基于无线射频识别技术的智能停车场管理系统设计Word文档下载推荐.docx
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RFID技术的发展是基于多项技术的综合发展，它涉及了多项关键技术：
芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播技术等等。
射频识别技术发展得很快。
RFID产品种类很多，射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。
如机场旅客行李管理、旅客列车自动识别系统、汽车生产流水线的生产过程控制中等。
射频识别产品在全世界的销量以每年25.3%的比例增长。
射频识别技术具有广阔的市场前景。
1.2研究现状
当前RFID的研究主要围绕RFID技术标准、RFID标签成本、RFID技术和RFID应用系统等多个方面展开。
1.RFID技术标准
RFID的标准化是当前亟需解决的重要问题，各国及相关国际组织都在积极推进RFID技术标准的制定。
目前，还未形成完善的关于RFID的国际和国内标准。
RFID的标准化涉及标识编码规范、操作协议及应用系统接口规范等多个部分。
其中标识编码规范包括标识长度、编码方法等；
操作协议包括空中接口、命令集合、操作流程等规范。
2.RFID技术研究
当前，RFID技术研究主要集中在工作频率选择、天线设计、防冲突技术和安全与隐私保护等方面。
工作频率选择是RFID技术中的一个关键问题。
工作频率的选择既要适应各种不同应用需求，还需要考虑各国对无线电频段使用和发射功率的规定。
当前RFID工作频率跨越多个频段，不同频段具有各自优缺点，它既影响标签的性能和尺寸大小，还影响标签与读写器的价格。
此外，无线电发射功率的差别影响读写器作用距离。
表1.1RFID频段特性
频段
描述
作用距离
穿透能力
125~134KHz
低频（LF）
45cm
能穿透大部分物体
13.553~13.567MHz
高频（HF）
1~3m
勉强能穿透金属和液体
400~1000MHz
超高频（UHF）
3~9m
穿透能力较弱
2.45GHz
微波（Microwave）
3m
穿透能力最弱
天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置。
天线按工作频段可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；
按方向性可分为全向天线、定向天线等；
按外形可分为线状天线、面状天线等。
受应用场合的限制，RFID标签通常需要贴不同类型、不同形状的物体表面，甚至需要嵌入到物体内部。
RFID标签在要求低成本的同时，还要求有高的可靠性。
此外，标签天线和读写器天线还分别承担接收能量和发射能量的作用，这些因素对天线的设计提出了严格要求。
当前对RFID天线的研究主要集中在研究天线结构和环境因素对天线性能的影响上。
鉴于多个电子标签工作在同一频率，当它们处于同一个读写器作用范围内时，在没有采取多址访问控制机制情况下，信息传输过程将产生冲突，导致信息读取失败。
同时多个阅读器之间工作范围重叠也将造成冲突。
这些也是RFID的研究对象。
RFID安全问题集中在对个人用户的隐私保护、对企业用户的商业秘密保护、防范对RFID系统的攻击以及利用RFID技术进行安全防范等多个方面。
1.3研究前景
无线射频识别技术（RFID）已经成为一个很热门的话题。
据业内人士预测，RFID技术市场将在未来五年内在新的产品与服务上带来30至100亿美金的商机，随之而来的还有服务器、资料储存系统、资料库程序、商业管理软件、顾问服务，以及其他电脑基础建设的庞大需求。
RFID将会成为未来的一个巨大市场是毫无疑问的。
许多高科技公司正在加紧开发RFID专用的软件和硬件，无线射频识别技术（RFID）正在成为全球热门新科技。
1970-1980年，射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。
出现了一些最早的射频识别应用，80年代之后，射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。
进入20世纪以来，射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。
同时，标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。
至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。
单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。
1.4无线射频识别技术在停车场的应用
随着经济的高速增长，汽车的社会拥有量不断增加，汽车停车场的数量将随之增加，规模不断扩大，这给停车场的车辆管理（停车效率、停车安全）提出了新的挑战。
停车场的管理既要使车辆存取方便、快捷，又要保证安全、可靠。
如何在车场中找到车位或者识别自己的车辆，引起了人们对停车场管理及服务的兴趣。
目前，有很多识别技术都可以对物体进行识别定位，但在小区域（如室内）定位服务中，现有的识别技术存在着一定的缺陷，如超声波技术、射频识别（RFID）技术、IEEE802．11、超宽带（UWB）等，应用于室内识别和定位服务，各有优劣。
射频识别技术：
一个著名的采用RFID技术的定位系统是SpotON。
SpotON根据无线信号强度分析，采用聚合算法进行三维定位。
SpotON系统中硬件标签成网络状分布，无需中央控制单元，通过标签检测到的信号强弱来估计交互标签的距离。
然而，完整的SpotON系统到目前为止还没有建成。
RFID技术同其它技术比较而言，具有成本上的优势，而且RFID识别技术对环境的要求和受到的环境影响都很小，定位精度较高，传输范围大；
RFID技术在识别物体的同时还从识别目标中读取有关该对象的大量信息
。
无线射频识别技术，可以对车场车辆进行无线定位引导。
通过停车场的计算机管理系统获得停车场停靠车辆的个体信息。
包括空余停车位的数量与分布情况，方便车主顺利地找到停车位置；
在停车场的人口处可以通过终端查询系统很方便地查询到自己的车辆在停车场中的具体位置；
在出口处，根据车载卡报告时记录的起始停靠时间，可以很方便地得出车辆停靠时间及应付费用。
特点是电子系统复杂性低，容易实现且成本低；
定位精度高，抗干扰能力强。
使用无线射频识别技术，可以大大的减少人事成本，使得停车场的运作在无人和自动化下正常运行。
1.5课题目标
课题旨在智能停车场的设计与实现过程，完成无线射频识别技术在停车场上的应用，希望可以达到基本功能：
管理员的登录和注册模块、车辆具体信息查询模块、车辆的自动管理模块、其他信息模块。
其中车辆自动管理涉及到了所用的无线射频识别技术，即车辆信息的产生、车辆信息的读取、车辆信息的处理等等。
完成智能停车场对进入和驶出车辆的自动化的无人管理功能。
1.6论文的主要组织结构
本文的主要内容总共分为五章，各章的具体内容如下：
第一章：
“绪论”。
该章是本文的开始，对本文的内容做了大致的描述。
第二章：
“关键技术和运行环境”。
该章介绍了一些无线射频识别技术相关的知识，为设计实现系统提供了信息支持，同时介绍设计的编写语言和环境。
第三章：
“系统概要设计”。
该章是本文的重点之一，做了系统概要设计分析，该章为实现系统起到了引导作用。
第四章：
“系统的详细设计与实现”。
该章是本文的另一重点，它是对第四章内容的扩充，该章详细介绍无线射频识别技术的停车场各个模块的实现，同时该章也对系统的实际应用做了大致的介绍。
第五章：
“设计任务的应用和实现”。
这一章，主要是在前几章的基础上，将基于无线射频识别技术的智能停车场管理系统的简单化模型的实现情况予以展示，对各个功能模块实现给以截图。
第六章：
“总结和展望”，这一章，是对整个毕业设计的总结，同时对设计上需要增进和改进的总结。
最后本文以总结与展望做了收尾。
在对本文的总结与展望中，作者对系统的完善与扩展做了简单分析，同时也表明了作者对无线射频识别技术的一些简单看法。
第二章关键技术和运行环境
无线射频识别RFID是面世于20世纪60年代末，兴起于20世纪90年代的一项自动识别技术。
它的应用最早可追溯到第二次世界大战时期，美军曾用于识别盟军飞机，近年来成为业界关注的热点。
从总体上而言，RFID技术已经逐步发展成为一个独立的跨学科的专业领域，它将大量来自不同专业领域的技术综合到一起：
如高频技术、电磁兼容性、半导体技术、数据保护和密码学、电信、制造技术等。
目前，RFD技术己应用于我们日常生活中的非接触式就餐卡、车辆防盗系统、道路自动收费系统、门禁系统、身份识别系统等等。
特别是随着近几年零售和物流行业信息化的不断深入，这些行业越来越依赖于应用信息技术来控制库存、改善供应链管理、降低成本、提高工作效率，这为RFID技术的应用和快速发展提供了极大的市场空间。
RFID技术除了能为这些行业节省成本、提高效率外，它的推广还将带动一个巨大的市场，并将给人们日常生活的某些方面带来革命性的变化。
基本的RFID系统通常由3部分组成：
RFID标签（tag），RFID阅读器（reader）及应用支撑软件。
数据之间的传输一般是利用无线射频技术，主要是利用天线，以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去，多个标签可以同时发送数据，同时多个阅读器也可以接受来自标签的信息，发送和接受的过程可以同时进行。
图2.1给出了基本的RFID系统的组成。
图2.1基本的RFID系统
在系统中，RFID标签类似货物包装上的条形码功能，记载物品的信息。
读写器类似识别标签的光电阅读器，但部分读写器还具有向RRD标签写入信息的能力。
应用接口或中间件软件完成RFID标签数据信息的收集。
传输网络实现数据的传送，根据读写器终端的功能可以采用多种传输方式，如以太网、WLAN、GSM、CDMA等。
业务应用与管理系统实现RFID标识物的有序管理。
2.1RFID技术简介
2.1.1RFID系统组成与框架
1.RFID标签
标签由天线和芯片组成，天线在标签和读卡器间传递射频信号，芯片里面保存每个标签具有的唯一电子编码和用户数据。
每个标签都有一个全球唯一的ID号码－UID，UID是在制作芯片时放在ROM中的，无法修改；
用户数据区是供用户存放数据的，可以进行读写、覆盖、增加的操作。
并已开始进行较大规模的应用试验。
我国集成电路设计业和制造业在近几年中取得了长足发展。
国外目前已出现了多种新的封装技术，在国内，卡片形式的封装技术已经比较成熟，但是在其他先进的封装技术方面与国外的差距很大，还不具备低成本RFID标签的封装能力。
2.RFID读写器
RFID读写器是读取（或写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。
读卡器对标签的操作有三类：
（1）识别（Identify）：
读取UID；
（2）读取（Read）：
读取用户数据；
（3）写入（Write）：
写入用户数据。
同RFID芯片一样，国外125kHz的低频段和13.56MHz的高频段的读写器系统相对比较成熟，产品种类也较多。
在UHF和更高的频段，读写器的研发工作正在快速进行中，支持各种标准的读卡设备不断涌现。
目前国内部分公司已经掌握了读写器的核心技术，在技术水平上和国外的差距不大。
3.RFID中间件
在RFID系统的应用支撑软件中除了运行在标签和阅读器上的部分软件之外，介于阅读器与企业应用之间的中间件（Middleware）是其中的一个重要组成部分。
RFID中间件是将底层RFID硬件和上层企业应用结合在一起的粘合剂。
该中间件的主要任务是对阅读器传来的与标签相关的事件、数据进行过滤、汇集和计算，减少从阅读器传往企业应用的巨量原始数据、增加抽象出的有意义的信息量。
可以说，中间件是RFID系统的神经中枢。
虽然原则上中间件是横向的软件技术，但在RFID系统中，为使其更适用于特定行业，RFID中间件往往会针对行业做一定的适配工作。
在RFID系统这种具体情况下，中间件层除通常的功能外，还有以下特定功能：
（1）使阅读/写入更加可靠；
（2）把数据通过读卡器网络推或者拉到正确位置（类似路由器）；
（3）监测和控制读卡器；
提供安全读写操作；
（4）降低射频干扰；
（5）处理标签型和读卡器型事件；
（6）应用通知；
（7）接受并且转发来自应用的中断指令；
（8）给用户提供异常告警。
从体系结构上讲，RFID中间件还可以分为多个子层，包括边缘层和集成层。
边缘与集成层的分离可以提高可伸缩性并降低客户成本，因为边缘层既是轻量级的，成本又低。
2.1.2RFID工作原理与应用体系结构
RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性、实现对被识别物体的自动识别。
图2.2RFID系统读写基本原理
当装有电子标签的物体在距离0～10米范围内接近读写器时，读写器受控发出微波查询信号，安装在物体表面的电子标签收到读写器的查询信号后，将此信号与标签中的数据信息合成一体反射回电子标签读出装置。
反射回的微波合成信号，已携带有电子标签数据信息。
实现能量的传递和数据的交换，如图2.2所示。
在读写器与电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种：
电感耦合和电磁反向散射耦合。
电感耦合类似于变压器模型，一般适于中低频工作的近距离射频识别系统。
电磁反向散射耦合类似雷达原理模型，一般适合高频、微波工作的远距离射频识别系统。
因此，RFID技术还涉及无线射频识别的物理学原理、无线射频识别的数据传输协议与安全性、数据完整性、多标签同时识别与系统防冲撞等问题。
RFID标签（Tag）由耦合元件及芯片组成，标签中一般保存有约定格式的电子数据，每个电子标签具有全球唯一的识别号，且终身不得修改。
具有持久性、信息接收传播穿透性强、存储信息容量大、可重复利用、种类多等特点。
在实际应用中，无线标签以任意形式附在被识别的物体的表面。
存储在芯片中的电子数据可以由读写器通过以无线电波的形式非接触的读取。
RFID无需人工去识别标签，读写器每250mS就可以从标签中读出位置和商品相关数据。
标签一般只有被识别的功能，即只读功能，但有些情况也具有可写的功能。
标签的数据存储量在几字节到几千字节。
RFID读写器是读取（或写入）电子标签数据信息的设备，可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，在读写区内可实现数个标签同时识读，并具备防冲撞功能。
读写器与计算机之间可以通过标准接口进行通信，也可以私!
计算机网络通过标准接口连接。
读写器由射频模块和控制模块组成。
射频模块的主要任务是：
产生高频发射能量，激活射频电子标签并为其提供能量；
对发射信号进行调制，用于将数据传输给电子标签；
接收并调制来自射频电子标签的射频信号。
控制模块的主要任务是：
与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的动作指令；
控制与射频电子标签的通信过程；
信号的编码与解码；
执行防碰撞算法；
对数据进行加密解密。
应用程序接口主要包括：
接口方式与接口软件。
接口方式主要指的是读头和应用计算机的接口方式。
RFID应用系统的接口方式非常灵活，包括RS232、RS485、以太网（RJ45）、wLAN8o2.11（无线网络）等接口。
接口软件一般是由RFID设备制造厂商提供的，通过这种软件可以对设备进行测试，可以直接生产一定格式的数据文件，供用户分析使用，也可以向其他应用软件提供数据接口。
RFID应用系统具体的工作过程是应用系统通过发送应用指令到读写器，读写器通过编码器、解码器对指令进行处理后，命令响应单元发出标签读写命令，通过天线向标签发送指令，标签响应后将标签中存储数据经由天线通过空中接口返回到读写器天线，再经过编码、解码后，命令响应单元将读取结果返回到应用系统。
RFID读写器读取RFID标签的数据位于较低的硬件层，读取的原始数据被传送到中间件处理，在中间件的设备和数据管理层，具有识别重复读了多次的RFID标签过滤机制的功能。
利用过滤冗余数据机制，数据被过滤，只有和上层相关的数据才被传送到中间件。
实时产生的RFID信息经过事件管理层处理供上层的交易过程和解决方案使用。
图2.3RFID系统结构
2.1.3RFID中间件的定义与功能
当人们逐步了解并熟悉RFID技术的时候，同时也感觉到了应用RFID技术的一些困惑，例如：
不同设备与应用系统之间的接口问题、大量而复杂的RFID数据如何处理和利用、如何将RFID系统与现有信息系统之间无缝集成等问题。
解决这些问题的方法就是要构建并部署一套RFID中间件。
RFID中间件是RFID读写器和应用系统之间的中介，从应用程序端使用中间件所提供一组通用的应用程序接口（API），即能连到RFID读写器，读取RFID标签数据。
这样一来，即使存储RFID标签情报的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件取代，或者读写RFID读写器种类增加等情况发生时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护复杂性问题。
详细来讲，RFID中间件是一种消息导向（Message-OrientedMiddleware，MOM）的软件中间件，信息是以消息的形式，从一个程序传送到另一个或多个程序。
信息可以以异步的方式传送，所以传送者不必等待回应。
面向消息的中间件包含的功能不仅是传递信息，还必须包括解释数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的排错工具等服务。
RFID中间件在实际应用当中主要起到数据的处理、传递和读写器的管理等功能。
通过对RFID实际应用系统的分析，RFID中间件应具备以下几个主要功能：
（1）数据读出和写入
目前市场上的电子标签，不但存储标识数据，有的还能够提供用户可进行自定义读写操作的附加存储器。
当网络因某种原因失效时，通过读取附加存储器的内容仍能够获得必要的信息。
RFID中间件应提供统一的API，完成数据的读出和写入工作。
中间件应提供对不同厂家读写设备的支持、不同协议的设备支持，实现应用对设备的透明操作。
（2）数据的过滤和聚合
读写器不断地从Tag读取大量的未经处理的数据，一般来说应用系统并不需要大量的重复数据，数据必须进行去重和过滤。
不同的应用需要取得不同的数据子集，例如：
装卸部门的应用关心包装箱的数据而不关心包装箱内件的数据。
RFID中间件应能够聚合汇总上层应用系统定制的数据集合。
（3）RFID数据的分发
RFID设备读取的数据，在整批货物处理完成后再将完整的数
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