基于rfid的停車場管理系統的軟硬件設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 號，電子標簽中的天線接收到信號后把一部分整流作為直流電源給標簽內的電路提供能量，另外一部分則被電子標簽內的存儲數據信息調制后送回給閱讀器。電子標簽內載有物品的信息，是整個 RFID 系統中最重要的載體，它的形態有多種多樣，應用場合不一樣，稱法也不一樣。 如在門禁系統中，載有業主信息的電子標簽一般為卡片狀，稱之為門禁卡或一卡通等；而在動物追蹤領域，它一般為紐扣狀，與項鏈一起套在動物的脖子上，稱之為動 物標簽或電子狗牌。 電子標簽中 IC 芯片部分由存儲單元、邏輯控制單元、電壓調節器、調制器和解調器等功能模塊組成。電壓調節器的作用主要是為各電路提供能量，它把閱讀器發出的信號通過天線接收，轉化為直流電源，通過電容存儲，穩壓電路穩壓，為標簽中內部電路提供穩定的電源；邏輯控制單元的作用是把從閱讀器收到的信號譯碼，并按照要求把數據回送給閱讀器；調制器的作用是把邏輯控制單元的送出的信號進行調制，然后通過天線發送給閱讀器；解調器的作用主要是把載波調制信號中的載波信息去掉，得到真正的調制信號。天線的作用前文已介紹，在此 不累述。 電子標簽按照不同的分類方法，可分為許多種類。根據電子標簽工作的頻率不一樣，可以分為低頻標簽、中頻標簽和超高頻標簽。其中低頻指的是頻率為 125KHz 和225KHz 等工作頻率，中頻指的是 13。 56 MHz 的工作頻率，而超高頻指的是 915MHz、2。 45GHz 和 5。 8GHz 等工作頻率。 低頻標簽一般用于物流領域和動物追蹤等領域，中頻標簽一般用于門禁領域，而超高頻標簽由于識別距離較遠，被廣泛地應用于高速公路不停車收費、集裝箱識別等場合。根據電子標簽的讀寫性能不一樣，有可讀寫卡、寫一次讀多次卡和只讀卡等幾種 形式。只讀卡價格最便宜，它里面的數據不能修改，安全性在三種卡中最高；寫一次讀多次卡里面的數據是一次性寫進去的，用戶不能再修改；可讀寫卡在三種卡中價格最高，因為它里面的數據可以反復修改，多次寫入，如信用卡等。 根據射頻標簽的供電形式不同可分為無源標簽、有源標簽、半有源標簽三種。有源電子標簽內帶有電池，因此價格較高，電池的壽命也是有限的，但是它的射頻識別距離可以達到十幾米，這是其他兩種標簽做不到的；而無源電子標簽本身不含電池，更多相關參考論文設計文檔資源請訪問 本參考設計材料，包含項目源代碼，屏幕錄像指導、項目運行截圖、項目設計說明書、任務書、報告書以及文獻參考翻譯等，完整的設計文件及源代碼，資料請聯系 68661508 索要 它必須通過讀寫器發射信號，從該信號中獲取能量，然后再把數據信息傳遞給讀寫器。它的優點重 量比較輕，體積也可以做得很小，但是它的缺點也是顯而易見的，比如它的發射距離就很短，一般只有幾十厘米的距離。 射頻識別系統根據調制方式的不同又可分為被動式系統、半被動式系統和主動式系統。被動式系統電子標簽一般在門禁系統應用較多，它用調制散射的方式來發送數據。 主動式射頻識別系統適用于有障礙物的場合，標簽利用自身的射頻能量主動給讀寫器發送數據。半被動式射頻識別系統中，電子標簽內部含有電池，但是它只對標簽內部的數字電路提供能量，而且標簽并不利用自身能量主動發送數據給讀寫器，而是利用反向散射調制的方式在標簽被激活后 ，傳送數據的。 此外，按照封裝方式、作用距離、數據格式等不一樣還有很多分類的方法，如按照作用距離的不一樣可分為密耦合標簽、近耦合標簽、疏耦合標簽和遠距離標簽等。無論是那種分類方法，其工作方式大同小異，都是標簽載有物品的信息，以某種方式固定在物品上，通過讀寫器遠距離讀取電子標簽的信息，完成物品的識別。 讀寫器 在電子標簽與系統進行數據交換時，讀寫器起到關鍵性的作用，它是射頻識別系統的關鍵終端，是不可缺少的硬件設備裝置，讀寫器的性能直接影響著系統的穩定性和可靠性。讀寫器通過天線向標簽發送射頻調制信號，標簽接收到信號后返回一個射頻調制信號，這個信號載有標簽信息，讀寫器再通過天線接收該信號，同時經過處理后，傳給中間件。一個典型的讀寫器終端由發射單元、接收單元、信號處理控制單元和電源等部分組成，讀寫器主機由射頻通道模塊、控制模塊和 I/O 接口模塊三部分構成 。 讀寫器由硬件和軟件兩個部分構成。硬件部分為天線、射頻通信模塊 、控制處理模塊、 I/O 接口模塊等部分。天線可以是集成的，也可以是獨立外置的。天線的作用是讀寫器與射頻標簽通信時，起到一個橋梁作用，讀寫器通過天線發射電磁能量和接收數據信息。射頻通信模塊的主要作用是完成通信中信號的調制、解調以及功率放大等。 而控制處理模塊由于應用場合的需求不一樣，其性能也不一樣。 I/O 接口模塊根據應用的需求，可以為鍵盤控制接口、 RS232 接口、 LCD 液晶顯示驅動接口或者是和 PDA 相連的 CF 接口等。軟件部分的功能是對讀寫器接收到的信息進行及時響應，同時再向標簽發出相應的指令命令，一般來說，軟 件程序在讀寫器出廠時，都由生產廠家固化在讀寫器模塊中。按照功能的不同，軟件主要包括以下三個部分： 導入部分 ，它的作用主要是當系統啟動時，事先指定的存儲器空間導入對應的程序，然后再 運行 ；控制部分。它的主要作用是改變讀寫器的工作模式，控制天線開始發 送數據和停止發送數據，以及完成讀寫器與計算機主機之間的數據交換 ； 解碼部分。它主要作用是進行代碼的轉化，比如將指令轉化為機器碼，將模擬信號轉換為數字信號等。 讀寫器通過射頻收發器進行數據的發送和接收，首先向射頻標簽發送射頻能量，然后再從射頻標簽接收射頻信息，最后對返回的信息進行處理，傳送給計算機網絡。 更多相關參考論文設計文檔資源請訪問 本參考設計材料，包含項目源代碼，屏幕錄像指導、項目運行截圖、項目設計說明書、任務書、報告書以及文獻參考翻譯等，完整的設計文件及源代碼，資料請聯系 68661508 索要 一般情況下，讀寫器應該按照具體的應用場合，根據電子標簽的類型來進行具體的設計。射頻技術的發展越來越成熟，讀寫器的功能也越來越強大。 讀寫控制器通過天線與電子標簽進行指令傳輸和數據交換，指令傳輸和數據交換都是通過空間信道來完成的，讀寫控制器與控制模塊進行數據請求和數據接收，再由控制模塊向計算機傳輸數據，同時計算機可以向控制模塊發出數據提取指令。讀寫器與計算機、電子標 簽是一個回路形式，讀寫器既可以向計算機發送數據，又可以響應從計算機發出的指令；讀寫器既可以從電子標簽讀取數據信息，又可以向標簽寫入指令信息。 讀寫器主機通常包括射頻通道模塊、控制處理模塊和 I/O 接口模塊，具體如下： （ 1） 射頻通道模塊 射頻通道模塊作為讀寫器的前端，它影響著讀寫器的成本。控制處理模塊傳送給射頻通道模塊一個控制命令，后者控制該命令的運行，同時向射頻標簽發送數據，對標簽返回的數據進行解調等處理，再把信號送給控制處理模塊。射頻通道模塊主要有以下幾個任務： ① 發出高頻信號，電子標簽接收后一部分轉化為直流 電源為其提供能量。 ② 把射頻信號的功率進行放大處理，即進行調制，再通過天線發送給電子標簽。 ③ 通過天線從電子標簽接收信號，再通過解調電路把信號進行解調。 此外，在射頻通道模塊中還有收發分離電路，把信號通道分隔成兩個，讀寫器向電子標簽發送數據時通過發射通道進行，而讀取電子標簽中的數據時，則通過接收通道來完成。 （ 2） 控制處理模塊 控制處理模塊也稱為讀寫模塊，主要任務如下： ① 接收來自應用系統軟件發送來的指令并執行，完成與應用系統軟件之間的通信。 ② 對讀寫器和電子標簽進行身份驗證，并對兩者之間的通信過程進行控 制。 ③ 在讀寫器和電子標簽進行數據交換時，可以對數據進行加密和解密。 ④ 對信號進行編碼和解碼。 控制處理模塊作為讀寫器的智能單元，除了把送到電子標簽的命令進行編碼，對回波信號進行解碼，控制讀寫命令的流程等外；同時對接收數據和發送命令的緩存起到一定的作用， （ 3） I/O 接口模塊 I/O 接口模塊主要是通過與外部設備進行連接，完成讀寫器與外部設備之間的通信。常用的 I/O 接口有 RS232 串行接口、以太網接口、打印機接口和 USB 接口等多更多相關參考論文設計文檔資源請訪問 本參考設計材料，包含項目源代碼，屏幕錄像指導、項目運行截圖、項目設計說明書、任務書、報告書以及文獻參考翻譯等，完整的設計文件及源代碼，資料請聯系 68661508 索要 種接口，通過不同的接口與不同的外部設備進行連接，實現不同的功能。如以太網接口主要給讀寫器提供上網接口；打印機接口為讀寫器提供與打印機的連接，可以實現數據的打印輸出。根據具體的應用場合，讀寫器接口的選擇也不盡相同，如進行遠距離通信時，讀寫器一般通過 RS232 串行接口完成，而短距離傳輸時，可以選擇 USB接口進行通信，近距離無線通信時，則可選擇紅外 IR 接口完成數據的傳輸。 中間件 中間件位于讀寫器和后臺數據庫之間，它包含硬件和軟件兩個部分，其中硬件指的是與讀寫器配套使用的設備，如網絡接口設備等。軟件指的是一些服務程序，它位于服務器和客戶計算機操作系統上，對計算機資源和網絡的通信起到管理作用。中間件的引入能夠克服 RFID 系統讀寫器增多或者是后臺服務程序增多、軟件變更帶來的問題，使系統維護更加快捷方便。因為中間件是通過一些應用程序接口與讀寫器相連，完成對電子標簽的讀寫，這樣即使遇到系統讀寫器數量增多的情況，通過中間件預留接口就能解決，免除了因系統升級帶來的維護復雜性的困擾 。 中間件的功能 主要包括讀寫器協調控制、數據過濾與處理、數據路由與集成和進程管理四個方面的功能，它與電子標簽、讀寫器和后臺應用程序之間的連接關系。隨著中間件技術的不斷發展和完善， RFID 中間件還增加了以下幾個內容：如對讀寫設備的管理、對數據通信過程的管理、對數據的過濾以及對標準的整合等內容。 應用系統軟件 在 RFID 應用系統中，應用系統軟件屬于整個后臺網絡的軟件部分，后臺網絡除了軟件之外，還有一些網絡設備等硬件資源。應用系統軟件的功能主要是把數據進行匯總、管理、交互等，同時對整個 RFID 網絡負責管理， 確保整個后臺網絡的正常運行。根據 RFID 技術在不同領域的應用，不同行業的特定需求導致了 RFID 應用系統軟件開發時也不盡相同，但 RFID 應用系統軟件的作用是一樣的，比如控制讀寫器對電子標簽進行信息的讀寫，對后臺網絡匯總的數據進行集中地統計和處理等等。在一些特殊的領域，如電子商務領域， RFID 應用系統軟件可以與企業倉儲管理系統、客戶關系管理系統等相互結合，對提高企業的生產效益起到至關重要的作用。 RFID 系統的射頻工作原理 RFID 系統的射頻工作原理是：讀寫器通過天線向空間發射一定頻率的射頻信號，該頻率根據應用場合不同頻率的設定也不同，如物流領域中射頻的頻率一般為 125KHz 或 225KHz，而停車場管理系統中射頻的頻率一般為 915MHz；當載有電子標簽的物品進入射頻信號的范圍后，電子標簽中的內置天線接收到該射頻信號，通過電磁感應取得能量，激活電子標簽，電子標簽把載有物品信息的代碼再通過電子標簽的內置天線發射出去；讀寫器的天線接收到來自電子標簽的信號后，經過讀寫器內部的各電路對信號進行解調、解碼等相關處理后，把有效信息通過中間件 傳輸給后臺主機網絡系統；后臺主機網絡系統根據信息對電子標簽進行身份識別，然后根據事先程序的設定做出相應的控制和處理。 從 RFID 系統的射頻工作原理中可以看出，電子標簽與讀寫器之間既存在互相更多相關參考論文設計文檔資源請訪問 本參考設計材料，包含項目源代碼，屏幕錄像指導、項目運行截圖、項目設計說明書、任務書、報告書以及文獻參考翻譯等，完整的設計文件及源代碼，資料請聯系 68661508 索要 通信，又存在能量的感應。根據能量感應的方式不一樣，一般來說可分為兩類：電感耦合和電磁反向散射耦合。 電感耦合的理論依據是電磁感應定律，通過空間的高頻交變磁場完成；而電磁反向散射耦合的理論依據是電磁波在空間傳輸的規律，其原理與雷達通信的原理相同，發射的信號在空間傳播，碰到障礙物后信號被反射回來，反射回來的信號載有目標信息 。根據應用領域的不同，讀寫器與電子標簽的通信距離也不同，其耦合方式也就不一樣。一般來說，在短距離的應用領域，耦合方式為電感耦合，因為電感耦合的距離一般小于 1 米，如物流領域；而在遠距離射頻識別應用領域，如停車場管理系統，由于電子標簽與讀寫器的作用距離一般都大于 1 米，那么采用的耦合方式為電磁反向散射耦合。 電感耦合 RFID 系統 RFID 射頻識別系統中，電感耦合實際上就是一種變壓器的耦合，讀寫器的天線線圈相當于變壓器的初級線圈，電子標簽的內置天線線圈相當于變壓器的次級線圈。 在 RFID 系統中，電感耦合的方式一般適用于電子標簽是無源的情況下，在無源電子標簽中，電路本身沒有電源，其能量的獲得都是通過電磁感應產生的。讀寫器的天線發射射頻信號，形成一個高頻的電磁場，磁力線穿越讀寫器天線的線圈和周圍的空間，當電子標簽進入磁場后，電子標簽的天線線圈就會產生電磁感應。 電子標簽進入讀寫器天線產生的磁場，一部分磁力線穿越電子標簽的天線線圈，通過電磁感應，在電子標簽的天線線圈上就會產生一個感應電動勢 ε，感應電動勢經過整流后作為電子標簽的電源能量。在讀寫器中，利用一個電容 Cr 與讀寫器的天線并 聯，讀寫器的天線線圈相當于一個電感，并聯的電容和電感在一起形成振蕩回路，回路的諧振反過來又會使讀