自行車射頻卡鎖具的控制體系
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本文作者：沈兆奎、張凱、劉艷玲、張建、陳思 單位：天津理工大學機械工程學院
0引言
自行車在我國是人們主要的交通工具，以往的自行車擁有者們主要采用攜帶式的鎖具來保障自行車的安全，但其效果相對較差，并不能很好的起到保護作用，時常發生連車帶鎖一起被偷的情況，而且這種存儲方式也帶來了一些資源的浪費。有的人為了防止自行車被偷把自行車與周圍一些固定的物體鎖在一起，不僅影響了周圍的環境，也給人們的生活帶來了諸多不便。隨著越來越多的自行車被盜的情況發生，怎樣解決這一社會頑疾成了大家關注的話題[1]。為了解決這個問題，我們研制了一種自行車自動存管鎖具。
1自行車自動存管鎖具的結構特點
自行車種類繁多,形狀各異,只是幾何尺寸有24、26、28等規格標準[2]。因此設計自行車自動存管鎖具應適用于各種尺寸，其結構圖如圖1所示。該裝置包括一個固定基座，基座上設置了一個立柱式密碼控制系統電子電路硬件柜，以及N個中空結構立樁，在結構立柱上部各安裝有一個轉動鎖桿，轉動鎖桿位于結構立柱內，轉動軸上設置有一個固定銷孔并與由機電執行元件控制的銷軸配合。具體特點是：1）鎖車裝置的結構件采用較大型的結構型材，截面尺寸大、剛度和強度都非常高，鎖定裝置為電驅動內藏式結構，極大地提高了防破壞性能2）每個存車單元由機座通過焊接固聯成組整體固定在地面上，從而更進一步杜絕了連車帶鎖一起被盜的可能性3）在開鎖方法上采用了目前最先進的IC卡加計算機控制系統，身份唯一、防盜開鎖的能力強4）立柱式密碼控制系統中的密碼控制系統設有IC卡讀寫器，該IC卡讀寫器與單片機系統連接。單片機系統通過N個輸出端連接并控制N路機電執行元件，同時通過N個輸入端接受N路機電執行元件反饋的狀態信號。實現了多輛自行車同時存取，互不干擾。
2自行車自動存管鎖具的控制系統
2.1鎖具的控制系統硬件組成
本系統由AT89S52為核心，借助IC卡的讀寫模塊來完成對射頻卡的讀寫，實現人機交互。射頻卡又稱非接觸式IC卡、感應卡，是近幾年普及的一項新技術，它是在CPU卡的基礎上增加了射頻收發電路，成功地將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破[3]。本系統通過按鍵電路與顯示電路完成對IC卡所存儲信息及其操作的指示，借助蜂鳴器來提示其操作完成，并結合AT89S52單片機通過對數據的處理，從而完成對繼電器的控制，以此達到控制車鎖的目的。其控制系統組成如圖2所示。當有IC卡進入到指定的讀卡范圍內會將本卡所存儲的信息傳遞給單片機，單片機會對此卡所存儲的信息進行處理，并在顯示器上顯示此卡所要進行的下一步的操作，顯示器采用HD7279A驅動八位共陰極數碼管。HD7279A是一片具有串行接口，可同時驅動8位共陰極數碼管的智能顯示驅動芯片，無需外圍電路，只需要外接少量的電阻等，即可構成完善的接口電路[4]。其結構簡單、性能穩定、操作方便。用戶通過對顯示器顯示的操作對本卡的信息進行更改，單片機將更改后的信息存入存儲卡，存儲卡是IC卡的一種，是一種以可電擦除的可編程內存（EEPROM）為核心的IC卡，能夠多次使用[5]。此時單片機同時對更改后的信息進行相應的處理，隨后車鎖發出控制信號以此來達到控制車鎖開關的目的。車鎖由繼電器、電磁鐵等部分組成，當單片機給發出控制信號時，通過光耦控制電路控制繼電器的關斷，從而控制車鎖中得電磁鐵通入電壓的關斷，達到控制車鎖的目的。當繼電器關斷時，電磁鐵輸入電壓關閉，車鎖閉合。當繼電器導通時，電磁鐵輸入電壓導通，車鎖斷開。
自行車自動存管鎖具操作起來非常容易，可靠性強，安全性高，其工作流程如圖3所示。當用戶首次持卡存車時，存儲器并未記錄此卡信息，顯示器上只會顯示“存車”的操作步驟，此時用戶需先將自己的車子放在指定的空余車位上并將車鎖閉合放好，系統會給出開啟的車位號，然后用戶再在顯示器上看自己的車位號是否與自己所放的位置號相同，檢查無誤后按確定鍵，此時單片機會將此卡的卡號等信息存入存儲器并向車鎖發出信號將車鎖閉合，此時用戶需人為檢查車鎖是否閉合，檢查無誤后方可離開。當有用戶存儲信息時，顯示器顯示“取車”，使用者按確定按鈕，系統給出與該射頻卡號連結的存車位號，使用者再次按確定按鈕系統便將此存車位打開并將本存車位號與該射頻卡號的連結取消，表示此車位存有該卡號持有者的車子已被取走。當有用戶存儲信息時，顯示器顯示“取車”，使用者按否定按鈕（“否”按鈕），則系統顯示“存車”，使用者按確定按鈕（表明使用者要再次存放另一輛車）系統給出一個空余存車位號，使用者按確定按鈕系統便將此空余存車位打開并將本存車位號與該射頻卡號連結，表示此車位存入該卡號持有者的另一輛車子。2.3鎖具控制軟件的流程本系統由刷卡端模塊、管理端模塊、微控芯片控制模塊以及通信模塊成組[6]。其程序采用C51語言編寫，通過Keil軟件進行調試和仿真。為了直觀清楚，我們采用流程圖語言來說明系統控制程序流程，根據上述自行車自動存管鎖具的系統工作流程，其控制程序流程如圖4所示。
3結束語
本文所設計的自動存管鎖具以增強存車的安全性為出發點，融入了IC卡、單片機和電磁鐵，有較好的實際使用價值。通過IC卡存取自行車，實現了身份唯一性；利用單片機直接控制電磁鐵的開關，實現了快速開鎖，節約了存取自行車的時間。設計的系統滿足現實操作的需要，運行良好，取得了預期的成果。
