西安工業(yè)大學(xué) 白 偉 鄭 翔 惠 凱 楊 凱 史 鑫

自助洗車系統(tǒng)

西安工業(yè)大學(xué) 白 偉 鄭 翔 惠 凱 楊 凱 史 鑫

本項目主要研究自助洗車系統(tǒng)的自助刷卡，自動計費(fèi)，自助選擇服務(wù)類型的洗車機(jī)的設(shè)計，在本系統(tǒng)投入生產(chǎn)后，將為汽車的洗車提供，方便，快捷，實惠的服務(wù)。系統(tǒng)主要由STC15W4K60S4主控模塊，MRC500刷卡模塊，LM2576電壓轉(zhuǎn)化模塊，繼電器輸出控制模塊，人機(jī)交互模塊，硬幣檢測模塊組成。主控模塊從刷卡模塊和硬幣檢測模塊獲取卡上的金額數(shù)，當(dāng)金額大于單次服務(wù)最少金額時，通過繼電器輸出控制輸出模塊啟動，水泵噴頭進(jìn)行洗車服務(wù)，而電壓轉(zhuǎn)換模塊將12V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓供系統(tǒng)使用。

STC15W4K60S4主控模塊；MRC500刷卡模塊；LM2576電壓轉(zhuǎn)化模塊；繼電器輸出控制模塊；洗車噴頭水泵模塊；人機(jī)交互模塊

0.引言

我國各大中城市雖然發(fā)展很快，但建設(shè)不配套，缺乏停車場所，使大量汽車只能露天棲息，飽受風(fēng)吹、雨淋、日曬的無奈，致使汽車日漸老化。這就更加促進(jìn)了汽車美容業(yè)的發(fā)展。而汽車清洗是汽車美容項目的重要，雖然人工洗車和pc洗車的收費(fèi)相差不幾，但在時間、效率、人的勞力、物力上卻涇渭分明。而使用自助洗車機(jī)則具有以下優(yōu)點：①洗一輛車的時間只需要3至4分鐘，效率高；②單次洗車成本大大降低，更易吸引客戶；③能大大削減生產(chǎn)力、降低勞動強(qiáng)度，節(jié)省成本；④手洗比起來更易吸引家庭客戶，在提高群體形象的同時，又能大幅度提高的經(jīng)濟(jì)收益；⑤可以采用輪回水設(shè)備，減少用水量，節(jié)能環(huán)保。

1.系統(tǒng)總體方案設(shè)計

整個系統(tǒng)是由刷卡單元，主控單元，水泵噴頭單元，服務(wù)選擇單元組成，當(dāng)檢測到有IC卡進(jìn)入檢測范圍后，系統(tǒng)自動在人機(jī)交互界面顯示消費(fèi)時間和消費(fèi)金額，消費(fèi)者通過服務(wù)選擇單元選著配水形狀和噴水的啟停，當(dāng)IC卡沒有金額時自動停止服務(wù)。本系統(tǒng)通過220v轉(zhuǎn)12v電源模塊為水泵提供電源，通過LM2576（12v轉(zhuǎn)5v單元）為STC15W4K60S4主控板提供能源。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 總體硬件設(shè)計

自助洗車系統(tǒng)中主控單元通過總線的方式與IC卡檢測單元進(jìn)行通訊和對IC卡操作，而人機(jī)交互單元通過IIC總線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示的操作，在對水泵和噴頭進(jìn)行操作時是通過三極管和繼電器的復(fù)合應(yīng)用進(jìn)行操作。以下是系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖。

2.2 主控S T C 1 5 W4 K 6 0 S 4主控模塊

因為考慮到系統(tǒng)的的功能需求，所以在本系統(tǒng)中采用STC-15W4K60S4為主控芯片。STC15W4K60S4主控芯片是stc51系類的加強(qiáng)版的MCU，STC15W4K60S4擁有61k的FLASH和4k的SRAM，8路的AD，5個定時器，4個可以掉電喚醒的串口，同時系統(tǒng)還擁有ISP的通訊方式，8路的PWM輸出。

2.3 刷卡模塊

MFRC500是應(yīng)用于13.56 M H z非接觸式通信中高集成讀卡器IC 系列 中的一員。該讀卡IC利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念.完全集成了13.56 M H z下所 有類 型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。M F R C500能夠支持ISO 1～443A 所有的層，其內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動近操作距離的天線 (可達(dá) 100 m m )；M FR C500的接收器部分提供有一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，可用于IS0 14443兼容 的應(yīng)答器信號 ；數(shù)收稿 日期∶2006-09—18字部分則用 于處理ISO 1～443A 幀和錯誤 檢測 f奇偶& C R C)。此外 它還支持快速CR Y P1’ o 1加密算法 ，以用于驗證M ifare系產(chǎn)品。其方便 的并行接 口可直接連接 到任何8位微處理器上 ，這樣就給讀卡器／ 終端的設(shè)計提供了極大的靈活性 。在本系統(tǒng)系統(tǒng)中利于主控芯片的P0組口和MRC500的D0～D7進(jìn)行通訊，硬件設(shè)計圖如下：

2.4 電源模塊

LM2576系列是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器(52kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具 有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。LM2576系列包括 LM2576(最高輸入電壓40V)及LM2576HV(最高輸入電壓60V)二個系列。各系列產(chǎn)品均提供有3.3V(-3.3)、5V(-5.0)、 12V(-12)、15V(-15)及可調(diào)(-ADJ)等多個電壓檔次產(chǎn)品。此外，該芯片還提供了工作狀態(tài)的外部控制引腳。在本系統(tǒng)中主要通過LM2576將12V的電壓轉(zhuǎn)換為5V電驅(qū)動主控芯片和其它芯片工作。

2.5 硬幣識別模塊

現(xiàn)在市面上的的硬幣識別模塊里面都設(shè)有感應(yīng)線圈，通過硬幣材料的大小材料進(jìn)行識別硬幣的真?zhèn)?，在通過不同硬幣對電感量的影響不同，從而電感量的變化引起振蕩頻率的變化，再通過檢測頻率的變化與設(shè)定值進(jìn)行比,確定某種硬幣種類經(jīng)窄帶選頻電路將頻率信號變成電壓信號輸出，通過主控模塊的具有A/D功能的模塊采集，電壓的大小就反應(yīng)了投入硬幣的面值。

2.6 繼電器輸出控制模塊

繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分）；有能對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進(jìn)行驅(qū)動的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動部分）。本系統(tǒng)采用的是5V控12V的繼電器，通過主控單元輸出信號控制三極管的導(dǎo)和關(guān)閉進(jìn)而控制繼電器的常開常閉觸電關(guān)閉和打開，使外圍設(shè)備工作或者停止。

2.7 人機(jī)交互模塊

CH453 是16位數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制芯片。CH453內(nèi)置時鐘振蕩電路，可以動態(tài)驅(qū)動16位數(shù)碼管或者128只LED發(fā)光管；同時還可以進(jìn)行64鍵的鍵盤掃描；CH453通過2線串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中利用主控單元利用IIC總線與ch453進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而控制顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 MR C 5 0 0的刷卡流程

MRC500是本系統(tǒng)中最重要的單元模塊，MRC50中集成了一個1024個字節(jié)的EEPROM，這1024個字節(jié)分成了16個扇區(qū)，每個扇區(qū)有4個塊，每個塊都有16個字節(jié)。MRC50中這64個塊在訪問時是按絕對地址來操作的，即塊地址=扇區(qū)編號x4+扇區(qū)內(nèi)的塊編號，其中扇區(qū)編號是(0,--15)，扇區(qū)內(nèi)的塊編號是(0--,3)。所有扇區(qū)的第3塊都是控制塊，第0個扇區(qū)中的第0塊是存放的產(chǎn)品代碼，這個塊是64個塊中唯一只能讀不能寫的塊，存放的是固化中的32bit的世界唯一的產(chǎn)品代碼。其余15個扇區(qū)的第0到第2塊都是數(shù)據(jù)塊。在進(jìn)行卡操作之前需要進(jìn)行∶復(fù)位請求，反碰撞，卡選擇，卡認(rèn)證等操作，以下是IC卡讀寫的流程圖。

3.2 主控單元流程圖

主控單元主要操控MRC500進(jìn)行讀卡操作，和硬幣的識別模塊的硬幣識別，根據(jù)用戶輸入的信息驅(qū)動外圍器件(水泵，噴頭)進(jìn)行洗車服務(wù)，實時在人機(jī)交互界面顯示消費(fèi)信息，當(dāng)消費(fèi)金額大于IC卡和投入硬幣的金額時自動停止服務(wù)，在整個系統(tǒng)中承擔(dān)這中央樞鈕的作用。下面是主控單元的軟件控制流程圖：

4.總結(jié)

本文主要說明了自助洗車系統(tǒng)在硬件和軟件設(shè)計方法，對整個系統(tǒng)的組成有很好的描述對讀者在設(shè)計洗車系統(tǒng)方面有很好的借鑒作用。本系統(tǒng)所采用的MRC500讀卡芯片有很好的兼容性，可以接到具有總線擴(kuò)展的處理器上，該芯片組成的系統(tǒng)具有很好性能，同時對于LM2576變壓芯片的使用輕松的解決了電壓轉(zhuǎn)換的問題，對于電源要求高的系統(tǒng)可以采用LM2576進(jìn)行變壓操作。

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白偉（1995－），西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院學(xué)生，主要從事嵌入式系統(tǒng)研究。