李泽恒 冯馨莹 王玥 刘雅岚 叶凯航

摘  要：针对高校校园非机动车辆出入库安全和管理等问题，采用RFID（射频识别）技术并结合STM32单片机技术，设计了一个基于RFID的非机动车辆出入库管理系统，实现了对用户非机动车辆信息的录入、出入库识别、分配车位和短信提醒等功能，提高了非机动车辆出入库的安全性和车库管理的效率，具有较好的现实意义和一定的实用价值。

关键词：RFID;STM32;非机动车辆出入库管理系统

中图分类号：TP391.4       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）04-0182-04

Abstract：In view of the safety and management of the non motor vehicle in and out of the campus，a management system of the non motor vehicle in and out of the campus based on RFID （radio frequency identification）technology and STM32 single-chip microcomputer technology is designed，which realizes the functions of the users non motor vehicle information input，in and out identification，parking space allocation and SMS reminder，and improves the safety of the non motor vehicle in and out of the campus Integrity and efficiency of garage management have better practical significance and certain practical value.

Keywords：RFID;STM32;management system of non motor vehicle in and out

0  引  言

随着校园面积不断扩大，非机动车辆如自行车、电动车等的数量也不断增加，乱停乱放以及车辆失窃的事情屡屡发生，甚至每年一到毕业季，校园内就会增加一批被遗留的自行车，造成“僵尸车坟场”现象，针对于非机动车辆的问题不断增多，不仅会给在校学生正常停放车辆带来麻烦，同时也给学校管理出了一道难题[1-3]。

为解决高校内非机动车辆的出入库安全及管理问题，本课题基于RFID技术，设计了一个非机动车辆出入库管理系统，系统以RFID技术为基础，并采用STM32单片机作为控制器，结合现有的无线通信、数据库等技术，实现对非机动车辆的出入库管理等功能。借助功能强大且资源丰富的STM32F103单片机来连接读写器并控制电子门的开关，由读写器读取可移动电子标签的信息，通过Internet网络将信息传输至后台数据库实现对数据的管理。该系统通过RFID与STM32F103单片机的配合，实现了标签与车辆的一一对应，和对车辆的车位分配，能够有效保证非机动车辆进出车库的安全性，提高车辆管理的效率，防止外来车辆占用校内资源，并减少车辆管理所消耗的人力和物力。

1  RFID技术简介

RFID（Radio Frequency Identification）无线射频识别技术，是指通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据的通信技术，该技术能够通过无线射频信号自动远距离识别目标，并快速、实时与准确地采集和处理特定目标的信息，可工作于各种恶劣环境中，如扫描条形码或近距离刷近场通信NFC卡等。RFID技术从20世纪60年代发展至今，已经初步形成RFID标准体系，并已投入教育、医疗、工厂和资源管理等领域开始使用[4]。

RFID系統主要由读写器、标签、应答器和后台计算机组成。其中，RFID标签主要包括IC卡和天线，IC卡用于存储和处理记录，天线用于接收和发送标志。

当标签进入磁场并接收到阅读器发出的特殊射频信号后，便能通过感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，将其送至中央信息系统进行有关数据处理[3-5]。

RFID系统的优势在于其能实现安全通信和存储，标签不仅有密码保护，还可以与读写器进行匹配认证[4，5]，因此被广泛应用于企业供应链管理中，提高了企业库存跟踪和管理的高效性[6]。

2  系统架构

基于RFID的非机动车辆出入库管理系统主要由数据采集模块和数据处理模块两部分组成。数据采集模块通过安装在电子门上的读写器读取自行车上的标签信息，并将采集到的标签数据由下位机，即数据采集器，通过Internet网络传输到服务器。数据处理模块将收集到的数据传送到后台数据库，并对数据进行分析与统计，最后把分析处理的结果反馈给下位机，以控制电子门的开关，并根据需要发送短信通知对应的用户和管理员。系统架构示意图如图1所示。

在车库门口会放置一台读写器设备，用来读取车辆上面的标签信息，若读取到标签信息并且验证通过，电子门打开，同时屏幕上会显示车已入库的信息，后台开始计时，车库车辆总数加一，屏幕上会告知车主可以存放的位置，若车库已满则会提醒车主寻找最近的还有余位的车库来存放车辆;当车辆出库时，屏幕上会显示出库成功和存放时间，车库车辆总数减一，后台会记录各用户的停放次数。车辆停留时间过长（在此三个月以上视为时间过长），会以发送短信的方式来提醒车主;若存放时间超过一定期限（在此一年视为清理期限），则会通知管理人员进行清理，以防资源浪费。

为了使同学们更有秩序地停放车辆，本设计还将车库进行分区管理，靠近车库门口的位置作为奖励车主的停放区域，主要分配给经常使用且有秩序停车的车主，若有车主不按告知的位置进行停放，将会损耗信用额度，并且若在区域内检测到非法停放的車辆，系统会向管理人员推送警报信息并发出警报声，从而督促同学们规范停车。

3  系统功能实现

3.1  硬件组成结构

系统硬件组成包括数据采集模块、Wi-Fi模块与GPRS模块。数据采集模块由UHF超高频电子标签、KL9001读写器和接收天线组成。KL9001读写器通过RS232接口与STM32F103单片机相连，利用串口USART3进行数据传输。读取标签数据后，STM32F103单片机通过串口与ATK-ESP8266相连，将数据传送到后台进行统计，最后由SIM900A模块发送短信通知用户和管理员，系统硬件组成结构图如图2所示。

3.1.1  数据采集模块

将KL9001读写器工作模式设置为主动模式，使其一直处在查询标签的状态下，采集读写器范围内查询到的EPC号。

3.1.2  Wi-Fi模块

Wi-Fi模块选用ATK-ESP8266模块。ATK-ESP8266与STM32F103串口连接后将采集到的标签信息转化成数据包，通过Internet网络将数据包传输到服务器端，与数据库内的数据进行匹配，匹配结束后，将匹配后的信息反馈回STM32F103控制电子门开关。

ATK-ESP8266模块是ALIENTEK推出的一款高性能的UART-Wi-Fi（串口-无线）模块，串口设备只需简单配置即可通过网络（Wi-Fi）传输数据，可以通过AT指令发送命令。该模块不但支持兼容3.3 V和5 V单片机系统，还支持串口转Wi-Fi STA、串口转AP和Wi-Fi、STA+Wi-Fi、AP的模式，能快速构建串口Wi-Fi数据的传输方案，方便设备通过互联网传输数据。将工作模式设置为STA+AP后，模块还可以通过路由器连接到网络，实现局域网和广域网的无缝切换。

3.1.3  GPRS模块

GPRS模块使用SIM900A作为无线数据传输模块的终端，通过RS232接口与STM32相连。因其供电范围为3.2～ 4.8 V，所以可直接使用单片机上的电源来供电。SIM900A支持的频段有GSM850、GPRS 900和1800 MHz，也可通过AT指令来控制SIM900A实现各种基于GSM的通信功能。

在本课题中，当车库内传感器检测到车辆在同一位置停放时间过长且超过规定时间时，处理器将通过串口通信发送AT指令控制SIM900A，由SIM900A短信给车主，提示车主车辆停放时间过长。

AT指令不需区分大小写，返回OK则证明工作正常，使用起来方便易上手。并且GPRS技术的传输距离几乎是没有限制的，有手机信号的地方就能通信，同时也可以把数据上传互联网，实现联网管理。

由于PDU模式需要先将数据转换，所以本系统选择设置在文本模式下发送短信，设置步骤分为三步：

（1）设置发送模式：AT+CMGF=1（CMGF为0是以PDU模式发送，为1是以文本方式发送）;

（2）接收方电话号码：AT+CMGS=“133xxxxxxxx”;

（3）输入内容：>Hello world！。

3.2  软件功能实现

3.2.1  数据处理模块

数据处理模块每100 ms接受一次上机位读写器的数据，并将接收到的数据与数据库进行信息比对，当匹配结果为入库时，电子门打开，LCD屏幕显示用户EPC号、在库车辆数与停放位置;当匹配结果为出库时，电子门打开，LCD屏幕显示用户EPC号、在库车辆数和停放时间，具体数据处理流程图如图3所示。

3.2.2  数据库模块

数据库的主要功能是记录用户的ID、停放时间、存放次数及区域的信息，以便车辆出入库时进行信息比对和管理联系车主，确保用户车辆的安全性。本系统后端采用SQLite数据库分别构建车辆管理信息库和车辆出入库信息库。

车辆管理信息库由车主对应的EPC号、学号、电话号码及寝室号构成，通过学校学籍系统获取学生的身份信息，并将学生信息录入学生所分配到的RFID标签中，每个RFID标签都有唯一的EPC号，EPC号可作为车辆信息库的主键。车辆出入库信息库由出入库车辆的EPC号、入库时间和出库时间构成。

本系统不仅会统计每个时刻的车辆出入库信息，还计算车辆的出入库频率，按出入库频率高低给车主科学地分配停车区域，并定期生成可读的日志文件，还会将存储在数据库中的所有用户标签的EPC号按从小到大进行排序，在检索时采用二分查找法，以增加检索效率。如需获得车辆车主信息，只需通过车辆EPC号查询车辆管理信息库即可。

4  测试与结果

最后对本系统软硬件做整体功能测试。系统测试结果如表1所示，是针对非机动车辆出入库的测试结果：以贴防撕标签的20辆车作为测试对象，20辆车依次进入车库并记录数据。“匹配成功率”是指读写器读取标签信息传送到后台的数据库后，判断是否与数据库中预存的车主信息相吻合，即查看在数据传输过程中有无差错;“车库内停留时间”是用来记录车辆的存放时间，提醒管理人员对停留时间过长的车辆进行及时处理;“现车库内余量”是指本车库还能容纳的车辆数，用来提醒车主车库内是否还有余量，以避免车主进入车库后找不到停放位置而乱停乱放。系统情况分析结果如表2所示，是针对不同情况下系统对开关门的判别。

通过测试结果显示，该系统在样本较少的测量中准确率可以达到100%，在各种可能出现的情况下也可以做出准确的开关门动作。

5  结  论

本文设计了一个基于RFID的非机动车辆出入库管理系统，实现了非机动车辆的安全出入库、分配车位和短信提醒等功能，提高了非机动车辆的安全性和管理效率。系统还可以有效分流校内外车辆，并减少了车辆乱停乱放现象，给车辆的管理带来便利。不过该系统目前还存在系统容量小，不能实现定位等不足。后续可以开发移动端APP程序等，让车主可以在线实时查看自己车辆的停放位置与停放时间，另外，通过在校园内主要路径旁安装读写器，可以实现车辆的小范围定位等。

参考文献：

[1] 李新煜，曾春晖，蒲力萌.基于RFID的校园自行车管理系统 [J].通信技术，2012，45（11）：81-84.

[2] 徐连霞，基于RFID技术的高校自行车管理系统设计 [J].科技广场，2015（10），32-35.

[3] 李睿，金华.超高频RFID的智慧校园安全出入系统设计 [J].单片机与嵌入式系统应用，2018，18（1）：67-69.

[4] 吕琳，杜冉，王文瑄.如何唤醒校园里“沉睡”的自行车 [N].中国青年报，2016-04-18（第12版）.

[5] LEE H，OH R. Development of Intelligent Parking Space Management System Using RFID Based on loT [C].Proceedings of 2015 International Conference on Control，Automation and Artificial Intelligence（CAAI 2015）.泰国普吉岛：DEStech Publications，2015：163-165.

[6] 唐辉，基于RFID的智能停车场管理系统关键技术研究 [D].武汉：武汉理工大学，2008.

作者简介：李泽恒（1997-），女，汉族，山东德州人，本科在读，研究方向：物联网工程。