基于RFID技术在医院停车场的方案设计.doc

毕 业 设 计

毕业设计题
基于RFID技术在南华附属第二医院停车场的方案设计
毕业设计类型
□ 产品设计 □ 工艺设计 ■ 方案设计
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物流信息
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摘要
摘要: RFID技术在无线电技术方面得到了广泛应用与发展，其基本原理是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别与数据的目的。本设计是基于RFID技术的门禁系统，利用其非接触式无线识别的特点能够对车辆进行自动识别，同时自动开启和关闭道阀，将出入口的控制从被动防守变主动监控，从而加强对小区车辆和校园等重要场所停车场的管理，极大的提高了车辆出入的效率，减少管理方面的混乱局面，节约人力成本。本设计给出了系统的总体结构，并对主要组成部分的功能及具体实现作出了阐述。

关键词：RFID；停车场管理；门禁系统

目录

引言 1
第一章 基本概念和需求分析 2
1.1 RFID的概述 2
1.2 门禁系统的概述 3
1.3设计背景 3
1.4车辆门禁的需求分析 5
第二章 车辆门禁系统的构成及工作原理 6
2.1 附二医院车辆门禁系统的工作原理 6
2.2 附二医院车辆门禁系统的组成及特点 7
第三章 停车场的管理系统 11
3.1 停车场管理系统布置图 11
3.2 停车场管理系统结构图 11
3.3 入出口控制机组成及工作原理 12
3.4 停车场的设备成本预算 13
第四章 车辆门禁系统在RFID中的框架设计 20
4.1系统硬件构成 20
4.2软件设计 22
4.3系统功能 24
总结 25
致谢 26
参考文献 27

引言
随着通讯计算机技术、元器件制造技术的发展和应用，由此产生的自动识别（Automatic Identification）技术在许多领域得到普及。出入口门禁管理是现代化安防系统的重要组成部分，出入口只允许有进出权者通行。门禁管理系统就是基于这些自动识别技术进出人员或车辆的身份权限，通过与系统中的信息比较作出预设反应。常见的自动识别技术有条形码、生物特征识别（指纹、面部特征）、IC卡和射频卡。条形码技术介质存储量小、不能更写、易污损。生物特征识别相对比较复杂、识别效率、误识率较高。IC卡识别和射频识别是目前较成熟且应用广泛的两种技术，作为数据存储器系统，它们内有CPU可防更改，识别时间短。IC卡识别系统需要接触识别，存在触点对腐蚀和污染缺乏抵抗能力的缺点。射频识别系统通过非接触式工作模式，基于原理是利用射频信号和空间耦合实现物体的自动识别克服了与触点接通易受干扰的缺点。射频识别系统支持密码认证和效可以修改，写入时间短，视频卡可以设置密码保护具有更好地安全性。现阶段大多数门禁系统都是基于射频识别技术，同时RFID技术还在飞速发展，应用也越来越广泛。

第27页，共30页
第一章 基本概述和需求分析
1.1 RFID的概述
射频识别即RFID技术。又称为电子标签，无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并且读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，更是一种非接触的自动识别技术，是目前发展最为迅速、潜力最大的新兴技术之一。
RFID标签分为有源和无源两种。有源RFID标签自身带有电池供电。读写距离远、体积大、价格高；无源RFID标签本身不带电池，其能量从读卡器发射的电磁波中获取，特点是体积小、价格低、寿命长、读写范围是10毫米到5米的距离。无源RFID系统的基本工作原理是当电子标签进入读卡器发射电磁波，使标签天线产生的感应电压达到规定值时，电子标签被激活，并通过内置耦合线圈发送信息；系统接收从电子标签发送来的调制信号。经读卡器对接收的信号惊喜调制和解码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标签的合理性，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。
因此，在本文中选用了无源RFID卡。卡内有芯片和天线作数据传递和接收能源用，全部密封，所以防尘防水。有因为不用磁头读写，不存在磨损磁带或受干扰，或者是因磁头积尘而失效，可使用10万次以上，在耐用和经济上远优于现在大多数停车场使用的磁卡。
1.2 门禁系统的概述
门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，它是在传统的门锁基础上发展而来的。传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论结构设计多么合理，材料多么坚固，人们总能通过各种手段把它打开。在出入人员很多的通道（向办公大楼、酒店客房）钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。为了解决这些问题就出现了电子磁卡锁、电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身的缺陷就逐渐暴露，磁卡锁的问题是信息容易复制、卡片与读卡机具之间磨损大、故障率高、安全系数很低。同时这个时期的产品由于大多采用读卡部分（密码输入）与控制部分合在一起安装在门外，很容易被人在室外打开锁。
1.3 设计的背景
　南华附属第二医院始建于1949年，是湖南省继湘雅附一、附二医院之后的第三家教学医院，是一所集医疗、教学、科研为一体的大型综合性三甲等医院，是省、市、县职工及居民医保、工伤保险、铁路医保、新型农村合作医疗定点医院，是全国百姓放心医院。经过60多年的发展，现已形成新院、老院和一所股份生殖医院的格局。每次从附二东门经过就像春运一样，本来可以三辆车并行的路面只剩下窄窄的一细条：乱停的私家车辆、吆喝的摊贩、出租车等等，不要说车辆了就连工作人员骑电动车上下班那会都很难进去，每天的人流量非常之多，尤其是早上和下班那会停车位满满的还有很多私家车想往里面开，由于现在的食品问题越来越不安全得病的人也越来越多，往医院输送的病人每天也是络绎不绝，而这也增加了停车场的管理工作难度。

1.4 车辆门禁的需求分析
车辆门禁采用了车辆自动识别技术，系统自动识别车辆身份，出入场不用取停车卡。而传统停车场管理，则是以停车卡作为车辆身份标识，车辆入场人工取卡，车辆出场人工收卡。车辆门禁在车场管理中应用比较广泛，包括不收费管理或者是定期收费进行管理两种方式。
系统采用先进的RFID识别技术和高速的视频图像存储比较相结合，从而对车辆进行有效的识别。车辆出入大门不必停车，只要是安装了有效的RFID识别卡的车辆，道闸档杆或电动门就会自动打开，摄像机会对每一台出入车辆进行拍照或录像，后台计算机会准确记录车辆出入的相关信息，从而实现完全的自动化。同时，由于实行计算机管理和全球唯一代码识别，对每台车的身份、考勤、缴费情况等实行自动管理。
最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了感应式门禁系统：指纹门禁系统、虹膜门禁系统、面部识别门禁系统、乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性、方便性、易管理性等方面各有特长，门禁系统的应用领域也越来越广。

第二章 车辆门禁系统的构成及工作原理
2.1 附二医院车辆门禁系统的工作原理
2.1.1 车辆门禁系统的工作原理
出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。
硬件部分可分为：
多功能扫描仪：获得实验人员的掌形信息并向主机传送。
主机：接受从多功能扫描仪传送过来的掌形信息，对其进行判断并向控制器下达命令以及接受控制器的信息。控制器：接受主机下达的命令及执行。
电机：执行控制器的命令，带动传动装置运动。
传动装置：传递电机和门之间的运动。
传感器：对人的通过进行感应。
报警系统：当实验人员非法进入实验室时进行报警。
读卡器用来读取刷卡人员的智能卡信息（卡号），再转成电信号送到门禁控制器中，控制器根据接收到的卡号，通过软件判断该持卡人员是否得到过授权在此时间段可以进入大门，然后再根据判断的结果完成开锁、保持闭锁等工作。对于联网型门禁系统，控制器也接受来自管理计算机发送的人员信息和相对应的授权信息，同时向计算机传送进出门的刷卡记录。单个控制器就可以组成一个简单的门禁系统，用来管理一个或两个门。多个控制器通过通信网络同计算机连接起来就组成了整个建筑的门禁系统。计算机装有门禁系统的管理软件，它管理着系统中所有的信息分析与处理。
2.2 附二医院车辆门禁系统的组成及特点
2.2.1车辆门禁系统的组成
射频门禁系统由车载电子标签、车感线圈、射频接口、信号处理、控制系统与管理系统六个部分组成。如图1所示。
电子标签
门柱
电子标签
门柱
入
车感线圈A
车感线圈B
出

控制系统
管理系统
信号处理
射频接口
阅读器
安防中
管理员

图1 射频门禁系统组成结构图
1、电子标签
电子标签通常也被称为应答器，它内部存储车辆及车主的基本信息，安装在车辆上为无源标签。当电子标签进入阅读器的微波查询信号覆盖区域时，电子标签通过感应电流所获得的能量向阅读器发送出存储在芯片中的信息，有效读取距离为6mm—10m。
2、阅读器
阅读器包括射频接口和信号处理两个模块
射频接口主要负责信号的发送与接收，它接收来自信号处理与控制系统指令信号，将指令信号变换为微波信号发送出去，同时，它也接受来自电子标签的微波反射信号，并将微波反射信号变换成数字信号送到信号处理模块进行解码处理。
信号处理模块主要负责对指令信号和电子标签数据信号的处理。它接收来自管理系统的指令信号，将指令信号编码后送到射频接口，由射频接口变换为微波信号发送出去，同时，它也接受来自射频接口的电子标签数据信号，将电子标签数据信号解码后送到管理系统。
3、管理系统
管理系统主要负责用户信息、电子标签数据和控制系统信息。它依据用户指令对系统进行控制与管理，接收来自信号处理模块和控制系统的数据，将指令信号送往信号处理模块和控制系统，同时管理系统可以通过网络跟安防中心通信。
4、控制系统
控制系统主要负责对闸门机构进行通信控制，它接收来自管理系统的指令信号，对闸门机构进行控制，并将闸门状态反馈给管理系统，即如果从电子标签读取的数据经过管理系统分析 就· 为合法通信者，则给控制系统信号，开启闸门放行。
5、车感线圈
车感线圈选用PBD232地感环形线圈式检测器。该检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，它的传感器是一个埋在路面下并通有一定工作电流的环形线圈（一般为2m*1.5m）当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时，车辆自身铁质切割磁通线，引起线圈回路电感量的变化，检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在。该检测器的响应时间为100m/s，它的各项性能特点能够保证系统准确、快速地检测到车辆到来，并通过数字I/O卡输出信号给计算机，启动读写器工作。
2.2.2车辆门禁系统系统的特点
1.读取方便快捷：数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行有效识别距离大的，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达30米以上；
2．识别速度快速：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签、实现批量识别；
3．数据容量大：数据容量最大的二维条形码（PDF417）最多也只能存储2725个数字，若包含字母存量则会更少，RFID标签则可以根据用户的需求扩充到数十K；
4．使用寿命长，应用范围广：其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油垢等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码；
6．标签数据可动态更改：利用编程器可以向其写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间相比于打印条形码更少；
7．更好的安全性：不仅可以嵌入或者附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更好的安全性；
8．动态实时通信：标签以与每秒50-100次的频率和解读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的跟踪和监控。
第三章 停车场的管理系统
3.1 停车场管理系统布置图

图2 入出口布置示意图
3.2 停车场管理系统结构图

图3 入出口系统结构图
3.3 入出口控制机组成及工作原理
入口控制机组成部分：
入口控制机内一般有控制主板（单片机）、感应器、出卡机构、IC或ID卡读卡器、LED显示器、出卡按钮、喇叭等部件，此外还有专用电源为上述部件提供其所需的5V及12V及24V工作电压；
入口控制机工作原理：
当车辆进入感应线圈，单片机检测到感应信号，驱动语音芯片发出操作提示语音，同时给LED发出信号，显示文字提示信息。司机按操作提示按“取卡”键后，单片机接收取卡信号并发出指控指令给出卡机构，同时对读卡系统发出控制信号。出卡机构接收出卡信号，驱动电机转动出一张卡后便自动停止。读卡系统接到单片机的控制信号开始寻卡，检测到卡便读出卡内信息同时将信息传给单片机，单片机自动判断卡的有效性，并将卡的信息上传给电脑。单片机在收到电脑的开闸信号便给道闸发出开闸信号。
出口控制机组成部分：
出口控制机内一般有控制主板（单片机）、感应器、出卡机构、IC或ID卡读卡器、LED显示器、出卡按钮、喇叭等部件，此外还有专用电源为上述部件提供其所需的5V及12V及24V工作电压；
出口控制机工作原理：
当车辆进入感应线圈，单片机检测到感应信号，驱动语音芯片发出操作提示语音，同时给LED发出信号，显示文字提示信息。司机持卡在读卡区域刷卡，单片机自动判断该卡的有效性并将卡的信息上传给电脑，等待电脑的开闸命令。单片单片机在收到电脑的开闸信号便给道闸发出开闸信号。临时停放两个小时免费，之后就按时间的长短计费。
3.4 停车场的设备成本预算
序号
设备名称
规格/型号
产地
单位
数量
单价
金额（元)
入口设备
1
自动道闸含3米杆
KA-D001防砸功能
深圳
台
1
4500
4500
2
车辆检测器
ZM-108B（配道闸）
深圳
个
1
1600
1600
3
标准型入口票箱
KA-P001含按钮
深圳
个
1
2500
2500
4
读卡器
WG26
深圳
个
1
160
160
5
远距离读卡器
ZM-C300（无源）
深圳
个
1
4300
4300
6
入口控制板
ZM-R001
深圳
个
1
2800
2800
7
车辆检测器
JA-108B（控制吐卡）
深圳
个
1
2600
2600
8
自动吐卡机
TY-1000
深圳
个
1
2700
2700
9
车位显示条屏
ZM-L001中文显示
深圳
个
1
1550
1550
10
系统电源
DC5V/12V/24V
深圳
个
1
330
330
11
自动光圈镜头
SSG0812
深圳
个
1
250
250
12
彩色摄像机
480TVL
深圳
台
1
1200
1200
13
对讲分机
LB-M
深圳
台
1
750
750
14
摄像机防护罩
室外
深圳
套
1
50
50
15
摄像机立柱

深圳
根
1
220
220
16
摄像机电源
DC12V
深圳
个
1
30
30
合计
25540
出口设备
1
自动道闸含3米杆
KA-D001防砸功能
深圳
台
1
4500
4500
2
车辆检测器
ZM-108B（配道闸）
深圳
个
1
1600
1600
3
标准型出口票箱
KA-P001含按钮
深圳
个
1
2500
2500
4
出口控制板
ZM-C001
深圳
个
1
2800
2800
5
收费显示条屏
ZM-L01中文显示
深圳
个
1
1300
1300
6
读卡器
WG26
深圳
个
1
160
160
7
远距离读卡器
ZM-C300（无源）
深圳
个
1
4300
4300
8
系统线性电源
DC5V/12V
深圳
个
1
80
80
9
对讲分机
LB-M
深圳
台
1
750
750
10
自动光圈镜头
SSG0812
深圳
个
1
250
250
11
彩色摄像机
480TVL
深圳
台
1
1200
1200
12
摄像机防护罩
室外
深圳
套
1
50
50
13
摄像机立柱

深圳
根
1
220
220
14
摄像机电源
DC12V
深圳
个
1
30
30
合计
19740
安装及辅助材料
1
系统通讯线
4芯屏蔽双胶线
深圳
米
150
5
750
2
预埋线管
6分PVC管
深圳
米
180
2
360
3
系统控制线
6芯0.5平方护套线
深圳
米
320
4
1280
4
系统电源线
3芯1.5平方护套线
深圳
米
160
4.5
720
5
视频线
SYV75-/128
深圳
米
150
3
450
合计
3560
其他费用
7800
总金额
56640
第四章 车辆门禁系统在RFID中的框架设计
4.1系统硬件构成
门禁系统由电子标签、射频接口、信号处理、管理系统、控制系统、车感线圈等六个部分组成。如下图6所示。
电子标签
车感线圈
射频接口
信号处理
管理系统
控制系统

图6 系统框图
4.1.1电子标签
电子标签为无源标签，具有传递信息的作用，通常也被称为应答器。其内部存储车辆及车主的基本信息，安装在车辆上，当车辆在设定范围内接近阅读器时，阅读器受控发出微波查询信号，车辆表面的电子标签接收到查询信号，将内部存储的信息传递到阅读器中，从而控制道阀的自动开启和关闭。
4.1.2阅读器
阅读器由信号处理和射频接口两部分组成。 信号处理主要用于对指令信号和电子标签数据信号的处理。一方面，管理系统发出的指令信号，经信号处理模块进行编码后发送到射频接口，再将其发送出去；另一方面，电子标签数据信号也需要经过信号处理模块解码后传送管理系统。射频接口主要用于信号的接收和发送装置。能够接收来自电子标签的微波反射信号，并将微波反射信号变换为数字信号送到信号处理模块进行解码处理，同时，它还接收来自信号处理和控制系统指令信号，将指令信号变换成微波信号发送出去。
4.1.3管理系统
管理系统主要应用于处理电子标签数据、用户信息和控制信息。它依据用户指令对系统进行控制与管理，接收来自信号处理模块和控制系统的数据，此外，安防中心也可通过网络与管理系统进行通信，大大提高了系统的安全性。
4.1.4控制系统
控制系统主要负责对用户指令信号的控制实行。它接收来自管理系统的指令信号，控制道阀的自动开启和关闭，当电子标签反馈回来的用户信息经管理系统分析为合法通行者时，道阀将开启允许车辆通过，反之，道阀就会关闭禁止非法车辆进入。
4.1.5车感线圈
车感线圈选用PBD232地感环形线圈式检测器，该检测器的原理为电磁感应，利用埋在路面下并通有一定工作电流的环形线圈作为传感器，当车辆通过或停在环形地埋线圈上肘时车辆自身铁质切割磁通线，从而引起线圈回路电感量的变化，检测器便可通过检测该电感变化量检测出车辆的存在。具有响应时间快，检测准确度高等优点，能够快速、准确的检测到车辆的进入，并通过数字I/O卡输出信号给计算机，启动阅读器工作。
4.2软件设计
系统软件主要包括阅读器信号处理和系统管理两个部分。信号处理模块采用C语言编程，系统管理部分软件采用C++编程，其中建立了一个中间数据库，编程简单、开放时间短能够实现双卡识别功能，控制道阀自动开启和关闭，同时具有报警的作用。其流程图图7如下所示。
N
Y
N
Y
Y
N
开始
初始化
连接数据库
车卡识别
无卡号
数据库对比
数据正确
人卡识别
数据库吻合
开启道阀
结束
报警

图7 工作流程图
4.3系统功能
非接触式自动识别——由于信号穿透能力强，当车辆在一定区域范围内RFID门禁系统可进行自动识别，若检测到用户信息与控制指令相符合时道阀就会自动开启，反之，道阀关闭，而持卡的业主车辆也可以快速通行，不必停车、摇下车窗或伸出手臂接近读卡机等操作，大大提高了工作效率，减少了交通安全事故的发生。
车辆出入双卡确认——车辆进入管理区车载携带一张射频卡，车主自带一张相匹配的射频卡，当两卡同时被识别的时候道阀才会给予放行，使车辆达到双保险安全功能。
系统自动记录通过的时间及用户信息——当车辆通行时，系统将会自动记录该用户车辆到来的具体时间及其基本信息，且无法进行更改或者删除，便于工作人员随时进行查询、统计及杜绝了丢失、伪造和作弊现象的发生。
临时车辆自动计费——对于临时车辆可以向车主发放临时识别卡，可实现自动计费，同时也保证了车辆的安全，而对于特殊车辆可实行免费停车卡。

总结
随着我国社会经济的发展，城市的停车管理问题已经成为实施国家汽车产业政策和城市道路交通政策的“瓶颈”之一。目前有部分停车场使用了磁卡或者接触式的ID卡进行管理。有些车辆入场和出场的速度较慢，只能由发卡机自动发卡或人工发卡片效率不高，而有些在外要么很难找到停车位、要么就是车辆的安全性不高、将如何对车辆进行有效而又快速识别的管理等这些问题也已成为了车辆管理的一个难题。然本文介绍了一个基于射频识别技术的门禁系统，将RFID技术应用于门禁管理，可以有效地实现对车辆快速可靠的识别、车辆进出有序、管理自动化、收费公正合理、安全防盗、应收费用不流失以及减少了管理人员的高效率、智能化的特点。

致谢
首先，在这里感谢我的指导老师，是老师给我的指点和建议打开了我的思路，在本设计中给了我很多的想法和要有具体的内容，越细致越好，不要夸夸奇谈涉及很多方面，而且，也是一位非常有耐心、有惑必答的老师，在遇到不懂的问题上会教我怎样修改才能更加好，当然也得感谢自己，在不断的完善中提高自己、开拓自己，在遇到不明白的地方时学会了分析、梳理、解决、总结，更要有认真细心的做事态度。

参考文献
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