基于非接触式IC卡的移动式车辆感应读卡器的设计

冯明发 卢锦川

(1、深圳职业技术学院，广东 深圳 518055 2、中国联通北海分公司，广西 北海 536000）

1 引言

现有的车辆在进入小区或停车场时，需取用住宅区车辆管理IC卡或停车场用IC卡，出入需要将该IC卡放置读卡器前进行感应刷卡。现有的读卡器，其设置于闸道边，所以车辆过闸时慢速靠近暂停，待感应完毕后离开。但是，往往有些驾驶人员在靠近时为了避免擦碰，导致停车较远，伸手后也无法持卡感应，只能开车门下车感应刷卡。这样给驾驶人员带来了不便，同时也影响过闸速度，导致车辆过闸拥挤。

本文在综合分析上述存在问题之后，综合运用地感，红外定位，超声波测距，单片机控制等技术，设计了一种基于非接触式IC卡的移动式车辆感应读卡器，其采用传动部带动读卡盒移动，从而自动调节读卡盒与驾驶人员的距离，避免停车较远而无法车内手持感应刷卡，具有识别度高、智能、人性化、使用方便、可扩展性好等特点，有很好的开发应用价值。

随着对企事业单位，住宅小区、公共停车场的车辆管理水平要求的提高，为使车辆进出方便、快捷、安全，采用高科技产品实现车辆智能管理是发展的必然趋势。

2 读卡器整体设计

2.1 读卡器结构框图及功能描述

该新型移动式车辆感应读卡器包括主体及设置于该主体上的读卡盒；所述主体包括承载部、控制部及传动部；所述传动部与所述读卡盒相连，并带动所述读卡盒移动；本读卡装置还包括与所述控制部相连的地感机构和测距机构，读卡器的结构如图1所示。工作原理为：地感机构采集信号，得知是否有车辆要求进入停车场；超声波感测车辆的位置信号；红外感测车辆内的人体信号，以上信号均传输至控制部，经过运算确定车辆与所述读卡盒之间的距离、人体与所述读卡盒之间的距离，进而产生相应的信号控制传动部进行读卡器的灵活移动，完成驾驶人员无需下车，轻松刷卡出入的便捷。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：采用传动部调节读卡盒与驾驶人员的距离，从而方便车内伸手持卡感应。另外，利用红外感测机构确定驾驶人员离读卡盒的距离、超声波感测机构确定车辆与读卡盒的距离，从而合理改变驾驶人员与读卡盒的距离，不会太近易擦碰，亦不会太远需费劲伸手操作，很好的实现了车辆的进出方便、快捷、安全。

图1 移动式车辆感应读卡器结构框图

2.2 控制部分介绍

单片机系统是控制部12的核心，它完成地感信号、测距信号的读入及分析、射频卡号的读入及分析、传动部13的控制等功能，根据本系统的功能要求和性价比的综合考虑，我们采用ATMEL公司AVR系列单片机的Atmega16L作为主控芯片，它是基于RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，具有以下特点：

图2 无转动机构读卡器的结构示意图

图3 含转动机构读卡器的结构示意图

2.2.1 数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

2.2.2 AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器，所有的寄存器均直接与运算逻辑单元相连，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器，大大提高了代码效率，具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。

2.2.3 具有使用寿命为10000次擦写循环的16K字节可编程Flash，以及读写寿命至少为10万次的E2PROM数据存储器。

2.2.4 可对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。

可见，该款单片机便于新产品开发，高速度、高保密性，低功耗，抗干扰能力强，是一款符合本设计的性价较高的单片机。

2.3 非接触式IC卡

非接触式IC卡又称射频卡，在卡片靠近读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作，从而达到自动识别物体的目的。它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破，与接触式IC卡相比较，非接触式IC卡具有以下优点：可靠性高，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；操作方便、快捷，由于使用射频通讯技术，读写器在10cm范围内就可以对卡片进行读写，没有插拔卡的动作；全防冲突，非接触式IC卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前己将此序列号固化，不可更改。世界上没有任何两张卡的序列号会相同。非接触式IC卡读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡也验证读写器的合法性。IC卡具有方便、实用、经济等特点，适合用于车辆识别。

3 实例分析

传动部为该移动式车辆感应读卡器的关键部分，在实际应用中，传动部可设计为仅含线性移动机构，或转动机构加线性移动机构的结构，分别如图2，3所示。两种结构原理类似，下面结合图例，以含转动机构读卡器为例，说明具体实现方式及工作原理。

如图3所示，是传动部13包括所述传动部包括转动机构和线性移动机构的结构示意图。所述线性移动机构包括转动设置于所述主体上的第二导轨120、与所述第二导轨120相配合的第二导杆121，所述读卡盒2固定于所述第二导杆121的外端；顺着所述第二导杆121的延伸方向设置有第二齿条122，固定于所述第二导轨120上的第二移动电机123经传动齿轮与所述第二齿条122相啮合，固定于所述主体1上的转动电机124驱动经传送机构与所述第二导轨120相连，并带动该第二导轨120转动。

其工作原理是：读卡盒2根据其前方停车情况，自动不定向伸缩移动。当地感机构3感测出有车辆进入闸道口，超声波感测机构42检测车辆与读卡盒之间的距离，红外感测机构41检测最近人员离读卡盒的距离，若检测距离与控制部内预存储的有效距离相符，即在一定范围内，人员伸手能够刷卡操作，则读卡盒保护不动，待人员自已伸手刷卡；若检测距离为控制部内预存储的无效距离，即人员位于车内伸手无法操作的处境，此时读卡盒向前方移动，缩小读卡盒与人员两者之间的距离，从而使读卡盒位于人手可操作的范围内。

当控制部判断读卡盒需移动时，首先确定其移动的方向，即车辆人员与读卡盒正前方之间的夹角，这样控制部向转向电机发出信号，由转向电机输出带动第二导轨转动相应的角度，使读卡盒正对着车内人员；控制部向第二移动电机输出信号，由其经第二齿条带动第二导杆移动，即实现位于第二导杆外端的读卡盒正对车内人员移动。

本实用新型采用传动部调节读卡盒与驾驶人员的距离，从而方便车内伸手持卡感应。另外，利用红外感测机构确定驾驶人员离读卡盒的距离、超声波感测机构确定车辆与读卡盒的距离，从而合理改变驾驶人员与读卡盒的距离，不会太近易擦碰，亦不会太远需费劲伸手操作。

4 结束语

随着对企事业单位，住宅小区、公共停车场的车辆管理水平要求的提高，为使车辆进出方便、快捷、安全，采用高科技产品实现车辆智能管理是发展的必然趋势，本文本系统是射频识别和自控技术对传统停车场管理系统读卡器的拓展，在实际试用中起到了很好的智能管理效果，使车辆进出方便、快捷、安全，同时系统有很好的扩展性和移植性，只须进行简单的电路增改，即可对现有的停车场系统进行优化应用，该设计的原理和思想可用于其他读卡器系统，具有较高的应用价值。

[1]董加敏.停车场管理系统的设计与优化[J].河南师范大学学报:自然科学版,2007,35(1):190-193.

[2]蒋兴加.分布式智能停车场系统设计[J].电工技术,2005(5):21-22.

[3]Atmel Electronics.8-bit AVR Microcontroller with 16K Bytes In-System Programmable Flah ATmega16L[R]2466e-10/02,2001:1-21.

[4]蔡纪鹤,赵德安,孙鑫.智能小区停车场管理系统的设计[J].电气应用,2008,27(15):59-62.

[5]高洁.基于非接触式IC卡的大型停车场管理系统的研究 [D].山东:山东科技大学,2006:9-13.

[6]罗小宾,殷国富,智能停车场管理系统关键技术研究及实现 [J].计算机工程,2003,29(4):137-139.