自行車自動存管鎖具的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)

沈兆奎，張 凱，劉艷玲，張 建，陳 思

SHEN Zhao-kui, ZHANG Kai, LIU Yan-ling, ZHANG Jian, CHEN Si

（天津理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384）

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(hù)作用，時常發(fā)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(fèi)。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(huán)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(fā)生，怎樣解決這一社會頑疾成了大家關(guān)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(jié)構(gòu)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(guī)格標(biāo)準(zhǔn)[2]。因此設(shè)計自行車自動存管鎖具應(yīng)適用于各種尺寸，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

該裝置包括一個固定基座，基座上設(shè)置了一個立柱式密碼控制系統(tǒng)電子電路硬件柜，以及N個中空結(jié)構(gòu)立樁，在結(jié)構(gòu)立柱上部各安裝有一個轉(zhuǎn)動鎖桿，轉(zhuǎn)動鎖桿位于結(jié)構(gòu)立柱內(nèi)，轉(zhuǎn)動軸上設(shè)置有一個固定銷孔并與由機(jī)電執(zhí)行元件控制的銷軸配合。具體特點是：1）鎖車裝置的結(jié)構(gòu)件采用較大型的結(jié)構(gòu)型材，截面尺寸大、剛度和強(qiáng)度都非常高，鎖定裝置為電驅(qū)動內(nèi)藏式結(jié)構(gòu)，極大地提高了防破壞性能2）每個存車單元由機(jī)座通過焊接固聯(lián)成組整體固定在地面上，從而更進(jìn)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(jìn)的IC卡加計算機(jī)控制系統(tǒng)，身份唯一、防盜開鎖的能力強(qiáng)4）立柱式密碼控制系統(tǒng)中的密碼控制系統(tǒng)設(shè)有IC卡讀寫器，該IC卡讀寫器與單片機(jī)系統(tǒng)連接。單片機(jī)系統(tǒng)通過N個輸出端連接并控制N路機(jī)電執(zhí)行元件，同時通過N個輸入端接受N路機(jī)電執(zhí)行元件反饋的狀態(tài)信號。實現(xiàn)了多輛自行車同時存取，互不干擾。

1. 密碼控制系統(tǒng)電子電路硬件柜；2. 內(nèi)藏式電驅(qū)動鎖定裝置；3.轉(zhuǎn)動鎖桿；4. 固定橫桿；5. 機(jī)座；6. 結(jié)構(gòu)立樁；7為彈起裝置圖1 鎖具機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

2 自行車自動存管鎖具的控制系統(tǒng)

2.1 鎖具的控制系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)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(xiàn)人機(jī)交互。射頻卡又稱非接觸式IC卡、感應(yīng)卡，是近幾年普及的一項新技術(shù)，它是在CPU卡的基礎(chǔ)上增加了射頻收發(fā)電路，成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)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(lǐng)域的一大突破[3]。本系統(tǒng)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(jié)合AT89S52單片機(jī)通過對數(shù)據(jù)的處理，從而完成對繼電器的控制，以此達(dá)到控制車鎖的目的。其控制系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 控制原理圖

圖3 控制流程圖

當(dāng)有IC卡進(jìn)入到指定的讀卡范圍內(nèi)會將本卡所存儲的信息傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)會對此卡所存儲的信息進(jìn)行處理，并在顯示器上顯示此卡所要進(jìn)行的下一步的操作，顯示器采用HD7279A驅(qū)動八位共陰極數(shù)碼管。HD7279A是一片具有串行接口，可同時驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動芯片，無需外圍電路，只需要外接少量的電阻等，即可構(gòu)成完善的接口電路[4]。其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)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(jìn)行更改，單片機(jī)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(nèi)存（EEPROM）為核心的IC卡，能夠多次使用[5]。此時單片機(jī)同時對更改后的信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，隨后車鎖發(fā)出控制信號以此來達(dá)到控制車鎖開關(guān)的目的。車鎖由繼電器、電磁鐵等部分組成，當(dāng)單片機(jī)給發(fā)出控制信號時，通過光耦控制電路控制繼電器的關(guān)斷，從而控制車鎖中得電磁鐵通入電壓的關(guān)斷，達(dá)到控制車鎖的目的。當(dāng)繼電器關(guān)斷時，電磁鐵輸入電壓關(guān)閉，車鎖閉合。當(dāng)繼電器導(dǎo)通時，電磁鐵輸入電壓導(dǎo)通，車鎖斷開。

2.2 鎖具的控制流程

自行車自動存管鎖具操作起來非常容易，可靠性強(qiáng)，安全性高，其工作流程如圖3所示。

當(dāng)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(tǒng)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(jī)會將此卡的卡號等信息存入存儲器并向車鎖發(fā)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(dāng)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(tǒng)給出與該射頻卡號連結(jié)的存車位號，使用者再次按確定按鈕系統(tǒng)便將此存車位打開并將本存車位號與該射頻卡號的連結(jié)取消，表示此車位存有該卡號持有者的車子已被取走。

當(dāng)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(tǒng)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(tǒng)給出一個空余存車位號，使用者按確定按鈕系統(tǒng)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(jié)，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(tǒng)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(jìn)行調(diào)試和仿真。為了直觀清楚，我們采用流程圖語言來說明系統(tǒng)控制程序流程，根據(jù)上述自行車自動存管鎖具的系統(tǒng)工作流程，其控制程序流程如圖4所示。

圖4 控制程序流程圖

3 結(jié)束語

本文所設(shè)計的自動存管鎖具以增強(qiáng)存車的安全性為出發(fā)點，融入了IC卡、單片機(jī)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(xiàn)了身份唯一性；利用單片機(jī)直接控制電磁鐵的開關(guān)，實現(xiàn)了快速開鎖，節(jié)約了存取自行車的時間。設(shè)計的系統(tǒng)滿足現(xiàn)實操作的需要，運(yùn)行良好，取得了預(yù)期的成果。

[1] 郭騰飛, 劉齊宏.RFID技術(shù)在自行車防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 科協(xié)論壇. 2010(4): 35-36.

[2] 霍月, 寧久瑞. 自行車立體村車庫及其控制系統(tǒng)[J]. 物流技術(shù)與應(yīng)用. 1998, 3(4): 22-25.

[3] 黃智偉, 陳和. 采用射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)電路設(shè)計[J]. 電子工師. 2005(4): 51-53.

[4] 朱海君, 劉彩虹, 敬嵐. 智能控制芯片HD7279A及其應(yīng)用設(shè)計[J]. 中國儀器儀表, 2004.

[5] 王為青, 程國鋼.單片機(jī)Keil Cx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M]. 北京: 人民郵電出版社. 2007.

[6] 王玉亮, 哈琪. 非接觸IC卡的讀寫設(shè)備及其控制通信程序編寫[J]. 通訊與網(wǎng)絡(luò)電視, 2009.