中南大學畢業論文(設計)調研報告題 目 學生姓名 指導教師 劉 學 院 信息科學與工程學院 專業班級 完成時間 教務處制摘 要畢業設計之前，對課題即基于無線射頻技術的智能停車場的設計與應用進行了相關調研，以便更好的完成畢業設計。調研內容主要為無線射頻技術的相關理論知識和技術實現以及本課題的分析討論。在論述完以上內容之后，會對本次調研進行一些總結。關鍵詞：無線射頻識別技術、自動化、停車場目錄第一章 前言-4第二章 相關知識介紹-5 2.1 無線射頻識別技術的需求-5 2.2 無線射頻識別技術的工作原理及組成-5 2.3 智能停車場系統-8第三章 課題分析-113.1 RFID仿真-113.2數據庫實現-13第四章 結束-14參考資料第一章、前言無線射頻識別技術RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。 RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器（或閱讀器）和很多應答器（或標簽）組成。RFID是一種新技術,它是用來通過無線電波鑒別激活或無生命的，利用如此重要的技術與應用是本研究唯一的目的. 在這項研究中,通過射頻識別技術，實現一種自動的車輛辨識系統。車輛的停入和駛出能在一個快速的方式下處理，無人、安全、自動化。第二章. 相關知識介紹2.1 無線射頻識別技術的需求RFID是射頻識別技術的英文(Radio Frequency Identification)的縮寫，射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。無線射頻識別技術(RFID)已經成為一個很熱門的話題。據業內人士預測，RFID技術市場將在未來五年內在新的產品與服務上帶來30至100億美金的商機，隨之而來的還有服務器、資料儲存系統、資料庫程序、商業管理軟件、顧問服務，以及其他電腦基礎建設的龐大需求。 或許這些預測過于樂觀，但RFID將會成為未來的一個巨大市場是毫無疑問的。許多高科技公司正在加緊開發RFID專用的軟件和硬件，這些公司包括英特爾、微軟、甲骨文、SAP和SUN，而最近全球最大的零售商沃爾瑪的一項要求其前100家供應商在2005年1月之前向其配送中心發送貨盤和包裝箱時使用RFID技術，2006年1月前在單件商品中使用這項技術的決議，把RFID再次推到了聚光燈下。因此可以說無線射頻識別技術(RFID)正在成為全球熱門新科技。 1970-1980年，射頻識別技術與產品研發處于一個大發展時期，各種射頻識別技術測試得到加速。出現了一些最早的射頻識別應用，80年代之后，射頻識別技術及產品進入商業應用階段，各種規模應用開始出現。 進入20世紀以來，射頻識別技術標準化問題日趨得到重視，射頻識別產品得到廣泛采用，射頻識別產品逐漸成為人們生活中的一部分。同時，標準化問題日趨為人們所重視，射頻識別產品種類更加豐富，有源電子標簽、無源電子標簽及半無源電子標簽均得到發展，電子標簽成本不斷降低，規模應用行業擴大。至今，射頻識別技術的理論得到豐富和完善。單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的射頻識別技術與產品正在成為現實并走向應用。 2.2 無線射頻識別技術的工作原理及組成1、工作原理 RFID的工作原理是：標簽進入磁場后，如果接收到閱讀器發出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(即Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(即Active Tag，有源標簽或主動標簽)，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。 RFID技術由Auto-ID中心開發，其應用形式為標記(tag)、卡和標簽(label)設備。 標記設備由RFID芯片和天線組成，標記類型分為三種：自動式，半被動式和被動式。現在市場上開發的基本上是被動式RFID標記，因為這類設備造價較低，且易于配置。 被動標記設備運用無線電波進行操作和通信，信號必須在識別器允許的范圍內，通常是10英尺(約3米)。這類標記適合于短距離信息識別，如一次性剃須刀或可移動刀片包裝盒這類小商品。 RFID芯片可以是只讀的，也可是讀/寫方式，依據應用需求決定。被動式標記設備采用E2PROM(電擦寫可編程只讀存儲器)，便于運用特定電子處理設備往上面寫數據。一般標記設備在出廠時都設定為只讀方式。Auto-ID規范中還包含有死鎖命令，以在適當情形下阻止跟蹤進程。 Auto-ID中心開發的電子產品代碼(EPC)規范能識別目標，以及所有與目標相關的數據。EPC系統運用正確的數據庫鏈接到EPC碼，廠商和零售商能依據權限進行查詢、管理和變更操作。 一旦標記貼到產品或設備上，RFID識別器便能讀取存儲于標記中的數據。Auto-ID計劃將EPC系統發展成為全球標準，該標準主要包括：識別目標的特定代碼(EPC)；定義數據的所有者(EPC管理器)；定義代碼及標記的其余信息；定義貨物參數，如庫存單元號；將EPC代碼轉換為Internet地址(目標命名服務ONS)；對目標進行描述(物理置標語言PML)；聚集和處理RFID數據(專家軟件)；分配給每類目標的特定號碼(串行號)；用于互操作性的規范最小集(標記及識別規范)，采用RFID技術最大的好處是可以對企業的供應鏈進行透明管理，有效地降低成本。2、RFID系統的組成 射頻識別系統至少應包括以下兩個部分，一是讀寫器，二是電子標簽(或稱射頻卡、應答器等，本文統稱為電子標簽)。另外還應包括天線，主機等。RFID系統在具體的應用過程中，根據不同的應用目的和應用環境，系統的組成會有所不同，但從RFID系統的工作原理來看，系統一般都由信號發射機、信號接收機、發射接收天線幾部分組成。下面分別加以說明： 信號發射機 在RFID 系統中，信號發射機為了不同的應用目的，會以不同的形式存在，典型的形式是標簽(TAG)。標簽相當于條碼技術中的條碼符號，用來存儲需要識別傳輸的信息，另外，與條碼不同的是，標簽必須能夠自動或在外力的作用下，把存儲的信息主動發射出去。 信號接收機 在RFID系統中，信號接收機一般叫做閱讀器。根據支持的標簽類型不同與完成的功能不同，閱讀器的復雜程度是顯著不同的。閱讀器基本的功能就是提供與標簽進行數據傳輸的途徑。另外，閱讀器還提供相當復雜的信號狀態控制、奇偶錯誤校驗與更正功能等。標簽中除了存儲需要傳輸的信息外，還必須含有一定的附加信息，如錯誤校驗信息等。識別數據信息和附加信息按照一定的結構編制在一起，并按照特定的順序向外發送。閱讀器通過接收到的附加信息來控制數據流的發送。一旦到達閱讀器的信息被正確的接收和譯解后，閱讀器通過特定的算法決定是否需要發射機對發送的信號重發一次，或者知道發射器停止發信號，這就是命令響應協議。使用這種協議，即便在很短的時間、很小的空間閱讀多個標簽，也可以有效地防止欺騙問題的產生。 編程器 只有可讀可寫標簽系統才需要編程器。編程器是向標簽寫入數據的裝置。編程器寫入數據一般來說是離線(OFF-LINE)完成的，也就是預先在標簽中寫入數據，等到開始應用時直接把標簽黏附在被標識項目上。也有一些RFID應用系統，寫數據是在線(ON-LINE)完成的，尤其是在生產環境中作為交互式便攜數據文件來處理時。 天線 天線是標簽與閱讀器之間傳輸數據的發射、接收裝置。在實際應用中，除了系統功率，天線的形狀和相對位置也會影響數據的發射和接收，需要專業人員對系統的天線進行設計、安裝。 2.3 智能停車場系統2.3.1 智能停車場系統簡介 智能停車場系統一般設在小區內，有若干入口和出口。所有出入口都要求聯網，實現數據通信，并采用統一的管理。車輛進入：1、 車輛駛入時，進行識別，然后檢索數據得出車輛類別2、顯示屏顯示該車的有效期或余額，歡迎光臨等提示語3、如果非満位，則開閘放行，同時記下車輛的進入時間。車輛越過進口，駛入停車場內，車位顯示刷新新車，整個過程自動完成，無須工作人員干預。車輛一直處于行駛狀態，無段暫停。車輛離開：1、 車輛駛出時，進行自動識別，然后檢索數據得出車輛類別2、 顯示屏顯示該車的有效期或余額，祝您一路順風等提示語3、 若如果車輛在沒有RFID通知下駛入，事后它將無法簽出。其他情況下可正常駛出停車場。同時記下車輛的駛出時間，車位顯示屏刷新車位。結構方案圖如下： 網絡拓撲圖如下：2.3.2如何實現管理停車場實施智能管理系統，是一個以非接觸式射頻卡為車輛出入停車場憑證、以車輛圖像對比管理為核心的多媒體綜合車輛管理系統。再將射頻卡識別技術和高速的視頻圖像存儲比較相結合，通過計算機的圖像處理，對車輛進出進行全方位管理。首先建立一個數據庫，為不同用戶存儲用戶信息以及車型的視頻圖像。建立一個管理系統，能通過對比分析射頻卡信息和數據庫中存儲信息。給出相關車輛管理信息，例如是否繳費、繳費多少。以RFIDDATA為標題的一個中央數據庫，用于存儲數據來自于城市里的停車場。在數據庫中， “Vehiclelnformation” 作為主表、 “VehicleCirculationlnfo”作為一個分表被創建。有關車輛的一般信息存儲在主表，而信息的流通是在分表保存。主表包括的領域如車輛的ID，數量，類型和模式。為了監控車輛的市內停車的運動，“VehicleCirculationlnfo”表被使用，記錄停入和駛出的嘗試，日期，時間，停車的相關信息和總停車費。當有汽車駛入或停出時，汽車的身份信息首先在中央數據庫被搜索，如果車輛沒有登記到數據庫中的任何紀錄，初次進入車輛的信息將存儲在數據庫中。如果車輛有紀錄儲存在系統上，將不會有任何附加的資料，從而可避免重復項。在正常情況下，如果車輛在沒有RFID通知下駛入，事后它將無法簽出。這樣，未經許可進入將可避免。如果簽入的車輛沒有得到簽出，那么它在城市里的任何一個停車場將不能辦理登機手續。只有中央數據庫管理員可以設法解決這個問題。登記車輛的鑒定信息在RFID讀寫器的覆蓋范圍將不斷地被讀取。如果在這一過程中，汽車的信息被記錄到數據庫中，這將會有重復的項目，導致系統內的問題。為了避免這個問題，車輛超出RFID讀取器的距離時，閱讀的任務就完成了。如果兩個車輛并排的進入一個停車場，在RFID讀寫器的范圍內，該系統將無法閱讀他們的身份信息和過程。為了避免這些問題，停車場入口的設計應是同一時間一輛車。在停車場的入口地段，射燈直接連接到RFID讀取器，通知有關的停車位，互聯網在拆除的過程將關閉到中央數據庫的連接。在這種情況下，本地數據庫系統將啟用。當互聯網連接恢復，系統將再次切換到遠程數據庫。第三章. 課題分析3.1 RFID仿真 基于MATLAB SIMULINK的RFID系統仿真一、 SIMULINK仿真的特點：（1） 交互建模SIMULINK提供大量的功能模塊，方便用戶建立動態系統模型。（2） 交互仿真SIMULINK提供交互性更強的非線性仿真環境，用戶可以通過下拉菜單執行仿真，或者用命令行進行批處理。（3） 能夠擴充和定制 SIMULINK的開放式結構允許用戶擴充仿真環境的功能。（4） 與MATLAB和工具箱集成由于SIMULINK可以直接利用MATLAB的數學、圖形和編程功能，用戶可以直接在SIMULINK下完成諸如數據分析、過程自動化、優化參數等工作。二、Simulink中常用的模塊庫包括以下幾種。（1）信宿（Sinks）模塊庫：包括顯示或將輸出回寫的模塊。Display顯示輸入的值；Output創建子系統的輸出端口或外部輸出端口；Scope、Float Scope顯示仿真時產生的信號；StopSimulation當輸入不等于零時停止仿真；Terminator將未連接的輸出端口作為終端；XY Graph顯示XY坐標圖。（2）信源（Sources）模塊庫：包括產生各種信號的模塊。BandLimited White Noise為連續系統引入白噪聲；Chirp Signal產生一個掃頻信號；Clock產生和顯示仿真時間；Constant產生一個常量值；Digital Clock在特定的采樣間隔產生仿真時間；Ground將未連接的輸入端口接地等。（3）連續（Continuous）模塊庫：包括線性函數模型。包括有微分單元（Derivative）、積分單元（Integrator）、線性狀態空間系統單元（StateSpace）、線性傳遞函數單元（Transfer Fen）、延時單元（Transport Delay）、可變傳輸延時單元（Variable Transport Delay）、指定零極點輸入函數單元（ZeroPole）。（4）數學操作（Simulink Math Operations和FixedPoint Blocket Math）模塊庫：包含常用的數學函數模塊。包括輸入信號絕對值單元（Abs），計算一個復位信號幅度與或相位單元（Complex to MagnitudeAngle），計算一個復位信號的實部與虛部單元（Complex to RealImag）等數學函數。（5）通信模塊庫（Comunications Blockset）信源（Comm Sources）：在這個庫中，可以形成隨機或偽隨機信號，也可以讀取文件或模擬壓控振蕩器（VCO）來產生非隨機信號。Bernoulli Random Binary Generator模塊：產生伯努利分布的二進制隨機數。Binary Vector Noise Generator模塊：產生可以控制“1”的個數的二進制隨機向量。RandomInteger Generator模塊：產生范圍在（0M-1）內的隨機整數。Poission Int Generator模塊：產生洎松分布的隨機整數。PN Sequence Generator模塊：產生偽隨機序列。Gaussian Noise Generator模塊：產生離散高斯白噪聲。Rayleigh Noise Generator模塊：產生瑞利分布的噪聲。Uniform Noise Generator模塊：產生在一個特定區域內的均勻噪聲。Voltage-Controlled Oscillator模塊：實現壓控振蕩器。信宿（Comm Sinks）：此庫中提供了信宿和顯示的模塊，以使對通信系統的分析更加簡便。Triggered Write to File模塊：在輸入信號上升沿向文件寫入數據。Enor Rate Calculation模塊：計算輸入信號的誤比特率和誤符號率。信源編碼（Source Coding）模塊庫：信源編碼分為兩個基本步驟：信源編碼和信源譯碼。信源編碼用量化的方法將一個源信號轉化成一個數字信號。所得信號的符號都是在某個有限范圍內的非負整數。信源譯碼就是從信源編碼的信號恢復出原來的信息。信道（Channel）模塊庫：提供各種通信信道模型，比如高斯白噪聲信道等。錯誤偵測與校驗（Enor Detection Correction）模塊庫：提供用于分析輸入輸出的模塊，比如計算誤碼率的模塊。調制解調（Modulation）模塊：分為數字調制解調和模擬調制解調，再細分又可分為幅度調制、相位調制以及頻率調制。3.2數據庫實現采用Microsoft SQL Server 2005先以RFIDDATA為標題的一個中央數據庫，用于存儲數據來自于城市里的停車場。在數據庫中， 創建“Vehiclelnformation” 作為主表、 創建“VehicleCirculationlnfo”作為一個分表。有關車輛的一般信息存儲在主表，而信息的流通是在分表保存。主表包括的領域如車輛的ID，數量，類型和模式。為了監控車輛的市內停車的運動，“VehicleCirculationlnfo”表被使用，記錄停入和駛出的嘗試，日期，時間，停車的相關信息和總停車費。當有汽車駛入或停出時，汽車的身份信息首先在中央數據庫被搜索，如果車輛沒有登記到數據庫中的任何紀錄，初次進入車輛的信息將存儲在數據庫中。如果車輛有紀錄儲存在系統上，將不會有任何附加的資料，從而可避免重復項。登記車輛的鑒定信息在RFID讀寫器的覆蓋范圍將不斷地被讀取。如果在這一過程中，汽車的信息被記錄到數據庫中，這將會有重復的項目，導致系統內的問題。為了避免這個問題，車輛超出RFID讀取器的距離時，閱讀的任務就完成了。第四章、結束語通過以上介紹，可知