目前,在國內(nèi)很多大中型誠實,日益增多的汽車數(shù)量和停車場車位之間的矛盾越來越突出,在有些非主干道,占用公交車道和人行道違章停車的現(xiàn)象屢見不鮮;由于目前的房地產(chǎn)價格不斷攀升,在有的住宅小區(qū),開發(fā)商為了節(jié)約面積,停車場的建設(shè)數(shù)量遠不能滿足業(yè)主汽車的停放,于是私家汽車就隨意停放在道路兩側(cè),這不僅給行人進出帶來了不便,在管理上也比較混亂,帶來很大的安全隱患。因此本文介紹了使用實時時鐘芯片DS1302作為時間基準,利用RFIC卡技術(shù),實現(xiàn)一個智能自助停車收費系統(tǒng),對汽車的安全停放提供科學管理。
1.設(shè)計原理
本設(shè)計利用射頻IC卡讀寫方便,靈敏度高,保密性好,應(yīng)用程序編寫簡單的51系列單片機和計時精準的時鐘芯片DS1302,在基本外圍接口(鍵盤、LCD、語音播報)的配合下,設(shè)計而成的新型、廉價、智能的自助停車收費系統(tǒng),車主進出停車場時,只需將一種專用的IC卡在讀卡器上刷一下,集成在系統(tǒng)內(nèi)部的單片機在實時時鐘芯片DS1302的協(xié)助下,將該車在停車場的停留時間記錄下來,按照標準的收費價格,計算出所需要繳費的停車費用,并從車主持有的IC卡上扣除,這種方法屬于全自助停車收費管理,無需人工干預(yù)(出現(xiàn)故障現(xiàn)象除外),不僅節(jié)約了人力成本,節(jié)省了車輛進出停車場的時間,也給汽車的安全停放帶來了保障。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)各模塊功能介紹
圖1 智能停車收費系統(tǒng)框圖
如圖1所示,智能停車收費系統(tǒng)主控制部分由單片機、讀卡器、鍵盤、DS1302、LCD顯示、上位機通信接口和語音播報模塊組成,配合門閘驅(qū)動和電動門閘,對車輛進出停車場進行管理。
2.1.1 單片機
作為系統(tǒng)的調(diào)度中心,負責協(xié)調(diào)各個模塊之間有序工作,如:對IC卡片進行數(shù)據(jù)讀寫,向門閘驅(qū)動電路發(fā)出控制命令等。
2.1.2 讀卡器和用戶IC卡
圖2 IC卡讀卡器結(jié)構(gòu)圖
這一模塊與公交刷卡系統(tǒng)相同,如圖2所示,主要負責讀取用戶IC卡中的信息,并通過讀卡器內(nèi)部的I/O與單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。讀卡器內(nèi)部集成有CPU、緩存器、射頻模塊、外部接口、天線和工作電源。CPU一般采用小型的微處理器,用于協(xié)調(diào)各子模塊有序運轉(zhuǎn),如:通過天線和射頻模塊從RFIC卡中讀取卡片數(shù)據(jù)到緩存器,將緩存器中的新數(shù)據(jù)寫入到IC卡,以及通過I/O與外部單元完成雙向通信。在實際應(yīng)用中,為了穩(wěn)定可靠,一般可以在市場上購買現(xiàn)成的讀卡器模塊,通過I/O完成與外部器件的通信和控制。
用戶持有的非接觸式IC卡(又稱射頻卡),它將射頻識別技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)結(jié)合起來,通過無線方式傳輸能量和數(shù)據(jù),解決了卡內(nèi)能量來源和不用接觸交易兩大難題。因此,非接觸式IC卡除了具有接觸式IC卡的存儲容量大、安全性高、應(yīng)用范圍廣,對網(wǎng)絡(luò)要求低等特點外,還有其獨特的優(yōu)點:
(1)應(yīng)用的可靠性高。非接觸式IC卡與讀卡器在通信時,以高頻電磁波為媒介進行數(shù)據(jù)的傳送,不需進行機械接觸,大大減少了隨使用時間的增加而導(dǎo)致的接觸不良,從而避免了由于接觸操作使系統(tǒng)產(chǎn)生的各種故障(如插拔卡、外物插入、灰塵等導(dǎo)致的應(yīng)用終端故障),有效的保護卡片。
(2)操作速度快。因為是無接觸式通信,省去了插拔卡的時間,讀寫剁過程完成迅速,一張卡的操作時間在2秒內(nèi),操作非常方便、快捷。
(3)使用方向性要求不高。讀寫距離在3cm左右(根據(jù)不同的讀卡設(shè)備可能有所不同)。
2.1.3 實時時鐘芯片DS1302
圖3 DS1302接口圖
在整個系統(tǒng)中,處了讀卡器外,精準、穩(wěn)定的計時也是非常必要的,否則,由于計時的不準給管理和監(jiān)控帶來不便。本設(shè)計中采用美國DALLAS公司推出的低功耗實時時鐘芯片DS1302,它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時,且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。在測量控制系統(tǒng)中,特別是長時間無人職守的測控系統(tǒng)中,具有十分重要的意義。工作電壓寬達2.5~5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信,連接簡單,封裝尺寸小,具有主電源/后背電源雙電源引腳,同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力,在主電源突然斷電的情況下,可以由備用電源(一般為紐扣電池等)保持正常走時。如圖3所示,為DS1302與單片機的接口示意圖,使用32.768KHz的石英晶振,使用主供電源Vcc2和備用電源Vcc1。
圖4 DS1302命令字格式
如圖4所示,是DS1302的控制命令字結(jié)構(gòu),Bit7必須為1,如果為0,不能對DS1302進行操作;Bit6如果為0,則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù),為1表示存取RAM數(shù)據(jù);Bit5至Bit1指示操作單元的地址;Bit0如為0表示要進行寫操作,為1表示進行讀操作,控制字節(jié)總是從最低為開始輸出。
圖5 DS1302讀寫時序圖
圖5表示了DS1302的讀寫時序,當RST為低電平時,禁止對DS1302進行任何操作;當RST為高電平時,在時鐘信號SCLK的上升沿,I/O首先接收自單片機的1Byte的控制命令,如果是寫操作,在時鐘SCLK下降沿完成數(shù)據(jù)的讀取;如果是寫操作,在時鐘的上升沿完成數(shù)據(jù)或命令的寫入。表1中列出了日立和時鐘各寄存器的控制命令和內(nèi)容。
2.1.4 液晶顯示和鍵盤
LCD顯示根據(jù)需要可以選擇字符型1602,也可以選擇漢子型12864等,主要用于在無人刷卡時顯示當前時間,有車主刷卡時,顯示卡片信息和刷卡狀態(tài)。鍵盤使用4×4行列式鍵盤或者簡易的按鍵式鍵盤,主要用于系統(tǒng)故障時復(fù)位和時間校準等情況。同時,也會預(yù)留一個求助呼叫按鍵,供車主在遇到刷卡故障時,呼叫停車場管理人員,以便及時來人對故障進行處理。
2.1.5 語音播放
該模塊由ISD系列語音芯片,通過單片機編程控制,用于播放禮貌用語和提示用戶 出錯信息。
2.1.6 單片機和上位機
單片機和上位機之間通過串口RS232進行通信,用于停車場值班人員監(jiān)控收費系統(tǒng)的運行情況,必要時通過上位機,直接控制電動門閘的開關(guān)和鎖定電動門閘。
2.1.7 門閘驅(qū)動和電動門閘
門閘驅(qū)動由繼電器組組成,當單片機發(fā)出開關(guān)門指令時,這些繼電器就相應(yīng)的閉合和打開,用來控制電機的正反向運轉(zhuǎn)和停止,進而電動道閘的打開和關(guān)閉。
2.2 系統(tǒng)工作過程
2.2.1 進停車場
當汽車進停車場時,車主將IC卡對準讀卡器的讀卡區(qū),IC卡通過電磁感應(yīng)從讀卡器獲得瞬間能量,并將卡片信息反饋給讀卡器。系統(tǒng)自動記錄此時的時間T1,同時單片機對接收到的IC卡信息進行判斷,并進行相關(guān)操作:
(1)如果卡片正常(余額不為零,卡片無毀損),語音播放:“歡迎您的光臨!”,并在液晶屏上顯示IC卡余額和刷卡成功信息,同時自動打開門閘,延時一段時間后,再次關(guān)閉門閘;
(2)如果余額不足或卡片損毀,語音播放:“余額不足,請充值!”,并在液晶屏上卡內(nèi)顯示余額和刷卡失敗信息,保持門閘關(guān)閉。
2.2.2 出停車場
當該用戶出停車場時,再次刷卡,系統(tǒng)再次記錄時間T2,單片機計算出時間差?T=T2-T1和所需繳納的費用M,通過對讀卡器反饋回來的卡片數(shù)據(jù)判斷,進行相應(yīng)操作:
(1)如果卡內(nèi)余額Balance≥M,從卡片扣除所需費用M,語音播放:“謝謝您的光臨!”,并顯示消費余額M和消費后IC卡的余額Balance,自動打開門閘,延時一段時間后,再次關(guān)閉門閘;
(2)如果余額Balance
3.系統(tǒng)軟件設(shè)計
(1)系統(tǒng)主程序流程
如圖6所示,系統(tǒng)主程序按照此圖依次進行,如遇特殊情況系統(tǒng)出現(xiàn)故障,可由值班人員手動復(fù)位,系統(tǒng)重新啟動。如遇到車主IC卡片出現(xiàn)余額不足等情況,由值班人員協(xié)助解決。
圖6 系統(tǒng)主程序流程
(2)DS1302控制流程
如圖7所示,實時時鐘芯片DS1302按照此圖進行讀寫日歷和時間數(shù)據(jù),如遇特殊情況短時間掉電的情況下,由于有備用電源支持,因此,不會出現(xiàn)時間停止的情況;但如果長時間掉電,備用電源耗盡時,時間數(shù)據(jù)會丟失,此時重新上電或初次安裝使用時,需要重新設(shè)置時間,否則芯片不會走時。
圖7 DS1302程序流程圖
結(jié)束語
(1)本設(shè)計控制系統(tǒng)由51系列單片機,DS1302時鐘芯片,LCD顯示屏和語音播報芯片組成,讀卡器采用市場售賣的集成模塊,電動道閘部分采用電磁繼電器開關(guān)控制,這些均屬于常規(guī)低廉的集成器件,因此,總體價格低廉;
(2)控制系統(tǒng)體積小,所有器件均集成在一個安裝盒內(nèi),只預(yù)留控制信號線和電動道閘之間用排線連接,和上位機通過串口相連,安裝比較簡單;
(3)使用界面友好,可以人性化的播報和顯示歡迎信息和報錯信息;
(4)可廣泛應(yīng)用于商場、小區(qū)、企事業(yè)單位等公共場所的停車場,既節(jié)約人力資源,又提高了管理的高效性和安全性;
(5)目前樣機的試運行狀態(tài)穩(wěn)定,經(jīng)過完善后可以考慮量產(chǎn)。
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