基于RFID的不停车车辆门禁管理系统设计

    1 概述

    发达国家人们出行，以车代步，私车为主。美国可谓“汽车轮上的国家”，家家有车，一人多车[1]。有人推测，大中城市年收入在5 万元以上的家庭，通过“按揭”，就可拥有私车私房。随着经济的发展，这种家庭（特别是年青的家庭）一定会越来越多。人们追求：“居要理想，行要轻快；驾车进出，闸门自开”。为了提升中高档住宅小区及业主的形象，促进房地产的销售；为了提高对进出住宅小区车辆管理的智能化、信息化和自动化水平，为住户及车主提供高效、安全的门禁服务，聪明的小区开发商们，在建理想的小区的同时，一定会配备不停车的门禁。不停车的门禁系统采用了世界先进的射频识别（RFID：Radio Frequency Identification）技术，利用具备RFID 的车卡和综合化读写控制设备，使系统的读卡距离达到7 米以上，而且成本大大低于类似的系统，车辆进出小区不须停车，就能完成对其的信息采集和管理,从而决定对它自动放行或是拦截。该系统已在多项工程中应用，证明其性能稳定可靠，适合大规模推广应用。

    该系统具有如下功能：
    a)门禁值班人员，采用口令（密码）登录本系统，建立与后台管理系统的连接；
    b)自动、实时地采集进出住宅小区门禁的载有车卡的车辆信息，包括车卡的识别地址（ID）号和车牌号，车辆无须停车；
    c)自动实时地向后台管理系统传送车辆的车牌号、ID 号、车辆通过的车道号和通过时间等信息；
    d)自动实时地接收后台管理系统送出的车辆认证信息；
    e)能对载有车卡的合法车辆自动放行，该车辆不须停车；
    f)自动、实时地拦截违规、违例车辆，并通过语音提示报警；
    g)自动、实时地记录、存储车辆通过信息；
    h)能查询、打印通过车辆的有关信息。

    目前不少住宅小区采用 IC（Integrated Circuit）卡及其读写器组成车辆门禁管理系统，它的价格低廉，但是由于IC卡的读卡距离小，不超过0.1 米，车辆必须停车，以刷卡方式完成对车辆信息的采集。此方式不适合在中高档小区应用。而RFID 门禁管理系统，采用最新RFID 芯片和RFID PC 卡，研制出的车卡和读写控制器，读卡距离大于7 米，车辆不用停车，就能完成对它的信息采集和管理，系统的性价比大大提高，小区及用户的形象明显提升，它才是中高档小区门禁的首选。

    2 系统的组成和工作原理[2，3]

    本系统由车卡和路边设备组成。车卡（或称车辆识别卡）安装在车辆前档风玻璃内侧或仪表盘的卡架上或嵌在车牌上；路边设备包括天线、读写控制器（含显示器、RFID PC 卡、声卡、音响、车道线圈、线圈检测器、I/O 卡和外部设备控制接线盒）电源和外部设备（如电动栏杆、音箱和通行灯），如图1 所示。车主在向车管所登记或进行年检时，车辆的相关信息（如车牌号、车型、车身颜色、车架号、发动机号、车主姓名、购置日期、年检日期、联系电话、有无违章、违法记录、是否年检等等）将存入车管中心计算机数据库，并写在车主的行驶证上。

    车主购置车卡时，车卡管理者根据行驶证的信息，通过写卡设备将车辆的部份信息（如车辆的车牌号、车型等）写入车卡中，并随同车卡的ID 号、车主姓名、车身颜色等信息存入后台管理计算机数据库。这些信息被称为“静态数数据信息”，其中车卡的ID 号由厂商在出厂前锁定，不能更改，ID 号全世界唯一，没有同号。

    当载有车卡的车辆通过门禁系统所在车道，并压在线圈1 时，读写控制器中的车辆检测器检测到车辆通过信息，并启动RFID PC 卡，通过微波天线向车卡发出“询问信号”；车卡收到询问信号同时从中得到能源供给，即将车卡中存储的ID 号和车牌号调制在接收到的信号上，回传给读写控制器，此信号称为“应答信号”；读写控制器通过天线收到车卡的应答信号后，解调出ID 号和车牌号，叠加上车辆通过的车道号、通过时间、序号（作为车辆记数）等，经网线传到管理计算机（或服务器）数据库，这些信息称为“动态数据信息”。系统利用采集到的ID 号和车牌号，查询后台管理计算机数据库中的静态数据信息，进行比较判断，再将查询处理结果及指令，通过网线回传给读写控制器，并在其显示器上显示。如果是载有车卡的合法车辆，系统将发出自动放行指令，开启栏杆，自动放行车辆；如为查控或无车卡车辆，系统发出自动拦截指令，栏杆闭合，语音提示报警，该车辆被拦截，待值班人员处理后，才能放行该车辆。车辆通过车道上的第2 线圈后，栏杆自动放下，同时第二线圈还起着防砸车的保护作用。

    a)车卡：车卡又称电子车牌或电子识别卡或电子标签，是车辆信息的载体。它采用 NIT 公司（NEOSOURCEINTEL-TECH LTD：新源现代智能科技有限公司）的微带集成和“一车一卡”防拆专利技术，安装在车辆前挡风玻璃内侧，存储有车辆的相关信息，如车牌号、ID 号、车型等，不需电池供电(它的能量由收到的微波询问信号产生) ，所以也被称为“无源卡”，使用寿命可长达十年以上，工作频率在902~928MHz 范围内。为了提高读卡速度和保护车主的“隐私”，在车卡中只写入车辆的车牌号。
    b)天线：本系统采用进口或国产定向线极化天线，其增益大于 9.5dbd，波束宽度为68°(水平面)和26°(垂直面），工作频率为902~928MHz。
    c)读写控制器：读写控制器由读写器（或称收发器）和工业控制计算机组成。读写器包括发射单元、接受单元、信号处理控制单元及电源等，其工作频率为902～928MHz，具有跳频抗干扰能力，发射功率为0.7W（峰值），接收灵敏度为-98dbmw。工业控制计算机由工业级计算机和控制单元组成，它既具有计算机信号处理的功能，又具有控制外部设备的功能。