本科毕业论文高速公路自动发卡控制器(编辑修改稿)

本科毕业论文高速公路自动发卡控制器(编辑修改稿)内容摘要：

反馈信息发射给寻呼器； (3)寻呼器检查接收到的反馈信息进行判断 ,如果收费正常则放行 ,否则启动自动跟踪摄像机拍下该车牌照并将与其有关的信息一起传输到信息综合处理系统。 与现行的多数公路收费系统相比 ,该系统具有以下特点 :不停车收费加快了费速山东建筑大学毕业论文 6 度提高了公路利用率。 工作安全可靠。 管理简单 ,统一收 费 ,避免乱收费和现金交易。 为今后的智能公路车辆管理系统打下了良好的技术基础。 公共汽车自动售票系统。 世界各国一直在寻找一种能较好地完成公共汽车自动售票的技术系统 ,通常接触卡收费系统的缺点为 :(1)收费速度太慢且因不能并行收费而导致上下车堵塞 ,这不仅使公共汽车公司因减少运营次数而蒙受不必要的损失 ,更使乘客怨声载道。 ； (2)频繁的机械接触使车上读写设备非常易于损坏 ,造成维护费用过高和过于频繁 ,从而大大影响正常运营； (3)因为车辆晃动剧烈 ,经常造成收费误操作 ,甚至损坏收费卡或收费设备； (4)车辆内部环境较 差 ,导致收费卡及收费设备经常不能可靠工作。 非接触式 IC 卡收费系统则能很好地解决以上问题 ,不仅具有防灰尘、防水汽、防震动、防静电、防电磁干扰等特性 ,而且其防冲突机制可以同时操作多张卡片 ,这在我国自然环境条件较差 ,车辆异常拥挤的情况下 ,更具有实际意义 ,不仅可使公共汽车公司完善管理机制 ,提高经济效益 ,还可以大大方便乘客。 门禁控制系统。 非接触式 IC 卡门禁控制系统就是利用非接触式 IC 卡代替传统钥匙进行身份识别 ,实现一个单位内部 (或一个建筑内 )的人员进出控制及其它人事管理的系统。 与个人密码式门控系统、磁卡门控系统、指 纹门控系统相比 ,采用了当代较为先进的信息及电子技术 ,具有操作简单、安全性高、集中监控、成本适中、一卡多用等一系列优点 ,已成为现代企业加强管理的重要技术手段 ,是目前国际流行的“智能大厦”技术的重要组成部分。 除此之外 ,非接触式 IC 卡门控系统还可以用于加油站、停车场等场合的门控和收费系统 ,使用后可以极大地提高现代化管理水平。 除了以上的应用 ,非接触式 IC 卡还可应用在电子钱包、无票旅行系统、身份证卡、零售系统、工业自动化系统、设备管理自动化系统等。 非接触式 IC 卡自从出现以来 ,就成为 IC 卡技术的重要发展方向。 由于具有 高可靠的数据传输和极强的防伪保密性 ,更好的应用环境适应性 ,读写设备简单 ,操作速度快等优点 ,其技术和应用发展十分迅速 ,当前在国内应用较少 ,但在国外已开始普及。 可以相信 ,随着大规模集成电路和制造工艺的发展开发工具的日渐成熟 ,非接触式 IC 卡必将在我国各个领域广泛应用。 山东建筑大学毕业论文 7 3 硬件设计 单片机模块设计 单片机的选择 这次高速公路自动发卡控制器的设计，选择了 飞利浦公司的 P89C51RD2 单片机，P89C51RD2 是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除 只读存储器 的低电压、高性能 CMOS8位 微处理器。 下面为 P89C51RD2 单片机的引脚图： 图 P89C51RD2引脚图 P89C51RD2 单片机的主要特点是： 与 MCS51 兼容； 4K字节可编程闪烁 存储器 ； 寿命： 1000 写 /擦循环； 数据保留时间： 10 年； 全静态工作： 0Hz24MHz； 三级 程序存储器 锁定； 128*8 位内部 RAM； 山东建筑大学毕业论文 8 32可编程 I/O 线； 两个 16位 定时器 /计数器； 5个 中断源 ； 可编程串行通道； 低功耗的闲置和掉电模式； 片内振荡器和 时钟电路。 单片机模块设计 1 复位电路 P89C51RD2 单片机 的复位是由外部的复位电路来实现的。 复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期中，斯密特触发 器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。 下面是单片机复位电路的原理图： 图 单片机复位电路原理图 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，但由于上电自动复位电路比较简单方便，所以在此次试验中采用了上电自动复位方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 当电源 VCC 接通时只要电压上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。 在单片机不能自动复位时，按动 S1 开关也可做到自动复位。 2 振荡电路 单片机各功能不见得运行都是以时钟控制信号为基准，有 条不紊地工作的。 因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。 常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。 P89C51RD2 内部有一个用于构成震荡提的高增益反相放大器，该高增益反相放大山东建筑大学毕业论文 9 器的输入端为芯片引脚 XTAL1,输出端为引脚 XTAL2。 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。 振荡电路中 电容典型值通常选择为 30pF 左右。 该电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。 晶体的振荡频率的范围在 ~12MHz 之间。 晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，但反过来运行速度快，对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高，即要求线间的寄生电容要小；晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠地工作。 所以在此次试验中，我选用了 22pF 的电容跟12MHz 的振荡频率。 下面为单片机震荡部分原理图： 图 单片机振荡电路原理图 读写模块的设计 芯片的选择 在读写模块的设计中，我选择了 RC500 芯片。 这里对 RC500 芯片做个简单的介绍：RC500 有 32 个引脚。 TX1,TX2 为发送器 ,发送由包络信号调制的 的载波；RX 为接收器输入 ,卡应答输入脚； D0D7 为 8 位双向数据总线 ,在本系统中 ,此 8 位数据端口与单片机数据端口 P0 口直接连接并进行数据传送； IRQ 为中断请求端 ,通过在寄存器中设置 IRQ 位指示一定的事件并使 IRQ 脚有效 ,其端口和单片机的中断 0 相连接；NCS为片选禁止信号 ,接单片机的 I/O口线 ,接单片机的地址。 下面为 RC500 的引脚图： 山东建筑大学毕业论文 10 图 RC500 引脚图 RC500 作为读写芯片它具有以下特点： 载波频率为 ； 集成了 编码调制 和解调解码的收发电路； 天线驱动电路仅需很少的外围元件 ,有效距离可达 10cm； 内部集成有并行接口控制电路 ,可自动检测外部微控制器 (MCU)的接口类型； 具有内部 地址锁存 和 IRQ 线 ,可以很方便地与 MCU接口； 集成有 64 字节的收发 FIFO 缓存器； 内部寄存器 ， 命令集 ,加密算法可支持 TYPE A标准的各项功能 ， 同时支持 MIFARE类卡的有协议； 数字 ， 模拟 ， 发送电路都有各自独立的供电电源。 电路设计 射频识别是应用前景非常广泛的自动识别技术，整个系统包括读写器、标签和天线。 为使读写器达到最佳工作状态，选用 MF RC500 芯片，对 RFID 读写器的天线及其匹配电路进行设计。 1 天线部分 非接触式天线使用 4 个管 脚： TX1, TX2， WMID， RX。 为了驱动天线， MF RC500通过 TX1 和 TX2 提供 的能量载波。 根据寄存器的设定对发送数据进行调制山东建筑大学毕业论文 11 得到发送的信号。 卡采用 RF 场的负载调制进行响应。 天线拾取的信号经过天线匹配电路送到 RX 脚。 MF RC500 内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理。 然后数据发送到并行接口由微控制器进行读取。 VMID 作用是提供参考电压。 下面为天线接线原理图： 天线接线原理图 基于 MF RC500 的读写器主要由 MF RC500、微处理器、天线及 相应的外围连接电路组成。 读写器通过天线发射能量形成电磁场，对非接触式智能卡进行识别，天线所形成的电磁场范围就是射频识别系统的可读写区域。 为提高读写距离，所设计的天线须在尽可能大的范围内产生所需的电磁场。 阻抗匹配通常有并联和串联谐振型 2 种，在基于 MF RC500 的读写器的天线匹配电路设计中常采用串联谐振型。 C L1 构成低通滤波器，抑制石英晶体振荡器产生的高次谐波， C14 是实际应用中的微调电容。 天线与 MF RC500 的连接电路实验表明，该方法设计的读写器能进行正确的读写标签，有很好的读写距离。 2 振荡电路 MF RC500 内部集成了振荡器缓冲，连接外部的 的石英震荡晶体，以获取低相位抖动，如下图所示。 由于提供给 MF RC500 的时钟要作为同步系统的编码器山东建筑大学毕业论文 12 和解码器的时间基准，因此频率的稳定性是正确执行的一个重要因素，为了获得最佳性能，时钟抖动应该尽可能小。 振荡电路原理图如下： 图 RC500 震荡电路原理图 存储模块设计 本设计选择了 AT24C128 存储芯片， AT24C128 是一种不具备加密功能的芯片，AT24C 为系列号，数字部分为 K 位容量， AT24C128 为 128K。 它的使用方法与 EPROM完全相同，存储结构简单，只有读写两种操作功能，主要用于存放一些保密性要求不高的数据。 在设计中存储模块用单片机与非易失性 24C128 的通信也是通过与行业标准协议兼容的 2 线 I2C 总线完成。 微控制器可以通过 I2C 总线协议向存储器中写入数据，并且能够从存储器中读出数据。 本系统中存储器模块硬件电路设计如图所示： 山东建筑大学毕业论文 13 图 存储模块接线原理图 24C128 芯片两个引脚与单片机 I/O 口相连， 24C128 的双向串行数据引脚 SDA、串行数据时钟输入引脚 SCL 分别连接 89C51 单片机的 、 构成 I2C 总线结构；允许地址输入引脚 A0、 A1 连接地；写保护引脚 WP 接地，表明允许对器件进行读 /写操作，若 WP 接 VCC 时，所有内存变为写保护。 时钟模块设计 在时钟模块的建立方面，我选择了 DS1302 芯片。 DS1302 是一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 ～。 采用三线接口与 CPU 进行 同步通信 ，并可采用突发方式一次传送多个字节的 时钟信号 或 RAM 数据。 DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源 /后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 下面为 DS1302 的引脚图： 山东建筑大学毕业论文 14 图 DS1302 引脚图 时钟模块系统主要由 1 个 DS1302 数字时钟芯片、一个晶振，还有一个备用电池组成。 此系统与单片机的接口使用同步串行通信， DS1302 与单片机的连接需要 3 条线：RET 引脚、 SCLK 串行时钟引脚、 I/O 串行数据引脚， VCC2 为备用电源，外接 晶振，为芯片提供计时脉冲。 该电路不但能准确地计时、附加其它功能，而且，其三线接口可以节省接口资源，在断电后不丢失时间和数据信息。 下面是时钟模块原理图： 图 时钟模块接线原理图 RS232 控制接口的设计 本次设计 的发卡系统需要通过 RS232 串行口与计算机 \发卡机机器相连，在串行口设计方面需要用到的是 MAX232 芯片。 MAX232 是一种把电脑的串行口 RX232 信号电平转换为单片机所用到的 TTL 信号点平的芯片。 MAX232 芯片是专门为电脑的 RS232山东建筑大学毕业论文 15 标准串口设计的接口电路 ,使用 +5V 单电源供电。 内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。 由 6 脚和 4 只电容构成。 功能是产生 +12V 和 12V两个电源，提供给 RS232 串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。 由 1 1 1 14 脚构成两个数据通道。 其中 13 脚（ R1IN）、 12 脚（ R1OUT）、 11脚（ T1IN）、 14 脚（ T1OUT）为第一数据通道。 8 脚（ R2IN）、 9 脚（ R2OUT）、 10 脚（ T2IN）、 7 脚（ T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、 T2IN 输入转换成 RS232 数据从 T1OUT、 T2OUT 输入计算机 DP9 插头 ； DP9 插头的 RS232 数据从R1IN、 R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、 R2OUT 输出。 第三部分是供电。 15 脚 DNG、 16 脚 VCC（ +5V）。 MAX232 芯片的引 脚图如下： 图 MAX232 引脚图 MAX232 的工作电源为单电源，为了满足 RS232 电平要求， MAX232 内部有一个电压变化电路，与外接的 4 个 1UF 的电容一起长生 +10V 或 10V 的工作电源。 器件内部还包括 2 个驱动器、 2 个接收器，每一个接收器将 RS232 电平转换为 5VTTL/CMOS电平；每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 RS232 电平。 要实现多机通讯先要实现单机通讯，再把多个从机按照主从式方式连接，再通过软件编程实现多机通讯。 单机通讯的传输过程主要分 6 步完成： （ 1）主机发出一个 RS232 电平信号。 （ 2）通过 MAX232 将信号转化为 TTL/CMOS 电平信号，以便于单片机接收。 （ 3）单片机接收数据，然后通过内部程序将数据处理。 （ 4）单片机发送 TTL/CMOS 电平数据。 山东建筑大学毕业论文 16 （ 5）通过 MAX232 将信号转化为 RS232 电平信号，以便于 PC 机接收。 （ 6） PC 机接收数据。 为了实现 PC 机与单片机之间的串行通信，我们首先要清楚了解整个系统所采用的原理图。 原理图就是一条主线贯穿于整个系统设计，下面对原理图作一点说明：从MAX232芯片中的两路发送接收中任选一路作为接口，要注意其发送与接收引脚对应，否则可能对器件或计算机串口造成永久性损坏。 如选他 T1IN 接单片机的发送端 TXD，RS232的接收端一定要对应接 T1OUT 引脚。 同时， R1OUT 接单片机的接受端 RXD 引脚， RS232的发送端 TD 一定要对应接 R1IN 引脚。 下图为 RS232接线原理图： 图 RS232 通讯接口接线图 RS232 接口电路数据传输接口是数据传输的硬件基础，也是数据通信、计算机网络的重要组成部分。 单片机本身的数据传输接口主要为 8 位或 16 位并行数据接口、全双 工串行通信接口，但电子技术的迅速发展使得许多新的数据传输接口标准不断涌现，大多数的单片机并没有在硬件中集成这些新的数据传输接口。 我在这里。