，然后利用斛算法搜索最短停车路径，通过数据库和信息显示设备引导停车，大大加快了停车速度，提高了停车场的停车位利用率。最后，在总结全文工作的基础上对进一步研究提出了建议和展望。关键词：RFID；车辆出入管理；最短停车路径搜索；防碰撞算法；全套设计加扣 3012250582AbstractWith the development of economy and the improvement of living standards，there are more and more vehicles in the PublicThis phenomenon presented a new challenge for the municipal transportationTake the parking problem as all example，the citys parking spaces is far from enough nowadays. The traditional parking management technology Call not satisfy the needsAt present，the parking lot is turning toward larger scale，higher effective and more intelligentThe intelligence management system for parking lot based on RFID technology can be called the most economical，practical，convenient and efficient management system for parking lotThis paper concentrates efforts on researching and designing an intelligent manage system for the smart parking lot，which is based on the technology of RFID，which Can bring the automatic management and ensure every vehicle safetyIt presents a framework of this system and has researched on the related techniquesFirstly，this paper introduced the background of intelligence management system，in this Paper the basic principles，structure，characteristics，communication coding， and the relevant theoretical knowledge of the radio frequency identification technology were introduced. Especially， this paper has done an indepth research on the data transmission in the issue of anticollision and authentication protoc01Secondly，the total scheme of this system Was givenThe design requirements and principles of the system，overall framework and workflow of the system，hardware configuration of the system were includedThirdly，this system based 011 RFID technology applies technologies of computer network，computer control and databaseThe system included the application to decide systems major function， which process the management of basic information of vehicles，the management of application dispatch of vehicles and the maintenance and passing in and out of vehiclesThe kit of development is c#， database selects SQL Server 2008 and operating system selects Windows Server2K/Windows XP.Fourthly，this paper introduced some time division multiple algorithms(TDMA) which has being generally accepted，such as ALOHA protocol，and Binary tree protocol， analyzed characteristics and shortcomingsAfter that a new auto-adapted dynamic grouping anti-collision algorithm Was proposed which using HASH function to determine the grouping，it has confidentiality，and system throughput advantagesThe article also carried out the algorithm of mathematical analysis，the throughput of the system MATLABS simulation and the experimental results and conclusion are givenFinally，conclude the main work of this Paper，and then make a prospect and plan for the further studiesKey words: radio frequency identification(RFID)；vehicles access control；shortest parking path search；anti-collision algorithm；iii目录摘要iAbstractii1 绪论11.1 选题背景和意义11.2 停车场管理系统的现状与发展趋势11.2.1 国内停车场管理系统的现状和趋势21.2.2 国外停车场管理系统的现状和趋势31.3 论文的主要工作32 RFID 系统及组成原理42.1 RFID 系统的基本组成42.1.1 电子标签42.1.2 读写器52.1.3 中间件72.1.4 应用系统软件72.2 RFID 系统的射频工作原理72.2.1 电感耦合 RFID 系统82.2.2 电磁反向散射 RFID 系统82.3 无线射频识别的标准92.3.1 技术标准92.3.2 应用标准102.3.3 数据内容标准102.3.4 性能标准102.4 小结113 智能停车场管理系统硬件设计123.1 智能停车场管理系统123.1.1 停车场系统的性能特点123.1.2 智能停车场的优点123.2 RFID读卡模块133.2.1 工作原理133.2.2 将RFID模块与MSP430F149最小系统板采用杜邦线连接143.3 S50非接触式IC卡143.3.1 存储结构143.3.2 工作原理153.4 小结154 停车场应用系统软件164.1 系统软件模块164.1.1 登录模块164.1.2 计费模块164.1.3 查询模块174.1.4 用户卡管理模块174.1.5 用户管理模块204.1.6 报表模块214.1.7 参数设置模块214.2 系统防碰撞研究214.2.1 防碰撞原理224.2.2 防碰撞算法234.3 小结275 总结28参考文献30致谢31外文原文32中文翻译411 绪论1.1 选题背景和意义随着中国工业与通信科技的快速发展，汽车越来越成为人们必备的交通工具之一，许多大型办公和娱乐场所都有提供停车场设施供人们来使用，如各种大型的卖场、百货公司、综合性医院等。但是停车的时候往往需要花大量的时间来寻找车位，如果遇到上班、下班和节假日等停车高峰期时，停车就成了一种寻找与等待的过程。虽然有些大型的营业场所有工作人员引导车辆停泊，但本着节约人力成本的原则，我们都希望提高停车场的智能管理水平，改善因为停车位紧缺、管理不善等原因造成的“停车难”的问题。射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），是一种自动识别技术，它与传统的无接触识别技术有所不同，它利用射频信号在空间的耦合和传输特性，能够远距离识别静止或移动的物品。RFID 系统的前端主要由射频标签和读写器组成。其中射频标签的形式多种多样，如卡片状、钮扣状、钥匙扣状等。根据具体的应用场合把 RFID 标签贴在或者安装在物品上，再由读写器读取存储于标签中的数据，实现对物品的自动识别。在停车场管理系统中，射频标签装在汽车的挡风玻璃上，车辆在入场和出场时，安装在停车道闸附近的读写器就可以读取每台车辆的相关信息。射频识别技术具有远距离读取、高准确率等特点，除了可以在停车场管理系统中应用外，还可以广泛应用于物流销售、防伪、动物的跟踪等领域。1.2 停车场管理系统的现状与发展趋势智能停车场是目前智能交通系统 ITS（Intelligent Transportation System）的重要组成部分之一，它既可以作为智能交通系统的一个子系统，又可作为一个相对独立的系统进行研究。智能停车场作为智能交通系统的一部分，是因为它能够实时地向整个交通系统提供停车位等信息，对交通的疏导起到一定的作用，同时能接收交通系统的指挥，服从统一的调度；智能停车场能作为一个相对独立的系统是因为它具有车辆出入控制系统、计费系统等功能，能独立运行。现代智能停车场是集远距离自动识别技术、车辆检测技术、图像识别技术等先进技术一体的综合应用系统，其收费管理、人员管理和车辆控制先进、便捷、安全可靠，可有效地解决停车难的问题，如果能与先进的门禁系统配合应用，可以实现进出停车场时不停车收费。 1.2.1 国内停车场管理系统的现状和趋势目前国内的停车场管理系统根据车主的需求或建筑的限制，其配置的设备也各不相同。在一般的住宅小区，有的停车场管理系统仅仅配置了自动道闸机，有车辆通过时，管理人员控制道闸升起，车辆通过后，再控制道闸落下，这种停车场管理只能依靠人工管理，一些小型的大厦、机关等场所也是如此。此外，还有一种路内停车场，该停车场一般采用咪表停车收费系统，可以通过车主刷卡消费，也可以通过人工收费。这种采用咪表作为管理媒介的停车场在一些经济比较发达的城市较常见，如湖南长沙地区王府井商业广场就是采用的这种管理模式。咪表停车场管理系统的缺点也是显而易见，如它占用交通道路资源较大，容易引起交通拥堵。近年来，在沿海一些大城市中，通过引进先进的技术，停车场的智能化程度越来越高。随着城市汽车拥有量的大量增加，停车的问题越来越受到人们的关注。归结起来停车场管理系统的现状主要表现为以下几点：（1） 最初的国内停车场管理系统主要采用引进的方法，如引进先进的技术、生产设备等，甚至直接引进成品，因此这一阶段的停车场管理系统大多是组装、集成等。随着我国停车产业的发展壮大，停车场管理系统的研发技术也得到了迅速增强，一些自主品牌相继出现。据统计，目前自主品牌系统、合资组装系统和纯国外进口系统的市场占有率之比约为2：1：1。（2） 智能停车场管理系统在未来的发展空间很大。我国车辆的增长速度与政府停车场的建设规划差距较大，在一些城市车辆的数量与停车位的数量之比高达5：1，现在城市汽车拥有量还在不断增加，因此智能停车场的应用前景广阔。（3） 国内自主品牌的停车场管理系统可靠性普遍较低。虽然许多停车系统的关键设备国内能够自主研发，但技术含量不甚高，部分产品甚至仿冒国外的产品，价格也不透明，出现很多问题，如系统主机无征兆的死机、道闸出故障无法升降等。一旦这些问题出现，就会引起交通拥堵。（4） 智能停车场管理系统的智能化程度不高。市场上能提供停车场成套设备的生产厂家并不多，大多数厂商都采取拼装的形式，导致停车场管理系统可靠性差，稳定性不强。而且一些高智能的系统在一般的停车场管理系统中也没有被考虑进来，如车位引导系统、车位网上查询系统等。（5） 智能停车场管理系统应用程度不均衡。在沿海经济发达的城市，智能停车场管理系统的应用程度明显要高很多。从发展趋势上看，落后的以IC卡为收费媒介的停车场管理系统正在逐渐被淘汰，新型的无接触式射频识别技术、图像识别技术等先进技术的日趋成熟，以这些技术为媒介的智能停车场管理系统日益被人们所接受。人性化的设计也得到了加强，如车位引导系统的采用，能使车主很快很准确地找到车位。甚至可以把车位查询系统放到网上，在一些商业集中地区域，车主通过上网能很方便地查询到距离自己最近的空停车位在什么地方，避免因为寻找车位产生的交通拥堵现象的发生。1.2.2 国外停车场管理系统的现状和趋势国外的停车场管理系统经过多年的发展，技术越来越成熟，有的甚至达到了智能无人化收费的程度，如新加坡的樟宜机场采用了高度智能化的专用设备，虽然它有三千多个车位，可是停车场内却看不到一个管理员，车辆的进出有序，都是根据系统提示自行完成的。在东京、巴黎等国外的一些大城市，很少看到由于停车产生的车辆拥堵现象的发生，原因之一为政府的规划具有前瞻性，并且比较合理，他们采用多种形式的停车场相结合，如路内咪表停车与地下停车场相结合，有的城市甚至建设空中停车场，车与车位的比例控制得很好，接近1:1的比例，停车场的规划建设能满足车辆增加的需求；还有一个原因是国外建筑中对智能化的投入很高，接近整个建筑投资的8%左右，停车场作为建筑的组成部分之一，其智能化水平要相对高一些。一些发达国家停车场设备生产厂家正在研究更高智能的停车场管理系统，它能实现网络化停车。这种停车场管理系统以网络为平台，在整个城市构建，其收费的电子化程度也相当高，基本上都是通过网上银行交易，很少有现金交易。车主可以在家里通过登录网上停车场管理系统，根据出行的时间和目的地，查询车位信息，通过网上支付停车费用完成车位预订，网络在人们的日常生活中越来越重要，这种新型的智能停车场管理系统很好地适应了这种现状。这种新型的停车场管理系统的造价非常高，技术实现的难度也很大，且维护费用也不菲，但这肯定是今后智能停车场管理系统的发展趋势。1.3 论文的主要工作（1） 介绍了选题的背景，探讨了智能停车场的发展现状和趋势以及 RFID 在智能停车场管理系统中的应用前景。（2） 介绍了射频识别系统的组成及特点，对本设计用到的射频识别系统的工作原理进行了理论分析和探讨。（3） 设计了一种基于射频识别技术的智能停车场管理系统，该系统包含了目前世界上先进的射频识别技术、车辆检测技术和自动化控制技术。这些技术的应用使得停车场的管理智能化，可以减少交通拥堵的现象，收费更加快捷并且避免因人为失误造成的费用损失，此外还可以减轻管理人员的工作强度。（4） 探讨了多车道控制系统的抗干扰处理方法，即 RFID 技术中防碰撞方法。分析了 RFID 系统中防碰撞的几种算法：ALOHA 算法和二进制搜索算法。在传统二进制搜索算法的基础上，提出了一种改进的二进制搜索算法，通过仿真比较，该算法比传统二进制搜索算法更优越。2 RFID 系统及组成原理2.1 RFID 系统的基本组成典型的 RFID 射频识别系统由硬件组件和软件组件两部分组成，其中硬件部分包括电子标签、读写器；而软件组件则包括中间件和应用系统软件两部分。下面介绍这几个基本的组成部分。2.1.1 电子标签电子标签也称射频标签，它是 RFID 系统中不可或缺的重要组成部分，根据应用场合的不一样，它存在的形态也各不一样，但归纳起来都由两部分组成，即IC 芯片和无线通信天线。其中无线通信天线为内置的，其作用用来与读写器进行通信。射频识别系统在工作时，先由阅读器发出信号，电子标签中的天线接收到信号后把一部分整流作为直流电源给标签内的电路提供能量，另外一部分则被电子标签内的存储数据信息调制后送回给阅读器。电子标签内载有物品的信息，是整个 RFID 系统中最重要的载体，它的形态有多种多样，应用场合不一样，称法也不一样。如在门禁系统中，载有业主信息的电子标签一般为卡片状，称之为门禁卡或一卡通等；而在动物追踪领域，它一般为纽扣状，与项链一起套在动物的脖子上，称之为动物标签或电子狗牌。电子标签中 IC 芯片部分由存储单元、逻辑控制单元、电压调节器、调制器和解调器等功能模块组成。电压调节器的作用主要是为各电路提供能量，它把阅读器发出的信号通过天线接收，转化为直流电源，通过电容存储，稳压电路稳压，为标签中内部电路提供稳定的电源；逻辑控制单元的作用是把从阅读器收到的信号译码，并按照要求把数据回送给阅读器；调制器的作用是把逻辑控制单元的送出的信号进行调制，然后通过天线发送给阅读器；解调器的作用主要是把载波调制信号中的载波信息去掉，得到真正的调制信号。天线的作用前文已介绍，在此不累述。电子标签按照不同的分类方法，可分为许多种类。根据电子标签工作的频率不一样，可以分为低频标签、中频标签和超高频标签。其中低频指的是频率为125KHz和225KHz等工作频率，中频指的是13。56 MHz的工作频率，而超高频指的是915MHz、2。45GHz和5。8GHz等工作频率。低频标签一般用于物流领域和动物追踪等领域，中频标签一般用于门禁领域，而超高频标签由于识别距离较远，被广泛地应用于高速公路不停车收费、集装箱识别等场合。根据电子标签的读写性能不一样，有可读写卡、写一次读多次卡和只读卡等几种形式。只读卡价格最便宜，它里面的数据不能修改，安全性在三种卡中最高；写一次读多次卡里面的数据是一次性写进去的，用户不能再修改；可读写卡在三种卡中价格最高，因为它里面的数据可以反复修改，多次写入，如信用卡等。根据射频标签的供电形式不同可分为无源标签、有源标签、半有源标签三种。有源电子标签内带有电池，因此价格较高，电池的寿命也是有限的，但是它的射频识别距离可以达到十几米，这是其他两种标签做不到的；而无源电子标签本身不含电池，它必须通过读写器发射信号，从该信号中获取能量，然后再把数据信息传递给读写器。它的优点重量比较轻，体积也可以做得很小，但是它的缺点也是显而易见的，比如它的发射距离就很短，一般只有几十厘米的距离。射频识别系统根据调制方式的不同又可分为被动式系统、半被动式系统和主动式系统。被动式系统电子标签一般在门禁系统应用较多，它用调制散射的方式来发送数据。主动式射频识别系统适用于有障碍物的场合，标签利用自身的射频能量主动给读写器发送数据。半被动式射频识别系统中，电子标签内部含有电池，但是它只对标签内部的数字电路提供能量，而且标签并不利用自身能量主动发送数据给读写器，而是利用反向散射调制的方式在标签被激活后，传送数据的。此外，按照封装方式、作用距离、数据格式等不一样还有很多分类的方法，如按照作用距离的不一样可分为密耦合标签、近耦合标签、疏耦合标签和远距离标签等。无论是那种分类方法，其工作方式大同小异，都是标签载有物品的信息，以某种方式固定在物品上，通过读写器远距离读取电子标签的信息，完成物品的识别。2.1.2 读写器在电子标签与系统进行数据交换时，读写器起到关键性的作用，它是射频识别系统的关键终端，是不可缺少的硬件设备装置，读写器的性能直接影响着系统的稳定性和可靠性。读写器通过天线向标签发送射频调制信号，标签接收到信号后返回一个射频调制信号，这个信号载有标签信息，读写器再通过天线接收该信号，同时经过处理后，传给中间件。一个典型的读写器终端由发射单元、接收单元、信号处理控制单元和电源等部分组成，读写器主机由射频通道模块、控制模块和 I/O 接口模块三部分构成。读写器由硬件和软件两个部分构成。硬件部分为天线、射频通信模块、控制处理模块、I/O接口模块等部分。天线可以是集成的，也可以是独立外置的。天线的作用是读写器与射频标签通信时，起到一个桥梁作用，读写器通过天线发射电磁能量和接收数据信息。射频通信模块的主要作用是完成通信中信号的调制、解调以及功率放大等。而控制处理模块由于应用场合的需求不一样，其性能也不一样。I/O接口模块根据应用的需求，可以为键盘控制接口、RS-232接口、LCD液晶显示驱动接口或者是和PDA相连的CF接口等。软件部分的功能是对读写器接收到的信息进行及时响应，同时再向标签发出相应的指令命令，一般来说，软件程序在读写器出厂时，都由生产厂家固化在读写器模块中。按照功能的不同，软件主要包括以下三个部分：导入部分，它的作用主要是当系统启动时，事先指定的存储器空间导入对应的程序，然后再运行；控制部分。它的主要作用是改变读写器的工作模式，控制天线开始发送数据和停止发送数据，以及完成读写器与计算机主机之间的数据交换；解码部分。它主要作用是进行代码的转化，比如将指令转化为机器码，将模拟信号转换为数字信号等。读写器通过射频收发器进行数据的发送和接收，首先向射频标签发送射频能量，然后再从射频标签接收射频信息，最后对返回的信息进行处理，传送给计算机网络。一般情况下，读写器应该按照具体的应用场合，根据电子标签的类型来进行具体的设计。射频技术的发展越来越成熟，读写器的功能也越来越强大。读写控制器通过天线与电子标签进行指令传输和数据交换，指令传输和数据交换都是通过空间信道来完成的，读写控制器与控制模块进行数据请求和数据接收，再由控制模块向计算机传输数据，同时计算机可以向控制模块发出数据提取指令。读写器与计算机、电子标签是一个回路形式，读写器既可以向计算机发送数据，又可以响应从计算机发出的指令；读写器既可以从电子标签读取数据信息，又可以向标签写入指令信息。读写器主机通常包括射频通道模块、控制处理模块和I/O接口模块，具体如下：（1） 射频通道模块射频通道模块作为读写器的前端，它影响着读写器的成本。控制处理模块传送给射频通道模块一个控制命令，后者控制该命令的运行，同时向射频标签发送数据，对标签返回的数据进行解调等处理，再把信号送给控制处理模块。射频通道模块主要有以下几个任务： 发出高频信号，电子标签接收后一部分转化为直流电源为其提供能量。 把射频信号的功率进行放大处理，即进行调制，再通过天线发送给电子标签。 通过天线从电子标签接收信号，再通过解调电路把信号进行解调。此外，在射频通道模块中还有收发分离电路，把信号通道分隔成两个，读写器向电子标签发送数据时通过发射通道进行，而读取电子标签中的数据时，则通过接收通道来完成。（2） 控制处理模块控制处理模块也称为读写模块，主要任务如下： 接收来自应用系统软件发送来的指令并执行，完成与应用系统软件之间的通信。 对读写器和电子标签进行身份验证，并对两者之间的通信过程进行控制。 在读写器和电子标签进行数据交换时，可以对数据进行加密和解密。 对信号进行编码和解码。控制处理模块作为读写器的智能单元，除了把送到电子标签的命令进行编码，对回波信号进行解码，控制读写命令的流程等外；同时对接收数据和发送命令的缓存起到一定的作用，（3） I/O接口模块I/O接口模块主要是通过与外部设备进行连接，完成读写器与外部设备之间的通信。常用的I/O接口有RS-232串行接口、以太网接口、打印机接口和USB接口等多种接口，通过不同的接口与不同的外部设备进行连接，实现不同的功能。如以太网接口主要给读写器提供上网接口；打印机接口为读写器提供与打印机的连接，可以实现数据的打印输出。根据具体的应用场合，读写器接口的选择也不尽相同，如进行远距离通信时，读写器一般通过RS-232串行接口完成，而短距离传输时，可以选择USB接口进行通信，近距离无线通信时，则可选择红外IR接口完成数据的传输。2.1.3 中间件中间件位于读写器和后台数据库之间，它包含硬件和软件两个部分，其中硬件指的是与读写器配套使用的设备，如网络接口设备等。软件指的是一些服务程序，它位于服务器和客户计算机操作系统上，对计算机资源和网络的通信起到管理作用。中间件的引入能够克服RFID系统读写器增多或者是后台服务程序增多、软件变更带来的问题，使系统维护更加快捷方便。因为中间件是通过一些应用程序接口与读写器相连，完成对电子标签的读写，这样即使遇到系统读写器数量增多的情况，通过中间件预留接口就能解决，免除了因系统升级带来的维护复杂性的困扰。中间件的功能主要包括读写器协调控制、数据过滤与处理、数据路由与集成和进程管理四个方面的功能，它与电子标签、读写器和后台应用程序之间的连接关系。随着中间件技术的不断发展和完善，RFID中间件还增加了以下几个内容：如对读写设备的管理、对数据通信过程的管理、对数据的过滤以及对标准的整合等内容。2.1.4 应用系统软件在 RFID 应用系统中，应用系统软件属于整个后台网络的软件部分，后台网络除了软件之外，还有一些网络设备等硬件资源。应用系统软件的功能主要是把数据进行汇总、管理、交互等，同时对整个 RFID 网络负责管理，确保整个后台网络的正常运行。根据 RFID 技术在不同领域的应用，不同行业的特定需求导致了 RFID 应用系统软件开发时也不尽相同，但 RFID 应用系统软件的作用是一样的，比如控制读写器对电子标签进行信息的读写，对后台网络汇总的数据进行集中地统计和处理等等。在一些特殊的领域，如电子商务领域，RFID 应用系统软件可以与企业仓储管理系统、客户关系管理系统等相互结合，对提高企业的生产效益起到至关重要的作用。2.2 RFID 系统的射频工作原理RFID 系统的射频工作原理是：读写器通过天线向空间发射一定频率的射频信号，该频率根据应用场合不同频率的设定也不同，如物流领域中射频的频率一般为 125KHz 或 225KHz，而停车场管理系统中射频的频率一般为 915MHz；当载有电子标签的物品进入射频信号的范围后，电子标签中的内置天线接收到该射频信号，通过电磁感应取得能量，激活电子标签，电子标签把载有物品信息的代码再通过电子标签的内置天线发射出去；读写器的天线接收到来自电子标签的信号后，经过读写器内部的各电路对信号进行解调、解码等相关处理后，把有效信息通过中间件传输给后台主机网络系统；后台主机网络系统根据信息对电子标签进行身份识别，然后根据事先程序的设定做出相应的控制和处理。从 RFID 系统的射频工作原理中可以看出，电子标签与读写器之间既存在互相通信，又存在能量的感应。根据能量感应的方式不一样，一般来说可分为两类：电感耦合和电磁反向散射耦合。电感耦合的理论依据是电磁感应定律，通过空间的高频交变磁场完成；而电磁反向散射耦合的理论依据是电磁波在空间传输的规律，其原理与雷达通信的原理相同，发射的信号在空间传播，碰到障碍物后信号被反射回来，反射回来的信号载有目标信息。根据应用领域的不同，读写器与电子标签的通信距离也不同，其耦合方式也就不一样。一般来说，在短距离的应用领域，耦合方式为电感耦合，因为电感耦合的距离一般小于 1 米，如物流领域；而在远距离射频识别应用领域，如停车场管理系统，由于电子标签与读写器的作用距离一般都大于 1 米，那么采用的耦合方式为电磁反向散射耦合。2.2.1 电感耦合 RFID 系统RFID 射频识别系统中，电感耦合实际上就是一种变压器的耦合，读写器的天线线圈相当于变压器的初级线圈，电子标签的内置天线线圈相当于变压器的次级线圈。在 RFID 系统中，电感耦合的方式一般适用于电子标签是无源的情况下，在无源电子标签中，电路本身没有电源，其能量的获得都是通过电磁感应产生的。读写器的天线发射射频信号，形成一个高频的电磁场，磁力线穿越读写器天线的线圈和周围的空间，当电子标签进入磁场后，电子标签的天线线圈就会产生电磁感应。电子标签进入读写器天线产生的磁场，一部分磁力线穿越电子标签的天线线圈，通过电磁感应，在电子标签的天线线圈上就会产生一个感应电动势，感应电动势经过整流后作为电子标签的电源能量。在读写器中，利用一个电容 Cr 与读写器的天线并联，读写器的天线线圈相当于一个电感，并联的电容和电感在一起形成振荡回路，回路的谐振反过来又会使读写器的天线线圈得到一个较大的电流。而电子标签中，同样也是利用一个电容 C1 与电子标签的天线线圈并联，通过并联谐振得到来自读写器的发射信号，在电子标签的线圈上形成的感应电动势达到最大值。2.2.2 电磁反向散射 RFID 系统电磁反向散射 RFID 系统原理与雷达技术中的回波原理比较类似。在雷达技术中，利用天线向空间发射电磁波，电磁波在空间的传播中肯定会碰到一些障碍物，碰到障碍物时，一部分电磁波能量被障碍物吸收，另外一部分电磁波碰到障碍物时会被障碍物的表面散射回来，散射回来的电磁波一部分最终会被发射电磁波的天线接收，这就是常说的回波原理。在 RFID 系统中，利用电磁波发射和回波可以完成读写器与电子标签的数据通信，这种工作方式我们把它称之为电磁反向散射耦合。电磁反向散射系统的工作原理总的来说，系统的工作分为两个步骤：第一步：读写器向空间发射射频信号，电子标签的天线接收到该信号，该信号包括已经调制的载波和没有被调制的载波两个部分。当电子标签接收到没有被调制的载波信号时，这部分信号全部转化为直流电压，给电子标签的内部电路提供能量；当电子标签接收到的信号是已经被调制的载波时，电子标签的能量来源通过接收电磁波来实现，此外，电子标签内部电路还要对接收到的载波信号进行分析和处理，从而获得相应的指令和数据。第二步：电子标签向读写器发送返回信号时，此时读写器向电子标签发射没有被调制的载波信号，该载波信号的能量主要分为两部分，一部分转化为直流电压给电子标签提供能量，另外一部分能量被标签中的射频前端电路利用，通过改变其电路的阻抗进行调制，向读写器发射回波信号，传递相关信息。2.3 无线射频识别的标准采用射频识别技术的最大好处就是可以对企业产品的生产链、供应链进行高效的管理，同时也可以应用到交通的智能管理、公共安全等领域，产品的流通涉及到不同的行业、不同的区域，甚至是全球性的。如果标准的不统一，势必会对产品的流通和应用造成很大程度的限制。标准化的意义在于制定全球统一的技术标准，保证产品能够在全球范围内流通，得到应用，促进各国的贸易往来和技术合作。射频识别技术的标准主要解决的问题是数据的编码规则、通信的协议等问题，通过对数据编码的结构、通信协议的统一规范，保证电子标签能够在不同行业、不同区域范围使用。因此，标准的制定牵涉到国家的利益，如果一个国家制定的射频识别的标准在全球通用，那么在技术上讲，这个国家生产的射频产品势必就可以在全球范围流通使用，各国为了本国的利益，都想制定不同的射频识别标准，这对射频产品的兼容就会带来很大的障碍。如美国 EPCglobal 制定的电子产品编码规则和日本 UID Center 制定的射频标准就互不兼容，而这两大世界性的标准组织都各自得到了一些国际性的大公司的支持。我国目前也开展了射频相关方面相关标准的研究工作，提出了制定我国射频识别的标准体系的原则和思路，如 2006 年发布的中国射频识别技术政策白皮书，它由我国科技部、信息产业部等 15 个部委联合制定，为我国射频识别产品的开发和应用提供了政策性的理论指导依据。射频识别的标准体系主要包括技术标准、应用标准、数据内容标准和性能标准四个大的组成部分。而技术标准中的通信协议和数据标准中的数据编码规则尤为重要，是各国竞争比较激烈的部分，这两者也因此成为射频识别标准中的核心部分。2.3.1 技术标准射频识别的技术标准组成部分，它包括基本术语、物理参数、通信协议和相关设备四个部分。基本术语对标准中的常用术语进行定义和解释；物理参数的标准主要包括射频工作频率、调制的方式、传输功率、接收功率和发送功率等参数标准；技术标准中通信协议标准尤为重要，它包括通信接口、代码协议、传输协议、通信的初始化和防碰撞等内容；相关设备指的是电子标签、读写器、天线设备、加工设备和封装设备等设备。技术标准对不同的设备、设备使用的不同频段、以及各设备之间的接口的相关参数进行了定义。目前RFID国际标准的制定主要机构为国际标准化组织（International Organization for Standardization，简称 ISO）、国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，简称 IEC）、以及其他一些国际标准化组织机构。ISO/IEC 出台的 RFID 技术标准主要涉及射频电子标签的技术参数、技术特性和技术规范等内容，主要包括 ISO/IEC 18000 标准、ISO/IEC 10536 标准、ISO/IEC15693 标准和 ISO/IEC 14443 标准。各标准分别对空中接口参数，以及针对 IC 卡（如密耦合集成电路卡、疏耦合集成电路卡和近耦合集成电路卡）的专业技术标准进行了制定。2.3.2 应用标准射频识别的应用标准主要是针对射频识别技术在不同的领域应用进行规范。射频识别技术的应用领域非常广阔，如物流配送、交通运输、仓储管理、动物识别、产品追踪、矿井安全、门禁考核、身份识别、信息管理等领域都可以应用射频识别技术。因此，RFID 技术的应用标准根据特定的应用环境和特定的行业，构建的规则也不尽相同。目前，有些领域的 RFID 技术已经有了应用标准体系，大部分领域还没有。根据行业、领域的特点，构建 RFID 技术应用标准体系迫在眉睫，只有建立了应用标准体系，才能更好地推进射频识别技术在各领域得到更广泛的应用，促进生产、物流等技术的发展，提高效率。2.3.3 数据内容标准RFID 技术中，数据内容标准主要包括数据编码格式、数据符号、数据结构、语法标准、数据安全等内容，数据内容标准主要涉及到数据的编码规则、数据协议等。目前，RFID 技术数据内容标准涵盖的编码格式较广，如美国 EPCglobal 制定的电子产品编码格式和日本UID Center 制定的数据编码格式，RFID 数据内容标准都能够支持。RFID 技术的产生和发展都是基于现代电子技术和信息技术发展之上的，因此，国际有关现代电子技术和信息技术的标准也顺理成章地成为了射频识别卡技术的基础，包括数据内容结构标准。主要包括 ISO/IEC 15424 标准、ISO/IEC 15418 标准、ISO/IEC 15434 标准、ISO/IEC 15459 标准、ISO/IEC 15961 标准、ISO/IEC 15962 标准和 ISO/IEC 15963 标准等内容。各标准分别对数据的载体、特征标识符、应用标识符、传送语法、数据协议、数据编码规则和电子标签的唯一标识做出了相应的规范。2.3.4 性能标准RFID 技术性能标准主要涉及对数据结构和数据内容的测试、以及设备性能等内容。它主要包括数据测试的规范、测试的流程、产品的设计工艺和电路板的印刷质量等。射频识别技术的成熟和发展离不开整机设备等性能指标的测试，ISO/IEC 对 RFID 技术性能标准也进行了规范。ISO/IEC 性能标准主要包括 ISO/IEC 10373 标准、ISO/IEC 18046标准、ISO/IEC 18047 标准等，各标准分别对射频识别卡的测试方法、射频识别设备性能的测试方法和射频识别设备一致性测试方法等内容进行了相应的规范。按照 RFID 系统的使用频率和应用的场合，RFID 技术标准的分类也各不相同。比如，在动物识别领域、集装箱识别领域、道路交通领域、包装领域和自动识别等领域，还存在其他一些常用的 RFID 标准。各种 RFID 技术标准的制定，对于 RFID 技术在全球技术合作、贸易合作等方面起到了不可估量的作用。2.4 小结本章分析研究了 RFID 系统的原理和组成，包括射频标签、读写器、中间件和应用系统软件等部分，对 RFID 技术标准也做了详细的阐述，重点介绍了射频标签和读写器的类型、结构以及工作原理。对标签与读写器之间的通信原理也做了简单介绍。3 智能停车场管理系统硬件设计目前国内许多停车场的管理还是依靠人工进行，通过手工记账管理费用，停车场的车位数、停车数等信息的管理比较分散，工作人员劳动强度大、而效率低。在一些经济发达的地区，停车场的管理水平稍显先进，虽然利用了道闸控制车辆出入、计算机收费等先进技术，但操作大都依靠人工完成，管理系统存在很大的漏洞。智能的停车场管理系统应该是利用先进的电子技术、通信技术和自动化技术，将电子技术中先进的射频识别技术与机械、自动化控制设备相结合，通过通信技术实现网络管理，对车辆的出入、数据的存储实现自动化，形成一种高效的服务管理系统。3.1 智能停车场管理系统3.1.1 停车场系统的性能特点系统采用一个统一的管理模式，该系统把车辆出入检测系统、车辆引导泊车系统、车辆安全监控系统等子系统有效地集成，各子系统的数据信息也相应地建立在统一的数据平台上。该系统具体特点如下：（1） 系统采用先进的电子技术、通信技术和自动控制技术，因而准确率高。（2） 系统采用先进的射频识别技术，电子标签全球的唯一性决定了车辆出入所使用的射频卡安全防伪比普通的 IC 卡性能要好。（3） 由于射频识别卡可以与远距离通信，且读卡的时间很短，这样车辆驶入或驶出停车场时，不需要停车，只要射频读写器识别卡为有效卡，车辆可以很快通过出入口，对车主来说很方便，同时也可以有效地减少车辆在道闸前的等待形成交通拥堵现象的发生。（4） 系统采用先进的传感技术，利用地感和压力装置，有效地控制道闸的自动升降，防止车辆被道闸砸到。（5） 系统采用先进的图像识别技术，可有效地判别出车辆的合法性，对车辆的安全起到一定的作用。（6） 系统采用计算机管理，费用的收取和信息的存储、处理都是计算机完成，有效地避免了由于人工操作造成的各种损失。3.1.2 智能停车场的优点由于智能停车场管理系统引入了先进的射频识别技术，具有很多优点。其一，射频识别卡使用寿命长，有效地降低了系统维护成本。因为射频识别卡与读写器通信时，两者之间不需要直接接触，避免了因接触带来的卡片磨损、弯折等问题；其二，车辆出入快捷方便。在射频设别系统中，电子标签附在车辆的挡风玻璃上，与读写器的通信不具有方向性，只要进入读写器的有效识别范围内就可以被读写器识别，大大缩短了车辆通行的时间；其三，系统安全性能好。附在车辆挡风玻璃上的电子标签在出厂时，在电子标签的内部都由生产厂家固化了一个序列号，这个序列号是全球唯一的，并且不能更改，确保了系统的安全性。与传统的以 IC 卡作为介质的停车场管理系统相比，基于 RFID 技术的智能停车场管理系统有着无法比拟的优势。3.2 RFID读卡模块目前国内的13.56MHzRFID读卡器芯片市场上，荷兰恩智浦公司的Mifare非接触读卡芯片系列中MFRC522系列具有低电压、低功耗、小尺寸、低成本等优点。采用3.3V统一供电，工作频率为13.56MHz，兼容ISO/IEC14443A及MIFARE模式。MFRC522主要包括两部分，其中数字部分由状态机、编码解码逻辑等组成；模拟部分由调制器、天线驱动器、接收器和放大器组成。MFRC522的内部发送器无需外部有源电路即可驱动读写天线实现与符合ISO/IEC14443A或MIFARE标准的卡片的通讯。接收器模块提供了一个强健而高效的解调和解码电路，用于接收兼容ISO/IEC14443A和MIFARE的卡片信号。数字模块控制全部ISO/IEC14443A帧和错误检测(奇偶和CRC)功能。模拟接口负责处理模拟信号的调制和解调。非接触式异步收发模块配合主机处理通信协议