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          基于DS1302的智能停車收費系統設計介紹|壹芯微

          返回列表來源:壹芯微 發布日期 2022-03-07 瀏覽:-

          基于DS1302的智能停車收費系統設計介紹|壹芯微

          目前,在國內很多大中型誠實,日益增多的汽車數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象屢見不鮮;由于目前的房地產價格不斷攀升,在有的住宅小區,開發商為了節約面積,停車場的建設數量遠不能滿足業主汽車的停放,于是私家汽車就隨意停放在道路兩側,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,實現一個智能自助停車收費系統,對汽車的安全停放提供科學管理。

          1.設計原理

          本設計利用射頻IC卡讀寫方便,靈敏度高,保密性好,應用程序編寫簡單的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,設計而成的新型、廉價、智能的自助停車收費系統,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,集成在系統內部的單片機在實時時鐘芯片DS1302的協助下,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(出現故障現象除外),不僅節約了人力成本,節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.系統硬件設計

          2.1系統各模塊功能介紹

          智能停車收費系統框圖

          圖1 智能停車收費系統框圖

          如圖1所示,智能停車收費系統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

          作為系統的調度中心,負責協調各個模塊之間有序工作,如:對IC卡片進行數據讀寫,向門閘驅動電路發出控制命令等。

          2.1.2讀卡器和用戶IC卡

          IC卡讀卡器結構圖

          圖2 IC卡讀卡器結構圖

          這一模塊與公交刷卡系統相同,如圖2所示,主要負責讀取用戶IC卡中的信息,并通過讀卡器內部的I/O與單片機實現數據雙向傳輸。讀卡器內部集成有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,用于協調各子模塊有序運轉,如:通過天線和射頻模塊從RFIC卡中讀取卡片數據到緩存器,將緩存器中的新數據寫入到IC卡,以及通過I/O與外部單元完成雙向通信。在實際應用中,為了穩定可靠,一般可以在市場上購買現成的讀卡器模塊,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),它將射頻識別技術和大規模集成電路技術結合起來,通過無線方式傳輸能量和數據,解決了卡內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、應用范圍廣,對網絡要求低等特點外,還有其獨特的優點:

          (1)應用的可靠性高。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據的傳送,不需進行機械接觸,大大減少了隨使用時間的增加而導致的接觸不良,從而避免了由于接觸操作使系統產生的各種故障(如插拔卡、外物插入、灰塵等導致的應用終端故障),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,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(根據不同的讀卡設備可能有所不同)。

          2.1.3實時時鐘芯片DS1302

          DS1302接口圖

          圖3DS1302接口圖

          在整個系統中,處了讀卡器外,精準、穩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控帶來不便。本設計中采用美國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,且具有閏年補償等多種功能。在測量控制系統中,特別是長時間無人職守的測控系統中,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。

          DS1302命令字格式

          圖4DS1302命令字格式

          如圖4所示,是DS1302的控制命令字結構,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據,為1表示存取RAM數據;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,控制字節總是從最低為開始輸出。

          DS1302讀寫時序圖

          圖5DS1302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下降沿完成數據的讀取;如果是寫操作,在時鐘的上升沿完成數據或命令的寫入。表1中列出了日立和時鐘各寄存器的控制命令和內容。

          DS1302日歷、時鐘寄存器及其控制字

          2.1.4液晶顯示和鍵盤

          LCD顯示根據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。鍵盤使用4×4行列式鍵盤或者簡易的按鍵式鍵盤,主要用于系統故障時復位和時間校準等情況。同時,也會預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控收費系統的運行情況,必要時通過上位機,直接控制電動門閘的開關和鎖定電動門閘。

          2.1.7門閘驅動和電動門閘

          門閘驅動由繼電器組組成,當單片機發出開關門指令時,這些繼電器就相應的閉合和打開,用來控制電機的正反向運轉和停止,進而電動道閘的打開和關閉。

          2.2系統工作過程

          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,IC卡通過電磁感應從讀卡器獲得瞬間能量,并將卡片信息反饋給讀卡器。系統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!”,并在液晶屏上卡內顯示余額和刷卡失敗信息,保持門閘關閉。

          2.2.2出停車場

          當該用戶出停車場時,再次刷卡,系統再次記錄時間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據判斷,進行相應操作:

          (1)如果卡內余額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,再次關閉門閘;

          (2)如果余額Balance

          3.系統軟件設計

          3.1系統主程序流程

          如圖6所示,系統主程序按照此圖依次進行,如遇特殊情況系統出現故障,可由值班人員手動復位,系統重新啟動。如遇到車主IC卡片出現余額不足等情況,由值班人員協助解決。

          系統主程序流程

          圖6系統主程序流程

          3.2DS1302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據,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,時間數據會丟失,此時重新上電或初次安裝使用時,需要重新設置時間,否則芯片不會走時。

          DS1302程序流程圖

          圖7DS1302程序流程圖

          結束語

          (1)本設計控制系統由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控制,這些均屬于常規低廉的集成器件,因此,總體價格低廉;

          (2)控制系統體積小,所有器件均集成在一個安裝盒內,只預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)可廣泛應用于商場、小區、企事業單位等公共場所的停車場,既節約人力資源,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穩定,經過完善后可以考慮量產。

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