毕业论文-停车场综合控制系统的设计

论文（设计）题目停车场综合控制系统的设计摘要本文设计了一种采用射频卡作为系统的管理介质的停车场管理系统，根据临时用户和固定用户的不同对工作流程进行了优化，从管理机制上来提高系统的运行效率和安全性能。以车位检测系统为基础，对基于停车场最短泊车路径搜索问题进行了研究，并结合数据库和信息显示设备，对自动泊车引导系统进行了设计。通过对车辆牌照、颜色和型号信息进行分析处理和匹配，提出了一种新的车辆合法性认证机制。关键词射频卡，停车场，泊车引导，车辆识别DESIGNOFTHEINTEGRATEDCONTROLSYSTEMTOPARKINGLOTABSTRACTTHISPAPERDESIGNASYSTEMTOTHEPARKINGLOTMANAGEMENT,USINGTHERFCARDASTHEMANAGEMENTMEDIUMANDTHEOPTIMIZATIONOFWORKFLOWENHANCESTHEOPERATIONALEFFICIENCYANDSECURITYPERFORMANCETAKINGTHEPARKINGSPACEDETECTINGSYSTEMASTHEFOUNDATION,THEPROBLEMOFSHORTESTPATHSEARCHINGBASEDONGENETICALGORITHMISDISCUSSEDCOMBININGTHEDATABASEANDINFORMATIONDISPLAYDEVICE,AUTOMATICPARKINGGUIDINGSYSTEMISPROPOSEDTHEPRESENTATIONOFHUMANIZATIONINFORMATION,NOTONLYHASFACILITATEDCUSTOMERSBUTALSOIMPROVEDTHEACTUALUTILIZATIONRATEOFPARKINGSPACESTHEPAPEREMPHASISONLICENSEPLATELOCATING,CHARACTERSSEPARATIONANDCHARACTERRECOGNITIONBYUSINGDIGITALIMAGEPROCESSINGTECHNOLOGYTHROUGHINFORMATIONPROCESSINGANDANALYSISMATCHINGOFTHEVEHICLELICENSE,VEHICLECOLORANDVEHICLETYPE,ANEWVEHICLELEGITIMACYAUTHENTICATIONMECHANISMKEYWORDSRFCARD,PARKINGLOT,PARKINGGUIDING,VEHICLERECOGNITION目录1绪论111课题的提出背景112停车场管理系统的现状与发展趋势213主要研究内容和设计流程2131本文的主要研究内容3132拟定设计流程32停车场智能管理系统总体方案设计421功能需求分析422管理介质的确定5221各种管理介质性能对比6222射频识别系统的介绍723系统工作流程8231入场工作流程9232出场工作流程10233内部工作流程1124管理系统组成12241系统设备组成12242系统设备功能133系统实现及设备1431车位红外巡检系统1432电子显示屏1633信息处理设备164车辆自动识别系统185结束语21致谢22参考文献23附录241绪论11课题的提出背景近年来，我国的汽车产业飞速发展。另外，国家把城市化、城镇化作为我国经济发展的一个方向，城市人口的增长和规模的扩大为城市交通带来更大发展机遇的同时，也势必会给城市交通造成更大的压力。为满足日益增长的交通需求，改善交通状况和提高交通设施利用效率迫在眉睫。对于交通繁忙的城市中心区，通过对机动车停车需求进行控制可以有效地限制进出这些地区的机动车出行量。这些措施包括定额分配停车位数量、停车位使用收费及短缺停车库配给标准等三种比较常用的调节方法。停车场供给量的确定需要城市管理人员和技术人员的共同合作研究，许多城市往往同时采取三类方法。传统的人工管理停车场导致的信息滞后已经不能满足城市交通的信息需求和快速、高效调节交通运输状况的要求，必须对停车场在管理上进行智能化改造，通过对其进行智能化管理，使其成为整个智能交通系统信息管理中的一个组成部分，实时向交通管理中心提供停车场泊车状况信息。交通管理中心通过对整个城市的停车场实时状态信息进行统计分析后，对停车进行调节。因此，信息互动也是城市智能交通系统对现代停车场提出的新要求。作为停车场本身来说，随着大型、超大型停车场的不断兴建，停车场需要管理的车辆数量越来越庞大，管理难度加大，如何保证进入停车场的每一辆车的安全是现代停车场在安全性方面所面临的一个重大考验。另外，随着规模的不断扩大，停车场内部针对停车用户的泊车引导日显重要，停车用户置身于停车位多达数千甚至上万的停车场中，往往很难自主快速找到停车位，如没有合适的泊车提示引导信息，将会引起停车场内部的秩序混乱，影响停车场的正常运行，这样也势必浪费用户的时间和社会能源，降低停车场的运行效率。因此，泊车引导系统的设计也是现代停车场智能管理系统研究中所要重点关注的一个方面。停车场的智能化管理，是指利用现代高新科学技术对停车场进行自动化管理，提高管理的有效性、安全性、可靠性和停车场运行自动化程度。由于尽量减少人工的参与，从而最大限度的减少人员费用以及由于人为失误或舞弊造成的损失，大大提高整个停车场的经济性、安全性与使用效率。但由于目前智能化停车场需要的相关技术要么没有成熟运用于停车场智能管理系统中，要么只是实现了局部的智能化，例如单纯的自动计费系统等。所以目前的停车场管理系统综合自动化程度和智能化程度还不是很高。本课题主要研究如何将目前正在发展的科学技术应用到停车场智能管理系统中，希望能对提高停车场管理的智能化程度有一定帮助。12停车场管理系统的现状与发展趋势智能交通系统ITSINTELLIGENTTRANSPORTATIONSYSTEM是目前世界交通运输领域研究的前沿课题，其核心是针对日益严重的交通需求、资源过度开发和环境保护的压力，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交通运输系统进行深入的改造，以提高整个交通运输系统资源的使用效率、改善和提高交通运输系统的安全性、减少资源的消耗和减轻环境污染。智能停车场是智能交通系统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、图像处理设备、数据处理设备并结合用户在停车场收费效率的管理方式，为用户提供更方便、更有效的服务。停车场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停车场，从而提高停车场的管理水平，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，实现停车场车辆出入、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停车场车位情况，提前预定停车位，最终实现“随意”停车，这是停车场管理系统的最终目标，也是智能交通系统的目标。近几年，随着停车需求的不断增长，停车场的规模也越来越趋于大型化。因此停车场管理系统也向大型化、复杂化和高科技化方向发展。自动化的停车场已经成为智能交通和智能建筑的重要组成部分。国内对智能停车场也进行了大量的研究，大连理工大学的宁秋平对非接触式IC卡在停车场管理系统中的应用进行了设计，完善了收费系统；北京工业大学的王湘斌对智能停车场内部控制系统的通信进行了研究，提出了基于LONWORKS现场总线技术的智能化停车场控制系统设计；哈尔滨工业大学的马锋对停车场在智能交通系统中所应起的作用进行了分析；北京理工大学的李传军对计算机视觉技术在智能停车场中的应用进行了相关应用研究；这些研究都大大丰富和增强了停车场管理系统的功能。但目前我国的停车场管理系统大多还存在智能化、集成度低的缺点，注重收费的自动化，而忽视了停车过程的自动化、安全监控的自动化。各个管理子系统没有有效地综合集成起来，这样直接导致了停车场安全性、管理智能化水平和整体运行效率的降低。因此，随着经济的发展和停车需求的增长，停车场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。提高停车场的运行效率、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智能停车场的完善和发展中是当前停车场研究领域的首要任务。13主要研究内容和设计流程本设计针对目前停车场管理系统存在的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下的不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。本设计的指导思想立足于提高停车场管理系统的可靠性、安全性和高效性，对目前我国各大中城市所面临的“停车难”问题的解决，具有一定的促进作用。本系统所采用的射频卡技术，数字图像处理技术对其它交通收费系统也有一定的借鉴意义。131本文的主要研究内容1针对现有传统停车场管理系统的不足之处，以射频卡为管理介质，对停车场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，提高了停车场的运行效率。2针对目前停车场内部“停车难”的问题，对最短路径搜索问题进行了研究，结合停车场的实际情况，系统为用户寻找最短停车路径和最佳停车位，引入了停车场内部的自动泊车引导系统，方便了顾客的停车位寻找、优化了停车路线，提高了停车场的人性化程度和整体效率。3对目前停车场管理系统中普遍存在的安全性问题，将用户管理系统和计算机图像识别系统结合起来，利用数字图像处理技术，对车牌识别、车型识别、车辆颜色识别进行了研究。通过对用户和车辆进行合法性验证的机制，提高了停车场的安全性能。132拟定设计流程1问题的提出及确定研究目标。了解“停车难”问题产生的原因，分析目前应用的停车场管理系统所存在的不足，确定研究的主要目标。提出技术先进、可靠性好、运行效率高的新型停车场建设方案。2文献整理阅读。回顾国内外停车场管理系统的相关文献，针对传统停车场所存在的问题。主要对收费系统技术、射频卡读写技术、数字图像处理与识别技术的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停车场智能管理系统设计。系统设计包括三方面第一，对停车场进行功能需求分析、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，以停车场内部的运行效率为出发点，对系统进行设计；第三，从系统安全性角度出发，对数字图像处理与识别技术的车辆识别系统进行研究。2停车场智能管理系统总体方案设计本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停车场管理系统，设计以提高系统自动化、人性化程度和安全性为主。传统的停车场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，而在停车场的安全性、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，该停车场管理系统既保留了传统停车场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，增加了自动泊车引导系统和基于数字图像与处理的车辆识别安全监控系统。当车辆进入停车场时，系统自动摄取车辆图像，经计算机处理后得到车辆型号信息、车辆牌照信息、车辆颜色信息，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。当车辆驶离停车场时，用户卡、车牌号码或车辆图像等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停车场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，并在整个停车过程中，系统都将通过电子显示屏对顾客给予路径信息指示。本系统采用“一车一卡一位”的管理模式，即从车辆进入停车场一直到车辆驶离停车场，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、车辆型号信息、车辆牌照信息、车辆颜色信息、车辆图像、车辆进出场时间、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。这样便使收费管理、泊车引导和车辆识别安全监控子系统的数据信息建立在同一个数据平台上，从而将各子系统有效的集成为一个统一的停车场智能管理系统。21功能需求分析系统分析也称为逻辑设计，是系统开发周期的一个重要阶段，系统分析的主要任务包括可行性研究和需求分析。需求分析是整个系统分析的基础，是指用户要求系统必须满足的所有功能和限制。在智能交通系统中，对智能停车场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，即停车场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，接受统一调度安排；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停车场的基本功能。要建立智能停车场的体系结构，首先应确定系统的用户服务要求，也就是明确停车场管理系统所应具备的功能。对于停车场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、停车场管理者和用户。交通管理部门对停车场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停车场停车，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。因此，停车场必须具有方便停车、提供停车场停车位状态信息的功能。停车场管理者对停车场的功能需求是保证车辆安全、计费收费、方便用户停车等，这样停车场应该具有车辆出入控制、停车时长统计、费用计算、泊车引导、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，综合以上三方面对停车场管理的功能需求，把智能停车场中的停车服务功能和交通导行服务功能归纳起来，智能停车场应至少具备以下几个功能1车辆的出入控制功能；2计费、收费功能；3车辆识别功能；4泊车引导功能；5安全监控功能；6停车场状态信息收集、处理功能；7与智能交通系统进行通信的功能。22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。收费是停车场最基本的一项功能，停车场收费管理系统是伴随着公用收费停车场这一新生事物而诞生的。它也是停车场管理系统中发展得最早、最快和最完善的一个部分。传统停车场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，停车场利用率低下，票款易流失。随着经济的发展以及技术的进步，为了克服这些缺点，各种新技术、新材料的应用使停车场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。收费介质的变化使得停车场的自动计费收费成为可能。随着停车场朝着大型化、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停车场管理系统中得到了广泛应用，从而使当今停车场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停车场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。管理介质是停车场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此ID作为主键记录和查询车辆的用户类型、使用权限、进出时间、车辆牌照、车辆图像等特征信息，从而实现对出入车辆的计费收费、出入控制、身份验证、泊车引导，以达到将各子系统集成为一个整体的停车场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。以停车场管理系统使用的管理介质为核心特征，停车场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。每个阶段的停车场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。221各种管理介质性能对比停车场管理系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，是最早出现的停车场管理介质。优点生产成本较低01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，没有方向性，卡片以任意方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。222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，在停车场管理系统中，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1342KHZ两种，中频射频卡频率主要为1356MHZ，高频射频卡主要为433MHZ、915MHZ、245GHZ、58GHZ等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、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，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。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。23系统工作流程停车场管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的，停车场的工作流程也始终以用户车辆进出停车场的流程为中心。停车场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停车场停车的用户，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停车场停车的用户，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。固定用户一般是停车场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。针对停车场用户一般分为临时用户和固定用户的实际情况，系统出入场工程流程也分为针对临时用户和固定用户的两种情况。为了在方便管理的同时尽量降低成本，停车场管理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场时临时发卡，出场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、性别等个人基本资料以及包括用户车辆型号、车牌、品牌等在内的车辆信息存储在数据库内。另外，在我国24GHZ24835GHZ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24GHZ有源射频卡长期卡。带键盘主要是为固定用户在驶离停车场时作输入密码之用，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，大大方便了用户的停车，提高了停车场的通行效率，减少了出入口的拥塞现象出现。231入场工作流程1临时车辆入场工作流程如图1所示，临时车辆进入停车场时，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，启动摄像系统和车辆识别系统。经计算机对图像进行处理后，记录车辆的牌照信息、颜色信息、车型信息等。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场工作。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，用户驾车驶入停车场。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，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，确认本次入场过程已经完成。2长期卡入场工作流程如图1所示，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。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，用户驾车驶入停车场。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，确认本次入场过程已经完成。由于长期卡与读卡器的信息交换距离在从十几米到数十米，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。车辆进入车道抬杆放行无卡车辆检测获取车辆信息发卡上传卡号及车辆信息有卡获取车辆信息身份验证时间有效性验证非法用户时间过期声光提示人工操作车辆满显示禁止车辆进入图1入场工作流程232出场工作流程1临时卡出场工作流程如图2所示，用户驾驶车辆进入停车场离场通道，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，获得牌照信息、颜色信息、车型信息等；用户将入场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、入场时间，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，通过出场控制器打开出口电动栏杆，用户驾车驶出停车场。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，确认本次出场过程已经完成，将先前获得的用户卡号、入场时间、出场时间保存到相应数据库中备查，完成一次出场过程。2长期卡出场工作流程如图2所示，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，启动车辆图像识别系统，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，用户驾车离开停车场，完成一次出场过程。车辆进出车道抬杆放行临时卡车辆检测获取车辆信息信息匹配收费非法信息声光提示人工操作固定卡获取车辆信息密码确认信息匹配非法信息声光提示人工操作图2出场工作流程233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场的过程。自动泊车引导系统主要负责停车场中最佳有效停车位和最短路径的寻找，停车路径和停车位编号指示，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，停车场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和路径一起显示在指示屏上，为了方便顾客，路径信息中还包括了每个交叉口的转向信息，即在每一个交叉路口都有相应的显示屏显示顾客向左向右等转向信息，方便顾客在停车场中快速、准确的找到指定停车位。泊车引导系统的数据处理中心还可以通过专线方式将停车场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。24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，我们就可以从总体上对停车场管理系统进行设计。241系统设备组成停车场管理系统组成主要分为硬件系统和软件系统两大部分。按照停车场的工作流程和管理系统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，如图3所示。数据处理中心出入口控制系统自动泊车引导系统车辆识别系统安全监控系统用户管理收费系统出入控制系统车辆检测系统发卡读卡系统车位检测系统信息提示系统图像摄入系统图像处理系统监控系统报警系统用户信息系统计费收费系统票据打印系统图3停车场智能管理系统结构1入口设备包括入口自动吐卡机，入口读卡器，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，入口车道摄像机，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，出口车道摄像机，出口声光报警装置；3用户收费终端设备包括计算机，视频捕捉卡，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，泊车引导电子显示屏，语音提示设备；6停车场监控设备包括监控摄像头，视频卡，显示器，声光报警装置；7其他设备包括照明设备，通风设备，消防设备等。242系统设备功能入口设备是车辆进入停车场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、摄取车辆图像信息、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，摄像设备获取车辆的相关特征信息，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停车场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场等。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，将车辆入场和出场车辆特征信息进行对比，检验用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停车场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停车场管理信息，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、车辆特征信息数据、以及泊车路径信息等被安全可靠的存储和查询以及车辆识别系统的正常运行。自动泊车引导设备是在为顾客进行泊车引导中所使用的停车位检测设备，引导信息显示设备以及车位信息处理设备的集合，其功能是当有车辆到来时，快速的为顾客找到符合最短路径的有效停车位编号及泊车路径，并在停车过程中对顾客给予车位指示和路径指示。停车场监控及报警设备是对停车场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，主要功能是对停车场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，保证停车场安全。3系统实现及设备自动泊车引导系统的硬件设备主要用于检测停车场车位状态的车位红外检测系统，用于指示信息的电子显示屏幕，用于语音提示的声音装置，以及信息处理设备一般为数据中心的计算机。当我们采用停车场最短路径算法得到针对每个停车位的路径后，我们可以对每条路径的按长度从小到大的方式进行排序，在数据库中以此顺序对每个车位对应的路径信息及每条路径所经过的交叉路口所对应的提示信息进行存储，当顾客要到达某个车位停车时，只需从数据库中调出与此车位相关的信息，将这些信息与用户的ID卡对应起来，并在电子显示屏上进行显示。每个车位处均有一个指示灯，当有顾客来时如果系统指定此车位给顾客，则将点亮此灯，灯与车位检测器相连，当停好车后，灯自动熄灭。31车位红外巡检系统停车场最短路径算法是以停车场结构信息为数据基础的，为了得到一张包含了车位信息的停车场抽象结构图，我们必须实时获取停车场的车位信息，这里我们采用的反射型红外光束传感器SX250MJ来获得每个车位有车无车状态。SX250MJ是车位传感器的主要部件，其性能决定了传感器的可靠性。该传感器利用红外回波检测法进行位置检测，有很强的抗静电干扰和温度干扰的特点，与超声波检测相比，速度快响应时间30MS，不受机械噪声干扰和电磁波干扰的影响，其检测原理如图4所示。光图4红外光束传感器检测原理当无车时，发射器发射的光束通过地面反射后能被接收器接收到，光束传感器输出动作“ON”。当有车时，反射光束不能被接收器接收到，其输出动作为“OFF”。通过单片机对其输入口检测就可以知道是否有车停在该车位。整个巡检系统由主机和定位于各检测车位之上的红外光束传感器从机组成。系统工作在主从工作方式下，由主机统一调度从机工作，各传感器从机通过RS485接口与主机进行半双工通讯。整个检测系统由主机发送指令统一管理，对传感器进行巡回检测。从机通过RS485总线接收到主机发送的地址码，与自己地址核对并确认自己被寻址后，开始车位检测，并将状态信息送回主机。主机根据每次巡检的结果进行车位判断。图6中，IC1是LM567。LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其、脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率F2，F21/11RC。其、脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽电容值越大，环路带宽越窄。脚所接电容的容量应至少是脚电容的2倍。脚是输入端，要求输入信号25MV。脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100MA。LM567的工作电压为4759V，工作频率从直流到500KHZ，静态工作电流约8MA。LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂，这里仅将其基本功能概述如下当LM567的脚输入幅度25MV、频率在其带宽内的信号时，脚由高电平变成低电平，脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的脚输入音频信号，则在脚输出受脚输入调制信号调制的调频方波信号。在图4的电路中我们仅利用了LM567接收到相同频率的载波信号后脚电压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。TRIG2OU3SCVL5H6D78N1E0UFK9光图5红外发射原理图M图6红外接收原理图32电子显示屏电子显示屏主要用于显示文字信息，给顾客以人性化的提示。以加快停车速度，提高停车场的效率。电子显示屏主要在两类位置进行安放。1在入场口显示停车场是否仍有空车位以供停车，若停车场满，则显示“停车场满”信息；如果有空车位，则显示“有临时用户停车位个，固定用户停车位个，共个”信息。2在停车场内各通道的交叉口处，电子显示屏主要负责显示路径信息，指示顾客快速准确的到达指定停车位。显示信息一般为如下格式“ID号为的顾客，你的车位为号，请在此左转右转、直走”。每个交叉路口的电子显示屏均有一个唯一的系统编号，此编号与交叉路口的编号一致，系统按此来对对应的电子显示屏存储器写入提示信息，进行显示。33信息处理设备信息处理设备，主要是存储每个车位对应的相关路径信息。并且负责处理红外巡检系统送来的车位信息，分析停车场中停车位的实时状况，找到当前最佳停车位。将射频卡与指定停车位的编号进行捆绑，从数据库中查询相关信息，并按路径的组成情况，负责向顾客路过的交叉路口显示屏写入相关信息。数据库中存储的车位信息表是以车位号为主键的，其格式固定。例如与编号为46的停车位关联的信息有1车位编号46号2路径组成463交叉路口显示信息左转4交叉路口显示信息直走5交叉路口显示信息右转其中，表示路径组成的数字序列号即为组成路径的交叉路口编号，此编号也是显示系统中，电子显示屏的编号。4车辆自动识别系统对于停车场的安全性来说，用户车辆的安全是最为重要的一方面。对于采用IC卡作为管理介质的停车场管理系统来说，不法分子直接将车辆盗走的可能性较小，可能存在的安全隐患主要是一方面，出口工作人员渎职，没有对车辆进行校对，给不法分子以可乘之机；另一方面，不法分子伪造目标车辆的车牌，人为触发车辆检测装置，骗取IC卡或用A车的卡将B卡的车开走。因此为了防范不法分子采用这种掉包的方式盗取车辆，系统采用了“一卡一车一位”的管理模式和车辆信息匹配机制，即将用户卡唯一地与包括车辆颜色、车辆型号、车辆牌照等在内的入场车辆信息与出场车辆信息关联起来，通过对出入场信息进行匹配，验证车辆是否被掉包。这就需要管理系统具有对进出车辆进行识别的功能。针对这个功能，目前解决的方案根据不同的实现方法大致可分为两类人工识别和自动识别。人工识别一般是基于车辆摄像加人工辨识技术；自动识别一般是基于计算机视觉、图像处理、模式识别相结合的车辆自动识别技术。人工识别方法是对进入停车场的车辆进行摄像，人工记录车牌号码，并将获取的信息与卡对应起来，当用户驶离停车场时，出口处的工作人员通过人工判别车辆在入口处所摄图像、车牌号码与出口处是否一致来达到防止盗车的目的。在入口处，通过光栅、地下感应线圈、取票按钮等方式都可以激发摄像机摄下车辆的图像，并把图像数据储存到数据中心数据库中。在出口收费处，当读卡设备侦测到射频卡时，收费员的收费界面上会出现该车在入口处所摄下的图像。如果出口处没有安装摄像机的话，收费员可以观察该车辆是否与入口图像相符。如果出口处安装了摄像机，则在车辆开到出口处时会激发摄像，并把图像显示在入口图像的旁边，让收费员可以对照两个图像是否相符。收费员确认后便可以收费放行。车辆自动识别方法全自动鉴别车辆牌照、车辆型号、车辆颜色，并把这些数据与对应的射频卡唯一的关联起来，存储到停车场管理系统的数据库里，如图7所示。在入口处，对于临时停车用户而言，可以通过光栅、地下感应线圈、取票按钮等方式激发入口摄像机摄下车牌的图像，通过图像处理技术和模式识别转换成对应的车辆牌照、车辆型号、车辆颜色数据，并保存在计算机中；对于长期用户可以通过在射频卡进入读卡器的感应范围并建立起通信后，来触发图像识别系统工作。在出口处，同样可以通过以上两种方式来激发图像识别系统，将获取的图像数据与入口时存储的图像数据由计算机进行比对。如果数据相符，则放行；不相符，则发出告警信息。车辆自动识别包括车辆牌照识别、车辆颜色识别、车型识别、车标识别等，由于车标的变化和复杂性较大，目前实际应用得较多的有车牌识别、车型识别、车辆颜色识别。另外由于停车场对车辆自动识别需求的特殊性，即它并不要求一定要辨别出车辆具体是什么颜色，具体是什么车型，而只是要判断进出车辆的相似性，它不要求解决“它是谁”，而只要求解决“它像谁”的问题。所以系统将以上三种常用的车辆识别技术结合起来，将车辆牌照、车辆颜色、车辆型号三种反映车辆身份的物理特征信息抽象成适合于计算机存储识别的数据信息，并通过计算机将这些数据进行比对，从而确定前后车辆的相似性程度。CCD摄像机图像预处理车辆区域定位字符分隔字符识别数据库主机显示图7车辆识别系统结构示意图车型识别智能交通系统领域研究的重要基础课题之一。目前出现的较多车型共有5类吉普车型、公共汽车型、轿车型、微型面包车型、货车型。要进行汽车车型的自动识别，首先需获取车型参数，且获取的车型参数越多，越有利于后续车型的识别，越有可能提高车型的识别率。目前研究使用的车型识别方法主要有1红外线识别这种方法是利用红外线检测热物体的原理对车辆轮廓进行快速准确的检测，分为主动式和被动式。它的缺点是易车辆周围其他发热物体干扰。2雷达识别这种方法利用多普勒原理，雷达检测器主动发送微波信号，被车辆反射后，反射信号随着车辆的大小，形状及材料的不同而不同，经过实验将这些信号进行统计分类后，即可用于车型识别。因反射信号的差别与速度有关，这种方法的缺点是对静止和缓慢行驶的车辆将失效。3超声波识别这种方法的工作原理与雷达检测，区别在于它发送的是超声波而不是微波，并且检测器安装在车道上方与车辆垂直处。它的缺点是波束宽，精确度不高，受风干扰严重。4图像处理技术这种方法是采用数字图像处理技术，依据不同车型车辆的特征信息和先验分类知识，对获取的车辆图像处理，结合神经网络来确定车型。缺点是易受所获取图像质量影响，精确度不高，运算量大且、处理速度慢。以上各种方法虽然采取的技术原理有很大差别，但识别的流程都是一样的。即首先获取大量车辆特征参数作为知识库，然后在实际应用中实时提取车辆特征，通过匹配分析来确定车型。5地感线圈工作原理它是这样构成的，如图9所示，在地面上先造出一个圆形的沟槽，直径大概1米，或是面积相当的矩形沟槽，再在这个沟槽中埋入两到三匝导线，这就构成了一个埋于地表的电感线圈，这个线圈是一个振荡电路的一部分，由它和电容组成振荡电路，其原则是振荡稳定可靠，这个振荡信号通过变换送到单片机组成的频率测量电路，单片机就可以测量这个振荡器的频率了。当有大的金属物如汽车经过时，由于空间介质发生变化引起了振荡频率的变化（有金属物体时振荡频率升高），这个变化就作为汽车经过“地感线圈”的证实信号，同时这个信号的开始和结束之间的时间间隔又可以用来测量汽车的移动速度。这就是“地感线圈”。技术关键是设计出的振荡器稳定可靠并且有汽车经过时频率变化明显。U06KR7PFCTMHLUOV图8地感线圈原理图6射频卡电路如图9所示，MCU是通过对读写模块MFRC500内核特殊的内存寄存器的读写来控制MFRC500。MFRC500射频模块的DOD7数据端口1和单片机数据端口P0口直接连接进行数据传送，中断请求口IRQ和单片机的中断0FINT0连接，即单片机利用MFRC500提供中断信息对其进行控制。读写器的控制单片机原理如图所示。天线拾取的信号经过天线匹配电路送到RX脚，MFRC500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MCU进行读取。MFRC500通过TX1和TX2提供1356