物联网RFID车辆自动识别系统设计

郑州航空工业管理学院电子通信工程学院 王超梁 周 鹏

物联网RFID车辆自动识别系统设计

郑州航空工业管理学院电子通信工程学院 王超梁 周 鹏

物联网RFID自动识别技术，具有远距离识别、可存储携带信息、快速读取等特点，被广泛应用在智能交通等方面。采用MFRC522射频标签记录车辆信息，并使用STC89C52单片机作为主控芯片实现车辆的自动识别，然后把车辆信息通过LCD12864液晶显示屏显示，实验表明：该系统具有硬件结构简单，识别速度快、准确率高等特点。

物联网；RFID；射频模块；STC89C52；车辆识别

1.引言

射频识别RFID(Radio Frequency Identification)是一种非接触式的依靠空间电磁感应进行双向通信的自动识别技术，通过射频信号实现电子标签和阅读器之间的信息交互，无须人工干预，适应于各种恶劣环境，被广泛应用物流、交通等领域。传统的停车以及收费问题都是由人工来实现，经常会发生排队等候造成拥堵的现象，不仅增加了工作人员的工作强度，更是浪费了双方宝贵的时间，解决并改进车辆自动识别、停车以及收费等问题显得十分重要。

本文设计的物联网RFID车辆自动识别系统，具有硬件设施简单，智能化程度高，识别速度快，准确率高等优点，适用于停车场、小区、高速公路等需要进行车辆自动识别和管理的场合。

2.物联网RFID车辆自动识别系统硬件设计

本设计采用STC89C52单片机作为微控制器，系统的组成主要包括射频模块、微处理器模块、LCD显示模块、串口通讯模块。

2.1 射频读卡模块

该模块主要有电子标签（M1卡），阅读器，天线（线圈）组成。当电子标签靠近读写器后，读写器微控制器向读写器芯片MCM200发送指令；读写器芯片执行后将其转化为射频信号发送给电子标签（M1卡）；电子标签接受指令后完成处理，MCM200接收并将其信号转换为数字信号发送给MCU，读写器与电子标签完成了一次完整通信过程的数据传输。读写器MFRC522电路原理图如图1所示。

图1 读写器MFRC522电路原理图

2.2 微控制器模块

STC89C52是STC公司生产的一种微控制器，它具有低功耗，高性能的优点。它采用经典内核结构，指令代码完全兼容8051单片机，而且比8051单片机具备更多的功能。该单片机硬件结构如下：512字节RAM，32位输入/输出口线（P0、P1、P2、P3），4KBEEPROM，8K字节Flash，3个16位定时器/计时器（T0、T1、T2），全双工串行口。

（1）工作电压：5.5V～3.3V；

（2）工作频率范围：0～40MHz；

（3）工作温度范围：-40～+85℃；

（4）可通过串口（RXD/P3.0、TXD/P3.1）直接下载程序；

（5）P0口8位管脚是双向I/O口；

（6）P1口同P0口，但是P1口有复用功能，P2和P3口同P0口，还有其他的一些复用功能，如表1所示。

表1 P1口管脚复用功能

2.3 LCD显示模块

本设计所采用的液晶显示模块为LCD12864。内有8192个汉字点阵，VDD接3.0V电压，蓝品白字，功耗相较于普通的LCD是非常低，该模块的电路原理如图2所示。

图2 LCD12864电路原理图

2.4 串口通信模块

UART作为通用的双向通信串行数据总线，不仅可以实现全双工传输接收，还可提供RS-232数据终端设备接口。本系统中计算机使用STC-ISP软件通过RS-232选择单片机型号和串口号可以直接下载到单片机，不仅可以作为串行通信接口，也可作为数据下载线。电路原理如图3所示。

图3 串口电路原理图

3.系统软件部分设计

3.1 车辆自动识别模块设计

为保证系统正常工作，在读卡之前需要对系统进行初始化，然后开始读卡，如果车辆所使用的电子标签有效，启动定时器，作用时间大概10秒，读取卡的信息，系统会发出“滴”的提示音，在LCD屏上显示所使用卡的车辆信息，模块工作流程如图4所示。

图4 车辆识别系统流程图

3.2 LCD显示模块设计

LCD显示模块工作开始之后需要进行初始化，通过对程序的编译来设置显示屏显示信息的位置及内容，单片机上电之后，屏幕首先会显示开机界面，当阅读器读取到正确的电子标签信息之后则会显示读取到的车辆信息，LCD显示流程如图5所示。

图5 LCD显示流程图

图6 阅读器工作流程图

3.3 阅读器工作模块设计

读写器工作开始，进行初始化，之后开始识别是否有标签在可读取的范围内，如果读取到射频卡，为防止无线传输发生错误则进行防碰撞处理，然后验证卡片信息，读取卡片内容，显示其读取的内容。读写器的整个工作流程如图6所示。

4.系统的调试与制作

RFID车辆自动识别系统上电之后显示屏会显示开机界面，液晶屏上会显示使用地点以及主控芯片，并会提示“请您刷卡上车”等字样。如果系统识别到标签信息，在发出提示音之后会在液晶屏上显示卡号、车牌、消费、余额等信息，如图7所示。

图7 液晶屏显示开机界面

读写器对标签先进行寻卡操作，识别到标签之后进行防碰撞处理，而后依次进行选卡、读写卡操作。读写器对射频卡完成读取操作之后液晶屏显示界面如图8所示。

图8 液晶屏显示阅读器读卡界面

5.结论

本设计采用MFRC522射频标签记录车辆信息，并使用STC89C52单片机作为主控芯片实现车辆的自动识别，然后把车辆信息通过LCD12864液晶显示屏显示，实验表明：该系统具有硬件结构简单，识别速度快、准确率高等特点。

[1]林栎．基于RFID的电子车牌动态监测处理系统设计与实现[D]．厦门大学,2013(10)．

[2]张强．基于车联网的RFID读写器接收机研究[D]．吉林大学,2014(12)．

[3]李成勇．基于RFID技术的高速移动多目标车辆识别方法研究[D]．重庆理工大学,2014(04)．

[4]裴华艳,付聚文．基于物联网的智能停车系统的研究与设计[J]．铁路计算机应用,2015,25(01)：50-52．

[5]李韦瑶,王飞飞,吕海莲．基于物联网技术的小区只能停车系统设计[J]．电子设计工程,2015,5(06)：16-18．

[6]金磊．超高频RFID系统在车辆管理中的应用[J]．物联网技术,2014,15(04)：8-10．

王超梁【通讯作者】（1985—），河南鹿邑人，硕士研究生，助教，主要研究方向：RFID射频识别、物联网通信、无线传感技术。

周鹏（1968—），河南信阳人，硕士研究生，教授，研究方向：物联网定位、无线传感网。

航空科学基金资助项目（2015ZD55005）；郑州航院青年基金项目（29010014)；郑州航院教改项目（64010011）。