馮明發(fā) 盧錦川

(1、深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 深圳 518055 2、中國聯(lián)通北海分公司，廣西 北海 536000）

1 引言

現(xiàn)有的車輛在進(jìn)入小區(qū)或停車場時，需取用住宅區(qū)車輛管理IC卡或停車場用IC卡，出入需要將該IC卡放置讀卡器前進(jìn)行感應(yīng)刷卡?，F(xiàn)有的讀卡器，其設(shè)置于閘道邊，所以車輛過閘時慢速靠近暫停，待感應(yīng)完畢后離開。但是，往往有些駕駛?cè)藛T在靠近時為了避免擦碰，導(dǎo)致停車較遠(yuǎn)，伸手后也無法持卡感應(yīng)，只能開車門下車感應(yīng)刷卡。這樣給駕駛?cè)藛T帶來了不便，同時也影響過閘速度，導(dǎo)致車輛過閘擁擠。

本文在綜合分析上述存在問題之后，綜合運(yùn)用地感，紅外定位，超聲波測距，單片機(jī)控制等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于非接觸式IC卡的移動式車輛感應(yīng)讀卡器，其采用傳動部帶動讀卡盒移動，從而自動調(diào)節(jié)讀卡盒與駕駛?cè)藛T的距離，避免停車較遠(yuǎn)而無法車內(nèi)手持感應(yīng)刷卡，具有識別度高、智能、人性化、使用方便、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)，有很好的開發(fā)應(yīng)用價值。

隨著對企事業(yè)單位，住宅小區(qū)、公共停車場的車輛管理水平要求的提高，為使車輛進(jìn)出方便、快捷、安全，采用高科技產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)車輛智能管理是發(fā)展的必然趨勢。

2 讀卡器整體設(shè)計(jì)

2.1 讀卡器結(jié)構(gòu)框圖及功能描述

該新型移動式車輛感應(yīng)讀卡器包括主體及設(shè)置于該主體上的讀卡盒；所述主體包括承載部、控制部及傳動部；所述傳動部與所述讀卡盒相連，并帶動所述讀卡盒移動；本讀卡裝置還包括與所述控制部相連的地感機(jī)構(gòu)和測距機(jī)構(gòu)，讀卡器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作原理為：地感機(jī)構(gòu)采集信號，得知是否有車輛要求進(jìn)入停車場；超聲波感測車輛的位置信號；紅外感測車輛內(nèi)的人體信號，以上信號均傳輸至控制部，經(jīng)過運(yùn)算確定車輛與所述讀卡盒之間的距離、人體與所述讀卡盒之間的距離，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的信號控制傳動部進(jìn)行讀卡器的靈活移動，完成駕駛?cè)藛T無需下車，輕松刷卡出入的便捷。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果是：采用傳動部調(diào)節(jié)讀卡盒與駕駛?cè)藛T的距離，從而方便車內(nèi)伸手持卡感應(yīng)。另外，利用紅外感測機(jī)構(gòu)確定駕駛?cè)藛T離讀卡盒的距離、超聲波感測機(jī)構(gòu)確定車輛與讀卡盒的距離，從而合理改變駕駛?cè)藛T與讀卡盒的距離，不會太近易擦碰，亦不會太遠(yuǎn)需費(fèi)勁伸手操作，很好的實(shí)現(xiàn)了車輛的進(jìn)出方便、快捷、安全。

圖1 移動式車輛感應(yīng)讀卡器結(jié)構(gòu)框圖

2.2 控制部分介紹

單片機(jī)系統(tǒng)是控制部12的核心，它完成地感信號、測距信號的讀入及分析、射頻卡號的讀入及分析、傳動部13的控制等功能，根據(jù)本系統(tǒng)的功能要求和性價比的綜合考慮，我們采用ATMEL公司AVR系列單片機(jī)的Atmega16L作為主控芯片，它是基于RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，具有以下特點(diǎn)：

圖2 無轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)讀卡器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 含轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)讀卡器的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.1 數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。

2.2.2 AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器，所有的寄存器均直接與運(yùn)算邏輯單元相連，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨(dú)立的寄存器，大大提高了代碼效率，具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。

2.2.3 具有使用壽命為10000次擦寫循環(huán)的16K字節(jié)可編程Flash，以及讀寫壽命至少為10萬次的E2PROM數(shù)據(jù)存儲器。

2.2.4 可對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。

可見，該款單片機(jī)便于新產(chǎn)品開發(fā)，高速度、高保密性，低功耗，抗干擾能力強(qiáng)，是一款符合本設(shè)計(jì)的性價較高的單片機(jī)。

2.3 非接觸式IC卡

非接觸式IC卡又稱射頻卡，在卡片靠近讀寫器表面時即可完成卡中數(shù)據(jù)的讀寫操作，從而達(dá)到自動識別物體的目的。它成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破，與接觸式IC卡相比較，非接觸式IC卡具有以下優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，非接觸式IC卡與讀寫器之間無機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障；操作方便、快捷，由于使用射頻通訊技術(shù)，讀寫器在10cm范圍內(nèi)就可以對卡片進(jìn)行讀寫，沒有插拔卡的動作；全防沖突，非接觸式IC卡的序列號是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前己將此序列號固化，不可更改。世界上沒有任何兩張卡的序列號會相同。非接觸式IC卡讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫器驗(yàn)證IC卡的合法性，同時IC卡也驗(yàn)證讀寫器的合法性。IC卡具有方便、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，適合用于車輛識別。

3 實(shí)例分析

傳動部為該移動式車輛感應(yīng)讀卡器的關(guān)鍵部分，在實(shí)際應(yīng)用中，傳動部可設(shè)計(jì)為僅含線性移動機(jī)構(gòu)，或轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)加線性移動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，分別如圖2，3所示。兩種結(jié)構(gòu)原理類似，下面結(jié)合圖例，以含轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)讀卡器為例，說明具體實(shí)現(xiàn)方式及工作原理。

如圖3所示，是傳動部13包括所述傳動部包括轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和線性移動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述線性移動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述主體上的第二導(dǎo)軌120、與所述第二導(dǎo)軌120相配合的第二導(dǎo)桿121，所述讀卡盒2固定于所述第二導(dǎo)桿121的外端；順著所述第二導(dǎo)桿121的延伸方向設(shè)置有第二齒條122，固定于所述第二導(dǎo)軌120上的第二移動電機(jī)123經(jīng)傳動齒輪與所述第二齒條122相嚙合，固定于所述主體1上的轉(zhuǎn)動電機(jī)124驅(qū)動經(jīng)傳送機(jī)構(gòu)與所述第二導(dǎo)軌120相連，并帶動該第二導(dǎo)軌120轉(zhuǎn)動。

其工作原理是：讀卡盒2根據(jù)其前方停車情況，自動不定向伸縮移動。當(dāng)?shù)馗袡C(jī)構(gòu)3感測出有車輛進(jìn)入閘道口，超聲波感測機(jī)構(gòu)42檢測車輛與讀卡盒之間的距離，紅外感測機(jī)構(gòu)41檢測最近人員離讀卡盒的距離，若檢測距離與控制部內(nèi)預(yù)存儲的有效距離相符，即在一定范圍內(nèi)，人員伸手能夠刷卡操作，則讀卡盒保護(hù)不動，待人員自已伸手刷卡；若檢測距離為控制部內(nèi)預(yù)存儲的無效距離，即人員位于車內(nèi)伸手無法操作的處境，此時讀卡盒向前方移動，縮小讀卡盒與人員兩者之間的距離，從而使讀卡盒位于人手可操作的范圍內(nèi)。

當(dāng)控制部判斷讀卡盒需移動時，首先確定其移動的方向，即車輛人員與讀卡盒正前方之間的夾角，這樣控制部向轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)出信號，由轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出帶動第二導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，使讀卡盒正對著車內(nèi)人員；控制部向第二移動電機(jī)輸出信號，由其經(jīng)第二齒條帶動第二導(dǎo)桿移動，即實(shí)現(xiàn)位于第二導(dǎo)桿外端的讀卡盒正對車內(nèi)人員移動。

本實(shí)用新型采用傳動部調(diào)節(jié)讀卡盒與駕駛?cè)藛T的距離，從而方便車內(nèi)伸手持卡感應(yīng)。另外，利用紅外感測機(jī)構(gòu)確定駕駛?cè)藛T離讀卡盒的距離、超聲波感測機(jī)構(gòu)確定車輛與讀卡盒的距離，從而合理改變駕駛?cè)藛T與讀卡盒的距離，不會太近易擦碰，亦不會太遠(yuǎn)需費(fèi)勁伸手操作。

4 結(jié)束語

隨著對企事業(yè)單位，住宅小區(qū)、公共停車場的車輛管理水平要求的提高，為使車輛進(jìn)出方便、快捷、安全，采用高科技產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)車輛智能管理是發(fā)展的必然趨勢，本文本系統(tǒng)是射頻識別和自控技術(shù)對傳統(tǒng)停車場管理系統(tǒng)讀卡器的拓展，在實(shí)際試用中起到了很好的智能管理效果，使車輛進(jìn)出方便、快捷、安全，同時系統(tǒng)有很好的擴(kuò)展性和移植性，只須進(jìn)行簡單的電路增改，即可對現(xiàn)有的停車場系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用，該設(shè)計(jì)的原理和思想可用于其他讀卡器系統(tǒng)，具有較高的應(yīng)用價值。

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