【正文】 are and software. The hardware part takes 89C51 microcontroller as the core,which can achieve throughput of RF card by control card system uses RC500 as RF chip which can realize read and write process. This paper also extends the DS1302， MAX232 chip to realize the realtime clock， system munication software design of the main flow chart which can realize each function . The system automatically sends the card when the button is pressed, while information will be written to the card . The system can ease the traffic pressure in the very great degree, which brings great convenience to the staff charge. Keyword： 89C51microcontroller； RF card； Antenna design； nonvolatile memorizer 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 1 1 前 言 高速公路自動(dòng)發(fā)卡機(jī)的背景和意義 近些年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展和車(chē)輛數(shù)量的不斷增加，高速公路收費(fèi)站在車(chē)流量較大的情況下時(shí)常出現(xiàn)擁堵。系統(tǒng)還擴(kuò)展了DS130 MAX232 等芯片實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、系 統(tǒng)通訊等功能。 39 附 錄 37 謝 辭 34 5 系統(tǒng)調(diào)試 32 存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 30 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì) 28 讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì) 21 4 軟件設(shè)計(jì) 自動(dòng)發(fā)卡機(jī)整體模塊設(shè)計(jì) 9 電路設(shè)計(jì) 9 芯片選擇 2 2 非接觸式 IC 卡的介紹 概述 Ⅳ 1 前 言 高速公路自動(dòng)發(fā)卡機(jī)的背景和意義 Ⅲ ABSTRACT 4 非接觸式 IC 卡的技術(shù)原理 7 單片機(jī)的選擇 7 單片機(jī)模塊設(shè)計(jì) 24 PC 機(jī)與單片機(jī)之間的通信設(shè)計(jì) 24 單片機(jī)與發(fā)卡機(jī)的通信設(shè)計(jì) 38 參考文獻(xiàn) 40 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 III 摘 要 隨著車(chē)輛數(shù)的不斷增加，高速公路人力收費(fèi)效率低的問(wèn)題日益凸現(xiàn)，并影響到道路的暢通和正常運(yùn)行。軟件規(guī)劃了系統(tǒng)主流程圖，實(shí)現(xiàn)了各自程序的功能設(shè)計(jì)。這不僅增加了收費(fèi)站車(chē)輛的延誤時(shí)間，而且增大了車(chē)輛的運(yùn)行成本，還增加了汽車(chē)尾氣的排放。每個(gè)入口車(chē)道可減少幾名收費(fèi)員，從而減少直接費(fèi)用。 (4)實(shí)現(xiàn)車(chē)道間卡 的直接周轉(zhuǎn)，大量減少系統(tǒng)用卡量。 (7)取消收費(fèi)亭、收費(fèi)島，可以綠化、美化環(huán)境。從收費(fèi)管理工作本身來(lái)說(shuō)，自動(dòng)發(fā)卡裝置對(duì)外起到一定的堵漏功能，對(duì)內(nèi)節(jié)約開(kāi)支也有其增收作用。采用非接觸式 IC 卡作為識(shí)別介質(zhì)； 可使用通訊控制發(fā)卡器發(fā)卡； 本文的主要研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)流程 針對(duì)目前大部分高速公路收費(fèi)系統(tǒng)存在的系統(tǒng)收費(fèi)介質(zhì)落后或依靠人力導(dǎo)致高速公路運(yùn)行欠流暢而且浪費(fèi)人力資源的問(wèn)題，本文提出了一種以非接觸 IC卡為收費(fèi)介質(zhì)，通過(guò)自動(dòng)發(fā)卡機(jī)自動(dòng)發(fā)卡的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。 以非接觸 IC 卡讀寫(xiě)技術(shù)為核心，構(gòu)建一種性能可靠，具有較高性價(jià)比的高速公路自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)，從而更好的提高高速公路運(yùn)行的流暢性。 (4)高速公路自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)軟件編程、調(diào)試。 RFID 技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn)，使其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用 [1]。非接觸性 IC 卡本身是無(wú)源卡，當(dāng)讀寫(xiě)器對(duì)卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，讀寫(xiě)器發(fā)出的信號(hào)由兩部分疊加組成 :一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與本身的 L/C產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。相對(duì)磁卡安全可靠（數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)，加密讀寫(xiě)），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，可以一卡多用，可靠性及壽命比磁卡高，讀寫(xiě)機(jī)構(gòu)比磁卡讀寫(xiě)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 5 維護(hù)較方便。 非接觸 IC 卡。非接觸式 IC 卡中有防沖突機(jī)制 ,能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾 ,可以“同時(shí) ”處理多張非接觸式 IC 卡 ,提高了應(yīng)用的并行性 ,無(wú)形中提高了系統(tǒng)工作速度； (4)可以適應(yīng)于多種應(yīng)用。由于其完全封閉的封裝形式 ,不僅可以防止由于粗暴插卡 ,非卡外物插入 ,灰塵和油污等導(dǎo)致接觸不良 ,而且具有防水汽、防靜電、防震動(dòng)和防電磁干擾的優(yōu)良特性。該系統(tǒng)在公路收費(fèi)站設(shè)有尋呼器、自動(dòng)跟蹤攝像機(jī)及信息綜合處理 系統(tǒng) ,汽車(chē)上裝有非接觸式 IC 卡作為公路付費(fèi)卡 ,付費(fèi)卡中存儲(chǔ)著駕駛員信息、車(chē)輛信息、有關(guān)帳戶或金額 ,該系統(tǒng)具體的工作過(guò)程為 :(1)汽車(chē)以一定速度駛?cè)雽ず羝鞴ぷ鲄^(qū) ,付費(fèi)卡接收到尋呼器的無(wú)線號(hào)； (2)付費(fèi)卡根據(jù)收到信號(hào)處理通行費(fèi)用 ,將反饋信息發(fā)射給尋呼器； (3)尋呼器檢查接收到的反饋信息進(jìn)行判斷 ,如果收費(fèi)正常則放行 ,否則啟動(dòng)自動(dòng)跟蹤攝像機(jī)拍下該車(chē)牌照并將與其有關(guān)的信息一起傳輸?shù)叫畔⒕C合處理系統(tǒng)。為今后的智能公路車(chē)輛管理系統(tǒng)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。非接觸式 IC 卡收費(fèi)系統(tǒng)則能很好地解決以上問(wèn)題 ,不僅具有防灰塵、防水汽、防震動(dòng)、防靜電、防電磁干擾等特性 ,而且其防沖突機(jī)制可以同時(shí)操作多張卡片 ,這在我國(guó)自然環(huán)境條件較差 ,車(chē)輛異常擁擠的情況下 ,更具有實(shí)際意義 ,不僅可使公共汽車(chē)公司完善管理機(jī)制 ,提高經(jīng)濟(jì)效益 ,還可以大大方便乘客。 除此之外 ,非接觸式 IC 卡門(mén)控系統(tǒng)還可以用于加油站、停車(chē)場(chǎng)等場(chǎng)合的門(mén)控和收費(fèi)系統(tǒng) ,使用后可以極大地提高現(xiàn)代化管理水平。可以相信 ,隨著大規(guī)模集成電路和制造工藝的發(fā)展開(kāi)發(fā)工具的日漸成熟 ,非接觸式 IC 卡必將在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 4K字節(jié)可編程閃爍 存儲(chǔ)器 ； 三級(jí) 程序存儲(chǔ)器 鎖定； 5個(gè) 中斷源 ； 單片機(jī)模塊設(shè)計(jì) 1 復(fù)位電路 P89C51RD2 單片機(jī) 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源 VCC 接通時(shí)只要電壓上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。該電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。下面為單片機(jī)震蕩部分原理圖： 圖 單片機(jī)振蕩電路原理圖 讀寫(xiě)模塊的設(shè)計(jì) 芯片的選擇 在讀寫(xiě)模塊的設(shè)計(jì)中，我選擇了 RC500 芯片。載波頻率為 ； 具有內(nèi)部 地址鎖存 和 IRQ 線 ,可以很方便地與 MCU接口； 電路設(shè)計(jì) 射頻識(shí)別是應(yīng)用前景非常廣泛的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)包括讀寫(xiě)器、標(biāo)簽和天線。根據(jù)寄存器的設(shè)定對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 11 得到發(fā)送的信號(hào)。然后數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由微控制器進(jìn)行讀取。為提高讀寫(xiě)距離，所設(shè)計(jì)的天線須在盡可能大的范圍內(nèi)產(chǎn)生所需的電磁場(chǎng)。 2 振蕩電路 MF RC500 內(nèi)部集成了振蕩器緩沖，連接外部的 的石英震蕩晶體，以獲取低相位抖動(dòng)，如下圖所示。 在設(shè)計(jì)中存儲(chǔ)模塊用單片機(jī)與非易失性 24C128 的通信也是通過(guò)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議兼容的 2 線 I2C 總線完成。 DS1302 是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。下面為 DS1302 的引腳圖： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 14 圖 DS1302 引腳圖 時(shí)鐘模塊系統(tǒng)主要由 1 個(gè) DS1302 數(shù)字時(shí)鐘芯片、一個(gè)晶振，還有一個(gè)備用電池組成。 MAX232 是一種把電腦的串行口 RX232 信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的 TTL 信號(hào)點(diǎn)平的芯片。功能是產(chǎn)生 +12V 和 12V兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 MAX232 芯片的引 腳圖如下： 圖 MAX232 引腳圖 MAX232 的工作電源為單電源，為了滿足 RS232 電平要求， MAX232 內(nèi)部有一個(gè)電壓變化電路，與外接的 4 個(gè) 1UF 的電容一起長(zhǎng)生 +10V 或 10V 的工作電源。 （ 2）通過(guò) MAX232 將信號(hào)轉(zhuǎn)化為 TTL/CMOS 電平信號(hào)，以便于單片機(jī)接收。 （ 6） PC 機(jī)接收數(shù)據(jù)。同時(shí)， R1OUT 接單片機(jī)的接受端 RXD 引腳， RS232的發(fā)送端 TD 一定要對(duì)應(yīng)接 R1IN 引腳。 3 至 25 表示邏輯 “1”， +3 至 +25 表示邏輯 “0”，其電平與 TTL 和 CMOS 電平是不同的，所以在通信時(shí)必須進(jìn)行換。只要將待進(jìn)行串行傳輸?shù)脑O(shè)備的發(fā)送和接收端相應(yīng)的接上，編程即可。在這里我用了一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)分配 RS232 通訊口，當(dāng) RXD， TXD分別接 RXD1， TXD1 時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)是和計(jì)算機(jī)通信的。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完畢 后，再把開(kāi)關(guān)撥回來(lái)就可以了。 10 Lower（卡量少） 開(kāi)集電極輸出，低電平有效。從電路中可以看到， 7812 的輸入輸出端都接有電容，而且是一大一小，大容量電容 C17 是低頻濾波作用，小容量電容 C19 是高頻濾波用。它可以解決反向浪涌電流對(duì)穩(wěn)壓 IC 的沖擊。 圖 指示燈電路 語(yǔ)音設(shè)計(jì) 車(chē)輛駛?cè)氚l(fā)卡區(qū)、用戶按鍵取卡，語(yǔ)音喇叭播報(bào)相關(guān)提示。當(dāng) 管腳為高時(shí)，非門(mén)輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。自動(dòng)發(fā)卡機(jī)的物理發(fā)卡過(guò)程是靠電動(dòng)馬達(dá)推動(dòng)卡槽完成卡片的吞吐，在卡機(jī)裝設(shè)相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)設(shè)備。壞卡回收盒用于回收不能讀寫(xiě)的壞卡，避免無(wú)效的通行卡從卡 口發(fā)出，以免司機(jī)誤領(lǐng)無(wú)效入口卡。同時(shí)由于卡片相對(duì)較薄，長(zhǎng)期使用后的卡片會(huì)出現(xiàn)毛刺、粘連、形變等情況。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 22 4 軟件設(shè)計(jì) 以非接觸 IC 卡自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)軟件需求分析內(nèi)容為依據(jù)，將系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為一個(gè)總體功能流程模塊和四個(gè)子功能模塊。如果檢測(cè)到堵卡，則會(huì)自動(dòng)將卡片回收至卡倉(cāng)中；如果自檢正常，則會(huì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)嘗試預(yù)發(fā)卡操作。有三種情況會(huì)導(dǎo)致 ERROR 信號(hào)的輸出：①在發(fā)卡器預(yù)發(fā)卡時(shí)，如果反復(fù)五次均未將卡片發(fā)出，即預(yù)發(fā)卡失敗時(shí)（蜂鳴器響“嘟、嘟、嘟”三短聲）；②當(dāng)發(fā)卡 器檢測(cè)到前向通道中有卡片堵塞時(shí)（蜂鳴器響“嘟、嘟”兩短聲）；③當(dāng)發(fā)卡器檢測(cè)到回收倉(cāng)中卡片已裝滿時(shí)（蜂鳴器響“嘟、嘟、嘟、嘟”四短聲）。因此，若在復(fù)位后仍有 ERROR 信號(hào)輸出，則用戶主機(jī)應(yīng)提醒操作人員檢查發(fā)卡器是否回收倉(cāng)已裝滿或是否有其它故障。 （ 4）發(fā)卡方式設(shè)置。①預(yù)讀發(fā)卡方式， DIP1＝ ON時(shí)，發(fā)卡器為預(yù)讀發(fā)卡方式。在此方式，輸入山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 24 Payout 信號(hào)且 VD 信號(hào)有效時(shí)，發(fā)卡器會(huì)將卡片直接發(fā)送至出卡口，同時(shí)將 OUTOK 信號(hào)置低，直到卡片被取走才將 OUTOK 信號(hào)置高。設(shè)計(jì)思路流程圖如下： 串口發(fā)送指令 來(lái)自 PC 的指令 RS232 TTL 數(shù)據(jù)反饋 數(shù)據(jù)反饋 圖 PC 機(jī)與單片機(jī)通信流程概圖 通訊協(xié)議內(nèi)容為： (1)首先使單片機(jī)處于只接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。 運(yùn)行流程圖如下所示： PC 機(jī) MAX232 單片機(jī) 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 25 圖 PC機(jī)與單片機(jī)之間通信流程圖 PC 機(jī)向單片機(jī)傳輸信息 單片機(jī)反饋信息給 PC 機(jī) 開(kāi)始 初始化 主程序 Y 導(dǎo)出發(fā)卡記錄 卡片寫(xiě)信息 N Y 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論