基于WiFi的RFID可扩展AMR车位检测系统

2011 年 2 月 1 日第 34 卷第 3 期 现代电子技术Modern Electronics T echnique Feb. 2011Vol. 34 No. 3 基于WiFi的 RFID可扩展 AMR车位检测系统 黄景武, 邹传云, 肖永兵, 蔡文新 (西南科技大学 信息工程学院, 四川 绵阳 � 621010) 摘 � 要:为了实现停车场车位检测的实时性和准确性,采用WiF i技术与 RFID 技术相结合的方法,给出车位检测系统的 网络结构、AMR 传感器节点和 RFID读写器电路; 在停车场中做了系统车位检测实时性和准确性实验, 获得系统时延小于 3 s和车位检测正确率不低于 95%以及车位检测器可快速扩展的结果, 得到基于 WiF i的 RFID 可扩展 AMR车位检测系统 满足车位检测实时性和高准确性的结论, 系统具有实时性和高准确性特点。 关键词: W iF i; RF ID; 实时检测; 检测准确性; 车位检测器 中图分类号: T N911�34; T P216� � � � � 文献标识码: A � � � � � 文章编号: 1004�373X( 2011) 03�0151�03 WiFi�based Checking System for Extensible AMR Parking Place HU ANG Jing�wu, ZOU Chuan�yun, XIAO Yong�bing, CAI Wen�x in ( Schoo l o f Inf ormat ion and Eng ineering , Sout hwest University of Science and Technolog y, Mianyang 621010, China) Abstract: A method base on WiFi techno lo gy and RFID techno log y is adopt ed to achieve the r ea l�time and accurate detec� t ion of carpo rts in parking lots. The netw ork str uctur e, AMR sensor nodes and RFID reader circuit o f the carpo rt detection system are offer ed. The experiments for real�time and accurate carpor t detection w ere car ried out in parking lots. T he result indicates that the delay o f the sy stem based on W iF i is less than 3 s, the co rr ect r ate o f parking place detection is higher than 95% , the carpor t detecto r can expand quickly, and t he system can meet the requirement o f r eal�time and high�accuracy detec� t ion system. Keywords: WiFi; RFID; r eal�time detection; accuracy; carpor t detecto r 收稿日期: 2010�09�08 基金项目:西南科技大学研究生创新基金资助项目( 09ycjj08) 0 � 引 � 言 停车场车位实时检测是实现停车场智能管理和提 高停车位利用率的关键, 也是停车管理现代化的要求。 停车场车位检测系统的发展,大体经历地感线圈检测、 闸机控制和车位实时检测三个阶段 [ 1�2]。车位检测与检 测技术水平有密切的联系,传感器的快速发展是检测水 准的保证。前两种车位检测系统的基本架构过于庞大, 安装过于繁琐; 在可靠性、实时性、准确性、可扩展、低能 耗和工程量小等方面都不能满足停车场快速发展的 需求[ 3�4] 。 WiFi是一种短距离无线技术, 它通过无线电波来 连网,广泛用于室内无线局域网组建 [ 5]。WiFi突出优 势在于:一是无线电波的覆盖范围广, 半径可达 100 m 左右; 二是 WiFi 的传输速度非常快, 可以达到 54 Mb/ s;三是进入门槛低, 只要支持WiFi的终端设备 都可以按照一定的权限加入到 WiFi网络中。在车位 检测系统中, 使用WiFi技术进行检测系统的节点参数 采集与传送、控制信号的传输与控制,避免在停车场布 设繁琐的数据线,对降低成本和能耗都有一定的意义, 使检测系统的扩展性更灵活。 射频识别( Radio Frequency Ident if icat ion, RFID) 技术 [ 6] ,是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别 技术。2. 4 GHz频段的 RFID对系统中对应的设备要 求可以降低,对频率偏差的敏感度降低。在车位检测系 统中引入 RFID技术, 利于性设备的开发, 利用车 检器 ID号的惟一性可以实现快速定位车位, 利于停车 场车位引导。 本文结合停车场对车位检测系统的要求, 了 一种基于 WiFi的 RFID 可扩展 AMR 车位检测系统, 大大减少了车位检测系统的成本和复杂度, 降低了系统 的能耗, 提高了系统检测精度和可行性,实现系统的可 扩展性。 1 � 系统设计 1. 1 � 车位检测系统设计 车位检测系统组成如图 1所示, 系统由服务器、无 线路由器、车位显示屏、RFID 读写器和 AMR( Aniso� t ropic M agneto Resist ive)传感器节点组成 [ 7�8]。服务 器负责对上传的数据进行处理,将处理结果发送到显示 屏,担负着向读写器发送指令的任务。无线路由器是整 个车位检测系统的重要部分, 它负责将整个系统的各个 部分组建成一个局域网。车位显示屏用于车位现状实 时显示。RFID读写器接收 AMR传感器节点上传的数 据,通过 WiFi传给服务器, 也接收服务器的指令转发 到AMR传感器节点。AMR传感器节点负责检测车位 上的磁场情况, 根据磁场的变化情况判断是否存在车 辆,把检测到的情况通过数据来反映, 把数据打包通过 无线方式传给 RFID读写器, 节点和 RFID读写器通信 是双向的。 图 1 � 车位检测系统组成 在系统设计时, 系统网络结构为星形拓扑结构,系 统 RFID读写器为网络控制器, AMR传感器节点均为 从节点,网络拓扑结构如图 2所示。RFID读写器具有 收发功能,负责系统的上下行数据或者指令的管理与控 制; AMR传感器节点负责磁场参数数据采集和数据预 处理。 图 2� 检测网络的拓扑结构 1. 2 � 系统电路设计 车位检测系统电路设计有: ( 1) AMR传感器节点电路,包括节点电源部分、车 位磁场采集部分、数据预处理部分 [ 9] 及射频收发部 分等; ( 2) RFID 读写器电路, 包括射频收发部分、WiFi 部分、数据处理部分和控制部分。 AMR传感器节点基本电路如图 3所示。电源部 分由 T I公司的 APL5312�33起到 LDU 功能,电源输入 电压为 4. 2 V,输出为 3. 3 V。 磁场强度检测使用 MMC2122MG AMR 传感器, 该传感器具有体积小、寿命长、灵敏度高、能耗低和稳定 性等特点,可广泛用于电子指南针、GPS 导航、位置感 知、车辆检测和磁力测定。MMC2122MG是有两轴的 磁阻传感器, 它在芯片上能完成信号处理, 还集成了 I2C总线, 不需要进行 A/ D转换, 可以直接接到微处理 器上。 图 3 � AMR传感器节点电路 采用具有低功耗、高性能的 MSP430F2618对采集 到的数据进行预处理, 通过它自带的 SPI 口[ 10] 与 2. 4 GHz射频芯片 CC2500进行通信,将预处理后的数 据包上传给 RFID读写器,也接收 RFID读写器发来的 指令。 AMR传感器节点实物如图 4所示。 图 4 � AMR传感器节点 RFID 读写器射频收发部分电路如图 5 所示, CC2500通过 SPI 与读写器控制部分进行通信, CC2591 通过提供一个功率发送器增加链路预算, 以改善输出功 率; CC2591具有低噪声系数的低噪声放大器( LNA)以改 善接收机灵敏度, 还具有功率放大器( PA)、开关射频匹 配器和巴伦电路,能满足高性能无线应用的简单设计。 WiFi模块采用上海沁科信息技术有限公司开发的 EMB�380�I1,该模块内部集成了 TCP/ IP 栈和 WiFi 通信模式驱动,串口的最大波特率为 115 200 b/ s。数据 处理和控制部分采用 ST 公司的 STM 32F100C4, 这款 芯片支持 SPI 口和串口, 通过 SPI 口与 CC2500通信, 通过串口与WiFi模块通信。 2 � 系统软件设计 2. 1 � 通信协议与数据帧设计 通过本系统的应用分析, 为了实现系统的可扩展 152 现代电子技术 2011 年第 34 卷 性,引入WiFi和 RFID。在系统通信协议中省略了安 全机制, AMR传感器节点设置为 RFID标签形式,对停 车场内的 AMR传感器节点统一编惟一的 ID号, 也对 RFID 读写器进行编号。AMR 传感器节点通过与 RFID读写器进行通信并入 WiFi网络。系统的协议栈 如图 6所示。 图 5� RFID 读写器射频收发部分 图 6� 系统协议栈 � � 系统数据传输的数据帧由帧头和帧类型组成,帧头 结构如图 7所示。 图 7 � 帧头结构 包长度( 8 b)表示从一个字节开始到帧结束的字节 数;协议 ID( 8 b)用于区分协议的功能;帧类型( 8 b) ,不 同的帧类型有不同的帧。 帧类型主要有三种类型, AMR 传感器节点数据包 ( 32 b) / RFID读写器数据包( 32 b)采用广播方式, 设备 命令包( 32 b)采用点对点方式。 2. 2 � 系统软件设计 检测系统程序设计使用模块化程序设计方法,由传 感器节点和 RFID 阅读器组成。系统软件流程如图 8 所示。 3 � 系统测试结果与讨论 系统在某中型停车场中进行了测试, 测试记录如 表 1所示。测试结果表明,系统正确检测出车辆在 95% 左右。由于传感器是根据车辆对地磁场扰动的原理来 检测车辆的存在,而车辆的不同构造和材质对地磁场的 扰动情况不一样,因此会引起 AMR传感器的误检和漏 检。基于这样的情况需要在车辆离开车位后对传感器 的阈值进行重新标定。 图 8� 系统软件流程 表 1 � 测试记录( 5个车位) 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 测试车数 /辆 86 92 80 84 87 检测到车数 /辆 82 88 76 81 83 正确率 / % 95. 3 95. 7 95 96. 4 95. 4 无线传感器网络技术和 RFID 技术作为近年新兴 的检测和识别技术,在物流管理和智能感知中得到快速 的发展。本文所设计的基于WiFi的 RFID可扩展 AMR (下转第 156 页) � 153第 3 期 黄景武等: 基于WiFi的 RFID可扩展 AMR车位检测系统 3 � 实验结果 本例程是功率为 4 kW,额定电压为 208 V,额定频 率为 26. 5 Hz,极对数为 3 的三相无刷直流电动机[ 10] 。 根据计算得出电动机工作特性如表 1所示。 表 1 � 电动机工作特性参数 �/ (�) P2 / kW P1 / kW cos � / % I1 / A 5 0. 58 0. 80 0. 90 72. 18 1. 24 10 1. 31 1. 55 0. 99 84. 37 2. 41 25 3. 56 4. 01 1. 00 88. 99 6. 75 65 9. 45 12. 07 0. 96 78. 27 21. 63 90 11. 32 16. 74 0. 84 67. 63 31. 75 4 � 结 � 语 本文运用现代电机设计方法, 设计出一台车用缓速 器电机样机,性能指标符合技术要求, 通过实验数据与 设计结果的对比分析,得出在缓速器上使用无刷直流电 机的切实可行性、高效性。实现了汽车缓速器轻量化, 小型化的目的, 这表明, 无刷直流电机在汽车缓速器上 的应用是未来发展的趋势。 参 � 考 � 文 � 献 [ 1] 胡岩,吴建文, 李德成, 等. 小型电动机现代实用设计技术 [ M ] .北京: 机械工业出版社, 2008. 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[ 10] 陈凯, 韩焱,张丕状. 基于 SPI 总线的无线传感器网络节点 设计[ J] .仪表技术与传感器, 2008( 12) : 90�92. 作者简介: 黄景武 � 男, 1985 年出生,广西钦州人,硕士。主要研究方向为无线传感器网络、无线射频识别。 邹传云 � 男, 1960 年出生,四川德阳人,教授, 博士。主要研究方向为无线超宽带通信、认知无线电。 肖永兵 � 男, 1984 年出生,四川宜宾人,硕士。主要研究方向为无线射频识别、无线超宽带通信。 蔡文新 � 男, 1984 年出生,山东聊城人,硕士。主要研究方向为无线超宽带通信。 156 现代电子技术 2011 年第 34 卷