1、 学号 毕业设计(论文)题目： 非接触式 IC 卡停车场收费系统设计 作 者 届 别 2011 届 学 院 专 业 自 动 化 指 导 教 师 职 称 完 成 时 间 毕业设计( 论文)- I -摘要随着国民经济飞速发展, 城市汽车数量剧增, 停车难问题愈来愈凸现, 在增加停车场数量的同时, 提高停车场的智能化管理是解决这个问题的关键. 本文提出的自动计时收费系统, 是一种基于 AT89C51单片机的非接触式IC卡的停车场收费系统. 该系统采用比传统停车计费方式更优越的自动计时计费方式, 系统硬件设备由入口设备和出口设备组成, 论述了它们的硬件电路设计和软件设计, 画出其软件设计的程序流程图.
2、 该系统操作简单, 价格低廉, 安装调试方便, 很好地解决了停车场的收费问题.关键词：非接触式；IC 卡；AT89C51 单片机；自动收费停车毕业设计( 论文)- II -ABSTRACTWith the rapid development of national economy, the quantity of cars in city increases. Parking problems become more and more evident. In addition to increasing the number of parking lots, improving of inte
3、lligent parking management is the key to solve this problem. The article discusses a kind of automatic timing and charging system. Its a kind of charging system that based on AT89C51 microcontroller and non-contact IC card. The system uses a kind of automatic charging mode which is more superior tha
4、n tradition. The whole system is composed of entrance- machine and exit- machine. We discuss their hardware circuit design and software design and draw its software design process flow diagram. The system is simple, cheap, convenient installation and debugging, nicely solving the charge collect ques
5、tion of parking lot.Keywords： Non-contact; IC card; AT89C51 microcontroller; Automatic charging for parking毕业设计( 论文)- III -目录摘要 -IABSTRACT-II1引言 -11.1 背景 -11.2 非接触式 IC 卡停车场收费系统的意义 -22 总体方案设计 -32.1 方案设计 -32.2 方案论证与选择 -32.3 工作原理 -63 系统硬件电路设计 -73.1 单片机及其外围电路设计 -73.2 键盘电路的设计 -83.3 显示电路的设计 -93.4 存储器电路的设计
6、 -103.5 串行通信接口电路的设计 -113.6 时钟电路设计 -123.7 读写模块 -134 系统软件程序设计 -174.1 主程序 -174.2 键盘处理子程序 -184.3 液晶显示子程序 -184.4 串口通信子程序 -194.5 时钟子程序 -194.6 读写模块 -205 结论 -22参考文献 -23致谢 -24附录 -25毕业设计( 论文)- 1 -1引言1.1背景停车场收费系统在国外的发展最初可以追溯到上世纪 60 年代，以自动发票机的面世为标志。60 年代初，德国、瑞士、荷兰的一些企业开始使用自动化停车场管理系统，在出入口安装发票机、自动的收费系统，最初的系统以打孔票为
7、主。随着技术的提高，停车票的介质逐渐多元化，出现了包括远距离微波卡、条码票、晶片硬币、信用卡、手机、智能卡等。目前，国内部分停车场仍然停留在人工收费的管理水平，远远落后于西方国家。随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提高，拥有私人车辆已不再是高不可及的梦想，目前已经有越来越多的家庭或个人拥有车辆，在出行变得方便的同时，停车却成了开车人要面临的棘手问题，因此解决停车难就成了所有开发商首先要考虑的一个问题。不论是新建住宅小区还是新建公共建筑都要考虑建设一定规模的停车场，相应的停车场收费管理系统就得到了越来越广泛的应用，不仅能帮助业主为其用户提供方便、快捷的服务，且还能获得更多的投资回报。当前,单
8、片机被广泛地应用于人们生活的各个领域。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数字处理能力（如算术运算，逻辑运算，数据传送，中断处理）的微处理器（CPU） ，随机存取数据存储器（RAM） ，只读程序存储器（ROM） ，输入输出电路（I/O 口） ，可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI） ，显示驱动电路（LCD 或 LED 驱动电路） ，脉宽调制电路（PWM） ，模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统 1。由于单片机体积小巧、功能强大、应用灵活、价格便宜，所以应用十分广泛。随着科学技术的不断发展，特别是 IC 卡技术的日新月异，接
9、触式 IC 卡应用系统已从其辉煌顶峰逐步走了下来，取而代之是非接触式 IC 卡应用系统。非接触式 IC 卡(又称射频卡 )是近几年发展起来的新技术，它成功地结合了射频识别技术和 IC 卡技术，解决了卡中无源和免接触读写这一难题，是电子领域的一大突破。非接触式 IC 卡由 IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的 PVC 卡片内，芯片及天线无任何外露部分。卡片在一定距离范围(通常为 510mm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。非接触式 IC 卡应用产品与接触式 IC 卡比较具有防水、防尘、无外露读写器件、无机械磨损、防伪性能强、使用寿命长等诸多优势 2。采用非接触式储值
10、IC 卡收费系统，不但极大地减轻结算的难度，统计及时准确，而且有外形美观、携带方便、可重毕业设计( 论文)- 2 -复充值和能记名挂失的优点，是消费管理现代化的标志。1.2 非接触式 IC卡停车场收费系统的意义非接触式 IC 卡停车场收费管理系统是一种高效快捷、公正准确及科学经济的停车场管理手段，是停车场对车辆实行动态和静态管理的综合；从用户的角度看，其服务高效，收费透明度高，准确无误；从管理者的角度看，其易于操作维护，自动化程度高，大大减轻管理者的劳动强度，从根本上杜绝票款流失的现象，对加速解决我国目前面临的停车难问题有着非常积极的意义。文中论述了以非接触式 IC 卡为收费介质的停车场管理系
11、统软件的设计。该系统采用了目前已经非常成熟的非接触式 IC 卡读写技术、计算机控制技术，能够大幅度提高停车场车辆通行的流畅性，减少车辆停滞时间，简化驾驶人员操作过程，从而实现停车场进出车辆的计算机化智能管理，有效降低停车场管理系统的运营成本和管理人员劳动强度。本文设计的非接触式 IC 卡停车场收费系统，由单片机、读卡器以及时钟显示等模块组成。通过本次设计，培养了我分析问题和解决问题的能力，同时也提高了我文献检索和自学能力。毕业设计( 论文)- 3 -2 总体方案设计2.1方案设计整个系统硬件设备由停车场入口设备、停车场出口设备两部分组成。入口设备和出口设备位于停车场入口和出口处。在整个系统中，
12、非接触 IC 卡是两部分硬件设备相互联系的桥梁，非接触 IC 卡的读写程序设计是系统实现的关键。该总体电路设计含有七个部分电路：1、单片机及外围电路，2、键盘电路，3、显示电路，4、存储器电路，5、串口通信电路，6、非接触式 IC 卡，7、读写模块。本设计以 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机作为微控制器，采用 MF-RC500 读卡器，因为需要输入的数字量比较多，所以键盘采用 4X4 矩阵键盘，以 DS1302 作为系统时钟，以AT24C02 作为不掉电存储器，采用 LCD 显示，并以 RS232 接口和计算机通信，组成一套功能齐全的非接触 IC 卡读写系统。当 IC 卡在天线区域经
13、过时，单片机自动需求对 IC 卡进行读写，再把读/写卡的时间一起存到存储器中，计算机可以通过串口把相关读/写卡信息读到计算机上。系统电路组成框图，如图 2-1 所示。图 2-1 系统组成框图2.2方案论证与选择1、控制器的选择方案一、用可编程逻辑器件设计。设计起来结构清晰，各个模块从硬件上设计起来相对简单，控制与显示的模块间的连接也会比较方便。但从成本上来讲，用可编程逻辑器件来设计没有什么优势。方案二：用单片机设计。单片机有丰富的中断源，方便本实验的设计。它的准确键盘电路存储 器电路串口通信电路电路显示电路单片机非接触式IC 卡读写模块毕业设计( 论文)- 4 -度相当高，并且 C 语言和汇编
14、兼容的编程环境也很方便来实现一些调用。I/O 口功能也比较强大，方便使用。成本也相对低一些，虽然在控制与显示的结合上有些复杂，但和前者相比用单片机设计还是比较可行的。2、键盘模块的选择方案一：采用直接式独立按键操作。这种方案的操作过程，就是直接从单片机 I/O口引出通上拉电阻，接一按键，当按键按下时，单片机该端口为“0”，单片机通过对此端口逻辑“0”判断，来完成按键的识别，达到数据的输入，功能的实现。从这一过程可知，完成任务需要单片机很多 I/O 口，花费了很多 CPU 资源，此种方案不可取。方案二：矩阵键盘。矩阵键盘，这里采用 4X4 矩阵键盘，一共有 16 组情况，实现的方法也是利用单片机
15、的 I/O 口，4X4 正好用到了单片机一个端口。采用这种方案既节约资源又方便，而且能够满足本设计的需要。综上所述，在本设计中我们采用方案二。3、显示电路模块的选择显示电路的主要任务是反应出操作结果和相关停车时间与价格的信息。根据此，有四种方案可完成这一工作。方案一：可用七段共阳极 LED 数码显示，将停车时间、金额等显示出来。采用动态扫描显示方式，将多个 LED 数码管的段选线并联在一起，由一个 8 位 I/O 口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的 I/O 口线控制，实现各位的分时选通。当然，其发光数码管价格较便宜，可节约成本，但在停车场中应用，所需数码管较多，操作麻烦，并且不直观，更
16、无商业优势可言。方案二：用 LED 数码管矩阵方式显示。这种方案的原理和方案一都差不多，用16X16 点阵排列，将字型分成上下两个半部，上下半部皆为 16 列，每列用一个字节表示（8 个点），因此，每个字需要 32 个字节来表示。当然这样就可以显示汉字，但是和单片机相连比较复杂，本系统要许多块这样的 16X16 点阵，同时这种 LED 点阵方式显示，造价较高，作为本电路，也是不可取。方案三：采用带中文字库的 LCD 液晶显示器来完成显示，这种显示器作为本系统设计，固然最好，但考虑到系统成本的问题，带中文字库的 LCD 一般都比较贵，采用这种方案，势必会增加设计成本。方案四：采用两行字符型显示器
17、 3。这种显示器，用英文显示相关信息，价格适中，操作也方便，作为本设计是最合适不过。因此，结合上述方案，在本设计中，我们采用两行字符型 1602 显示器。4、存储器电路模块的选择存储器的作用在本设计中主要起到用户信息的存储，和最后车辆的出入信息的存贮。完成这一项工作方案也是多种多样的，下面将一一介绍。毕业设计( 论文)- 5 -方案一：用紫外线存储器 ROM，这个操作不太方便，由于本系统中的数据是不断变化的，因此这种方案不可取。方案二：用海量存贮器来完成，掉电后信息不会掉失。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统中编程、擦除等特点。但是，同时和本系统中的单片机不容易实现接口，数
18、据线和地址较复杂，价格也比较贵。方案三：选用美国 Microchip 公司生产的 AT24C02 芯片，体积小巧并且采用特殊的工作时序，绝不会误写成功，具有高度的可靠性。其掉电可保存数据，用 I2C 总线进行操作，因此需用的单片机端口较少，占用 CPU 资源较少，同时价格也不贵，唯一不足之处就是存贮器量没有海量存贮器大。根据上述三种方案，我们兼顾容量、价格和可操作性，选用第三种方案。5、IC 卡的选择目前经常接触到的 IC 卡有两种：接触式的和非接触式的 IC 卡。方案一：接触式的 IC 卡。它通过机械触点从读写器获取能量和交换数据。目前在社会上常见的是接触式 IC 卡。它具有保密功能强，存储
19、量大，可实现一卡多用。但是，这类卡的读写操作速度较慢，操作也不方便，每次读写时必须把卡正确地插入到读写器的日槽才能完成数据交换，如此，在公交、考勤等需要频繁读写卡的场合就不很方便，而且读写器的触点和卡片上 IC 卡的触脚暴露在外，容易损坏和搞脏而造成接触不良 4。方案二：非接触式 IC 卡。非接触式 IC 卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以又称射频卡。以下叙述非接触式 IC 卡的主要特点： 可靠性高、使用寿命长、维护成本低。非接触式 IC 卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。此外，非接触式卡表面无裸露芯片，无须担心静电击穿，芯片脱落，弯曲损坏等问题，适
20、应各种恶劣环境，大大增加卡片的使用寿命。 高抗扰能力、防冲突。非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，读写器可以同时处理多张卡，提高了应用的并行性，无形中提高系统工作速度。 加密性能好、安全可靠。非接触式卡的每张卡都具有全球唯一的序列号，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不可再更改，可为第一用户设置卡与读写设备相对应的唯一的密钥，卡与读写器之间采用双向验证机制，同时 IC 卡也验证读写器的合法性 5。 应用极广泛。接触式卡的存储器结构特点使它可以一卡多用，可应用于不同的场合、不同的系统。用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。同一张卡片经个性化处理后，毕业设计( 论
21、文)- 6 -既可作为工作证、巡更卡、胸卡、门禁钥匙卡，也可作为企业内部食堂、咖啡厅和其它消费用的电子钱包，并可进行企业内部医疗管理、停车管理等诸多功能，真正实现一卡通管理。目前我国引进的射频 IC 卡主要有 PHILIPS 公司的 Mifare 和 ATMEL 公司的Temic 卡。根据课题要求，本系统选择非接触式 IC 卡。6、时钟芯片的选择方案和论证方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，用起来比较方便，但其缺点是精度不高，设置时间间隔不当、CPU掉电等都会影响时钟的正常运行。方案二：采用 DS1302 时钟芯片实现时钟，DS1302 芯片是
22、一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，工作电压 2.5V5.5V 范围内，2.5V时耗电小于 300nA6。会增加硬件开支，但是精度高。本设计对时间精度要求较高，刷卡时要记录刷卡的时间，在此选用体积小、接口简单的实时时钟芯片 DS1302。2.3 工作原理本系统的工作原理是利用非接触式 IC 卡，在车辆进入和外出时记录时间差值，计算出停车费用，费用计算公式：（外出时间进入时间）价格=应收费用。在入口处，对于持卡的车辆，需将卡插入读写机，确认有效后，才允许进入，并且记录进入时的时间。在出口处，持卡的车辆，将卡插入读写器，出口管理处同样启动计价程序，同时在显示屏上给予显示本次停车的时间，停车的收费标准，以及本次应缴纳的费用，系统自动扣减停车费用，并予以放行 7。系统各模块的作用如下： 非接触式 IC 卡：相当于门的钥匙，它是通过磁力线圈产生感应电流向读卡器发射卡内信息，完成读卡操作的。 读卡器：它与单片机相连，通过单片机对读出的卡内信息进行处理，只要有非接触式 IC 卡进入读卡器射频能量范围，读卡器便通过射频信号与 IC 卡通信，读取卡中数据，并将其送给单片机处理。 DS1302：记录进出停车场的时间，由此记录出停车的时间。 1602：对时间和金额进行显示。 存储器芯片：用以存储消费金额、消费时间等用户信息。
