基于非接觸式IC卡的移動式車輛感應讀卡器的設計

馮明發 盧錦川

(1、深圳職業技術學院，廣東 深圳 518055 2、中國聯通北海分公司，廣西 北海 536000）

1 引言

現有的車輛在進入小區或停車場時，需取用住宅區車輛管理IC卡或停車場用IC卡，出入需要將該IC卡放置讀卡器前進行感應刷卡。現有的讀卡器，其設置于閘道邊，所以車輛過閘時慢速靠近暫停，待感應完畢后離開。但是，往往有些駕駛人員在靠近時為了避免擦碰，導致停車較遠，伸手后也無法持卡感應，只能開車門下車感應刷卡。這樣給駕駛人員帶來了不便，同時也影響過閘速度，導致車輛過閘擁擠。

本文在綜合分析上述存在問題之后，綜合運用地感，紅外定位，超聲波測距，單片機控制等技術，設計了一種基于非接觸式IC卡的移動式車輛感應讀卡器，其采用傳動部帶動讀卡盒移動，從而自動調節讀卡盒與駕駛人員的距離，避免停車較遠而無法車內手持感應刷卡，具有識別度高、智能、人性化、使用方便、可擴展性好等特點，有很好的開發應用價值。

隨著對企事業單位，住宅小區、公共停車場的車輛管理水平要求的提高，為使車輛進出方便、快捷、安全，采用高科技產品實現車輛智能管理是發展的必然趨勢。

2 讀卡器整體設計

2.1 讀卡器結構框圖及功能描述

該新型移動式車輛感應讀卡器包括主體及設置于該主體上的讀卡盒；所述主體包括承載部、控制部及傳動部；所述傳動部與所述讀卡盒相連，并帶動所述讀卡盒移動；本讀卡裝置還包括與所述控制部相連的地感機構和測距機構，讀卡器的結構如圖1所示。工作原理為：地感機構采集信號，得知是否有車輛要求進入停車場；超聲波感測車輛的位置信號；紅外感測車輛內的人體信號，以上信號均傳輸至控制部，經過運算確定車輛與所述讀卡盒之間的距離、人體與所述讀卡盒之間的距離，進而產生相應的信號控制傳動部進行讀卡器的靈活移動，完成駕駛人員無需下車，輕松刷卡出入的便捷。

相較于現有技術，本實用新型的有益效果是：采用傳動部調節讀卡盒與駕駛人員的距離，從而方便車內伸手持卡感應。另外，利用紅外感測機構確定駕駛人員離讀卡盒的距離、超聲波感測機構確定車輛與讀卡盒的距離，從而合理改變駕駛人員與讀卡盒的距離，不會太近易擦碰，亦不會太遠需費勁伸手操作，很好的實現了車輛的進出方便、快捷、安全。

圖1 移動式車輛感應讀卡器結構框圖

2.2 控制部分介紹

單片機系統是控制部12的核心，它完成地感信號、測距信號的讀入及分析、射頻卡號的讀入及分析、傳動部13的控制等功能，根據本系統的功能要求和性價比的綜合考慮，我們采用ATMEL公司AVR系列單片機的Atmega16L作為主控芯片，它是基于RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器，具有以下特點：

圖2 無轉動機構讀卡器的結構示意圖

圖3 含轉動機構讀卡器的結構示意圖

2.2.1 數據吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可減緩系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

2.2.2 AVR內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器，所有的寄存器均直接與運算邏輯單元相連，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器，大大提高了代碼效率，具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數據吞吐率。

2.2.3 具有使用壽命為10000次擦寫循環的16K字節可編程Flash，以及讀寫壽命至少為10萬次的E2PROM數據存儲器。

2.2.4 可對鎖定位進行編程以實現用戶程序的加密。

可見，該款單片機便于新產品開發，高速度、高保密性，低功耗，抗干擾能力強，是一款符合本設計的性價較高的單片機。

2.3 非接觸式IC卡

非接觸式IC卡又稱射頻卡，在卡片靠近讀寫器表面時即可完成卡中數據的讀寫操作，從而達到自動識別物體的目的。它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，與接觸式IC卡相比較，非接觸式IC卡具有以下優點：可靠性高，非接觸式IC卡與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產生的各種故障；操作方便、快捷，由于使用射頻通訊技術，讀寫器在10cm范圍內就可以對卡片進行讀寫，沒有插拔卡的動作；全防沖突，非接觸式IC卡的序列號是唯一的，制造廠家在產品出廠前己將此序列號固化，不可更改。世界上沒有任何兩張卡的序列號會相同。非接觸式IC卡讀寫器之間采用雙向驗證機制，即讀寫器驗證IC卡的合法性，同時IC卡也驗證讀寫器的合法性。IC卡具有方便、實用、經濟等特點，適合用于車輛識別。

3 實例分析

傳動部為該移動式車輛感應讀卡器的關鍵部分，在實際應用中，傳動部可設計為僅含線性移動機構，或轉動機構加線性移動機構的結構，分別如圖2，3所示。兩種結構原理類似，下面結合圖例，以含轉動機構讀卡器為例，說明具體實現方式及工作原理。

如圖3所示，是傳動部13包括所述傳動部包括轉動機構和線性移動機構的結構示意圖。所述線性移動機構包括轉動設置于所述主體上的第二導軌120、與所述第二導軌120相配合的第二導桿121，所述讀卡盒2固定于所述第二導桿121的外端；順著所述第二導桿121的延伸方向設置有第二齒條122，固定于所述第二導軌120上的第二移動電機123經傳動齒輪與所述第二齒條122相嚙合，固定于所述主體1上的轉動電機124驅動經傳送機構與所述第二導軌120相連，并帶動該第二導軌120轉動。

其工作原理是：讀卡盒2根據其前方停車情況，自動不定向伸縮移動。當地感機構3感測出有車輛進入閘道口，超聲波感測機構42檢測車輛與讀卡盒之間的距離，紅外感測機構41檢測最近人員離讀卡盒的距離，若檢測距離與控制部內預存儲的有效距離相符，即在一定范圍內，人員伸手能夠刷卡操作，則讀卡盒保護不動，待人員自已伸手刷卡；若檢測距離為控制部內預存儲的無效距離，即人員位于車內伸手無法操作的處境，此時讀卡盒向前方移動，縮小讀卡盒與人員兩者之間的距離，從而使讀卡盒位于人手可操作的范圍內。

當控制部判斷讀卡盒需移動時，首先確定其移動的方向，即車輛人員與讀卡盒正前方之間的夾角，這樣控制部向轉向電機發出信號，由轉向電機輸出帶動第二導軌轉動相應的角度，使讀卡盒正對著車內人員；控制部向第二移動電機輸出信號，由其經第二齒條帶動第二導桿移動，即實現位于第二導桿外端的讀卡盒正對車內人員移動。

本實用新型采用傳動部調節讀卡盒與駕駛人員的距離，從而方便車內伸手持卡感應。另外，利用紅外感測機構確定駕駛人員離讀卡盒的距離、超聲波感測機構確定車輛與讀卡盒的距離，從而合理改變駕駛人員與讀卡盒的距離，不會太近易擦碰，亦不會太遠需費勁伸手操作。

4 結束語

隨著對企事業單位，住宅小區、公共停車場的車輛管理水平要求的提高，為使車輛進出方便、快捷、安全，采用高科技產品實現車輛智能管理是發展的必然趨勢，本文本系統是射頻識別和自控技術對傳統停車場管理系統讀卡器的拓展，在實際試用中起到了很好的智能管理效果，使車輛進出方便、快捷、安全，同時系統有很好的擴展性和移植性，只須進行簡單的電路增改，即可對現有的停車場系統進行優化應用，該設計的原理和思想可用于其他讀卡器系統，具有較高的應用價值。

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