毕业设计（论文）-基于DSP的停车场自动控制系统.doc

本科生毕业设计（论文）摘 要随着小汽车产业的发展，我国大中城市机动化是不可遏制的事实。我国大中城市应严肃正视这个问题。停车问题在我国大城市现已成为难题，如何对停车设施进行合理地规划，对车辆停放进行有效地管理，成为我国大中城市迫切解决的问题。本系统采用2个TI公司生产的TMS320LF2407芯片作为微处理器。其中一个应用在智能管理系统，它主要控制门禁模块、时钟模块、键盘模块以及显示模块等。另一个则用在车位导航系统中，主要控制车辆检测器。两个DSP之间通过无线通信模块来获取相互的信息。本系统采用了射频卡作为系统的管理介质，从管理机制上来提高系统的运行效率和安全性。并结合车辆检测和信息显示设备，对车位导航系统进行了设计，人性化的信息提示，不但方便了顾客，也提高了停车场车位实际使用率。本设计综合利用射频识别与检测技术。有效地解决了传统停车场管理系统在大型停车场管理中存在的安全性和效率低下问题。关键词：智能停车场；DSP；导航系统；射频识别AbstractWith the developing of vehicle industry, there is a reality cannot be keeping within limit is the tendency of mechanize in our countrys big city. Our countrys big city should envisage this problem seriously. Parking problem has been a difficult problem in our countrys big city, how to make parking devices layout rationally, how to make vehicle parking management more effective has been the exigent problem of our countrys big city. This system uses the TMS320LF2407 chip which 2 TI Corporation produce to take the microprocessor. And an application in intelligence management system management system, its primary control entrance guard module, clock module, keyboard module as well as display module and so on. Another uses in the berth guidance system, primary control vehicles detector. Between two DSP gains the mutual information through the wireless communication module. This system Uses radio frequency card as the management medium and the optimization of workflow enhances the operational efficiency and security performance. Combining the parking space detecting and information display device,automatic parking-guiding system is proposed. The presentation of humanization, not only has facilitated customers but also improved the actual utilization rate of parking spaces.Using test technology and RFID, the system effectively grapples with the problem of low efficiency and poor safety.Key words：intelligent park；DSP；navigation system；RFID目 录第1章 绪 论11.1 自动停车场控制系统的背景、目的与意义11.2 国内外现状2第2章 总体方案设计52.1 基于DSP的停车场自动控制系统概述52.2 系统方案论证52.3 系统总体方框图6第3章 系统硬件设计83.1 停车场智能管理系统83.1.1 停车场智能管理系统总体框图83.1.2 DSP微处理的选择83.1.3 管理介质的选择113.1.4 复位电路153.1.5 时钟模块173.1.6 电源电路173.1.7 电平转换203.1.8 通讯模块的选择203.1.9 键盘电路233.1.10 显示模块的选择233.2 车位导航系统253.2.1 车位导航系统的总体框图253.2.2 探测器的选择253.2.3 电源电路27第4章 软件设计284.1 主程序流程图284.2 RFID子程序294.3 LCD显示子程序304.4 按键子程序314.5 定时器中断子程序31第5章 结 论33参考文献34致 谢35附 录36附录38附录47附录54IV第1章 绪 论1.1 自动停车场控制系统的背景、目的与意义车辆停放是交通过程不可分割的组成部分。世界上许多大城市的交通阻塞，其重要原因之一是停车紧张对动态交通的影响。工业化对城市交通的影响、经济的迅速发展、城市（非）机动车保有量的猛增、特别是大量私有汽车的出现，使得包括中国在内的很多国家的大城市的停车问题日趋严重。一方面动静态的交通相互干扰造成道路通行能力的下降，增加了运输成本，另一方面长期低速、怠速行驶的汽车排放出的废气又给城市环境带来严重污染。因此，对我国大中城市停车问题对策进行研究，合理地解决好停车问题，已经迫在眉睫第1章 TC0。当前，中国正处于经济发展的重要阶段，随着新世纪全国各大中城市经济持续健康快速发展，以及加入WTO后私人购车高峰期的即将到来，交通需求将显著增加，停车设施的水平直接影响到城市的交通运行效率和生活环境品质，停车设施的过度短缺、布局不合理和管理不规范，都将对提高城市的综合竞争力产生不利影响。因此，从长远发展目标来看，结合城市布局结构的调整，建立和完善与城市社会经济发展相适应的城市停车系统，十分紧迫和必要。一个城市的汽车保有量，取决于社会经济发展水平、人口规模、道路容量限制、全国汽车产业政策和城市交通发展政策等因素。全国大多数大中城市已经开始进入机动车快速增长时期，如上海人均GDP已达到4500美元，全市机动车拥有量从1995年底的40多万辆增至1999年底的70万辆。当前，“鼓励轿车进入家庭”已被列入国家“十五”计划纲要中，随着国家一系列鼓励私人轿车消费的政策进一步出台及各种型号轿车的争相上市，全国的私车消费将会加速发展。为了适应城市机动交通的发展趋势，必须在轿车家庭消费的高潮来临之前，未雨绸缪，提高前瞻意识，适度超前规划和建设停车设施，以免加剧现有停车供需的矛盾。较长时期以来，全国大中城市的停车设施建设相对滞后于机动车辆的快速增长，致使停车矛盾愈加严重，“停车难、乱停车”的恶性循环成为城市交通管理的难点和热点问题。停车泊位供给短缺直接引发出行不便、堵塞交通、损毁绿化、破坏环境、威胁安全等问题，从而影响生活质量，提高生产成本，阻碍社会经济的正常发展，其危害不言而喻。如果不及早采取措施，将不利于城市有序、健康、可持续的发展。因此，必须对停车的供需关系进行优化调整，促进城市停车系统的协调发展。与城市急剧扩大的停车位需求相比，城市公共停车位缺口大、配建停车位不足。对广州市番禺区的调查发现现有机动车停车泊位75139个，摩托车停车泊位85964个。而目前机动车保有量为22.7万辆，摩托车保有量为38.5万辆，停车需求量远大于停车设施供应的泊位数。随着机动车的迅速发展，供需矛盾将进一步加剧。而没有足够的停车设施，势必造成大量车辆占路停车，严重影响行车速度和道路通行能力，降低运营效率。尽管当前停车泊位十分紧张，但许多公共停车场库的使用率却很低，经营状况普遍较差。一项抽样调查表明，车主和司机大多数其实都愿意将车入库停放，但由于停车库收费相对偏高、不便于就近停放等原因，而选择了路边停车。南京市新街口附近立体停车库在高峰期间的停放率也不超过20%，造成亏损和经营困难，极大地挫伤了投资建设经营停车场主的积极性。现代城市交通理论把交通分为静态交通和动态交通，道路建设是为解决动态交通问题，静态交通问题要靠停车场来解决。据美国交通工程部门测定，每辆汽车年均行驶1.6万km，按时速35kin计算，则每辆车的动态行驶时间不足500h，还有8000多个小时处于静态停放状态，车辆“动态”时间不到“静态”时间的7 静态交通的投入不足，停车位严重短缺会导致大部分车辆停放在路边或路上，使道路通行能力下降，交通事故增多，影响动态交通的效率和安全。因此发展静态交通，推动停车产业化进程意义重大。随着小汽车产业的发展，我国大中城市机动化是不可遏制的事实。我国大中城市应严肃正视这个问题。停车问题在我国大城市现已成为难题，如何对停车设施进行合理地规划，对车辆停放进行有效地管理，切实地处理好路边、路外停车与路上运行车辆的动、静态关系，成为我国大中城市迫切解决的问题。1.2 国内外现状随着城市化的发展和汽车的普及。汽车拥有量不断增加。城市停车难成为当今世界各国面临的共同难题。无论是发达国家。还是发展中国家。都毫无例外地承受着停车场容量和汽车拥有量严重不对称的现实。致使有车无处停，以及停车场设备科技含量低的困扰。要解决停车难最直接的方法是多修建停车场。但城市可供修建停车场的资源有限，这种供需矛盾的日益严重性已被人们广泛认知。因而，从系统的角度出发，将停车场，停车场诱导系统，停车场管理系统用通信，计算机，传感与控制等先进技术有效的集成，建立于一种在城市大范围的实时、准确、高效的数字化、网络化、智能化的停车诱导，管理系统是城市停车场发展的必然趋势。据最新一项对我国16个大中城市停车泊位与汽车数量的调查表明，公共停车泊位与汽车数量的比例为1：3，有的城市甚至达到1：5，也就是说3辆车或者5辆车才有一个车位，特别是商业区、城市旅游景点的比例高达1：10这种停车实施建设严重落后于机动车的增长，导致停车矛盾愈加严重，停车难、乱停车的恶性循环成为城市交通管理的难点，也直接导致交通堵塞。阻碍经济发展。与此同时，也有一些停车场收费高或者不了解停车场位置而使用率低。要解决这种供需矛盾，一方面要修建停车场、立体停车库外，更重要的是利用科技手段建设智能停车系统。由于世界各国的经济技术水平各异，发展智能停车场的政策和投资方向也不尽相同，所以目前对于智能停车场还没有一个明确的定义。从人工管理停车场到遥控道闸再到现在无人值守的读卡器，停车场产品和技术一直在不断进行改进和完善。从20世纪90年代中后期迅速发展到城市商业区、 中心区交通已不能满足日益增长的汽车增长，城市停车场状况紧张，国内一些企业开始研究将计算机、控制和通信技术运用于停车场管理系统，引进开发了不少先进的城市停车场诱导系统、数据采集系统、停车场泊位管理系统以及与之相配套的停车场电子管理设施，形成了一个新的停车产业。目前我国市场上停车场的主要设备还是电动栏杆机，由于技术比较陈旧，性能较差，只能适应小型停车场。经过几年的发展。现在上海、广州、深圳大中城市已不同程度建立了停车诱导系统，但这些城市诱导系统相对独立，只是一个或几个停车场的联网，由于数据采集和信息联通等因素影响还不能达到建立全市范围统一的停车诱导系统。值得欣慰的是上海市决定在2010年内最终建成一个全市统一的停车场数据采集处理发布平台，到时车主可以通过网络或电话查询停车场车位情况，并提前预约车位。智能停车场管理系统的最终目的是改善停车难的状况，提高城市交通系统的效率与功能，通过为司机提供泊位信息，帮助找到合适的停车位置。要达到这个目的，需要建立在城市整体停车信息的把握上，因此，通过建立一套完整的智能停车管理系统会更好的将停车资源合理配置。停车诱导系统作为智能交通系统得重要组成部分，欧美等国家已经进行了大量的研究工作，并将其应用于市中心。美国智能交通雏形始于20世纪60年代末期的电子路径导向系统，1990年美国运输部成立智能化车辆道路系统组织，它的目标是实现面向21世纪的公路交通智能化，从根本上解决和减轻事故、低效率等交通中的各种问题。欧洲的智能交通系统是1986年几个欧盟国家的高校、研究所和企业共计70多个单位，投资50多亿美元，联合执行一项旨在完善道路设施，提高服务质量的DIVE计划，目前欧洲各国正在进行远程信息处理的全面应用开发工作，计划在全欧范围内建立专门的交通无限数据通信网。智能交通在日本的发展始于20世纪70年代，从1973年到1978年，日本成功地组织了一个叫动态路径诱导系统的实验，从20世纪80年代中期至90年代，相继完成了路车间通信系统、交通信息通信系统、智能车辆系统、安全车辆系统及新交通管理系统，在20世纪末向全国推广。我国的职能交通系统建设起步于20世纪70年代末期。但发展步伐较慢。但真正应用推广在1996年，通过自主研发与引进相结合的办法开发了交通信息系统，如交通监控。从2001年北京王府井智能停车诱导系统建成开始。现在城市停车诱导系统和停车场管理系统已经在全国大中城市规模推广。北京、上海、广州为满足奥运会、世博会、亚运会等大型活动的交通需求，都在完善建立交通基础信息数据库、交通诱导系统、智能调度系统、停车诱导系统及智能交通管理指挥系统。2005年4月，重庆市渝中区建立了中西部首个智能停车诱导系统，覆盖商务区28个室内停车场的6000多个停车位，2006年10月深圳市罗湖区人民南路也建成了国内最具规模、技术领先的三级停车诱导系统平台。包括了139个社会停车场的6000多个停车位，上海市也计划在2010年实现全市停车诱导信息共享。目前，国内停车场设备生产企业有300多家。也有一些国外大公司如西门子等等进入这一市场， 其中国产和组装的停车场产品约占市场份额80左右，高端市场占20 。一般的住宅小区、中低档写字楼基本使用国产、组装产品。而机场、宾馆等大部分使用进口或者组装的高端产品。第2章 总体方案设计2.1 基于DSP的停车场自动控制系统概述基于DSP的停车场自动控制系统是在最少的参与人员下，完成计时计费以及车位安排，从而节省驾驶人员的时间，降低停车场的管理成本。2.2 系统方案论证方案一：基于单片机控制的停车场自动控制系统。由接触式IC卡、红外线检测模块、停车场状态显示模块、操作键盘模块等组成。单片机红外线检测模块数码管显示模块操作键盘模块接触式IC卡图2.1 系统方框图红外线检测模块：安装在车场出入口以及每个停车位上，用于检测停车位信号。送单片机作相应处理。红外线检测模块由红外线发射电路和红外线接收电路组成。其中接收电路又分为大门红外线接收电路和停车位红外线接收电路。单片机：采用89C51单片机系统，它是本系统的核心部分，主要功能是监控键盘状态处理键盘输入的操作信息；监控停车场状态，有车驶入停车位后开始计时，汽车驶出停车位后停止计时，将停车时间换算为停车费用信息；控制显示器按要求显示各种信息。数码管显示模块：显示停车的各种信息，包括北京时间、停车位、停车时间、空位数、停车费用、营业总额、收费标准和操作提示等内容。本模块采用8个共阳数码管静态显示方式，节约了成本。操作键盘模块：通过4x4键盘进行多种操作，包括显示、查询各类信息，修改收费标准。磁卡：司机可凭此卡进行刷卡缴费。方案二：采用DSP控制的停车场自动控制系统，由射频卡、车辆检测模块、显示模块、通信模块以及键盘模块等组成。此方案采用“一车一卡一位”的管理模式，即从车辆进入停车场一直到车辆驶离停车场，与这辆车相关的所有数据均与卡的ID号唯一相关，通过这个唯一的ID号，我们可以将诸如车辆进出场时间、停车时长、指定停车位编号、停车路径、应缴费用等信息，便于查询和存储。此外，车位导航系统，能够快速的帮助车主找到空位，节省了大量时间。与方案一相比，针对目前停车场管理系统存在的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下的不足，采用DSP控制的停车场自动控制系统更能很好的提高停车场自动控制系统的可靠性和高效性，对我国各大中城市所面临的“停车难”问题的解决，具有一定的促进作用。此方案具有功耗低、片内程序存储器及数据/程序RAM的容量都相对较高，能更有效地满足大型停车场对存储空间的需求，免去了片外扩展的麻烦。另外，方案二的外围电路设计也要好于方案一，例如射频卡技术的引进，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无缘（卡中无电池）和免接触这一难题。2.3 系统总体方框图DSP1智能管理系统车位导航系统键盘模块电源模块门禁模块显示模块电源模块车辆检测模块DSP2通信模块通信模块时钟模块图2.2 系统总体方框图本系统是采用2个DSP控制的停车场自动控制系统，DSP1主要控制门禁模块、显示模块以及键盘模块；DSP2主要控制车辆检测模块等组成。2个DSP之间通过无线通信模块来获取两方信息。基于DSP停车场的自动控制系统主要分为智能管理系统和车位导航系统。智能管理系统主要是用于车辆的计时、计费等功能。而车位导航系统主要是用来帮助车主能够快速找到空位，为车主节省时间。两大模块相辅相成、紧密相连才能实现车辆智能入库、出库、收费等整个停车的过程。第3章 系统硬件设计3.1 停车场智能管理系统汽车产业的飞速发展，势必会给城市交通造成更大的压力。为满足日益增长的交通需求，改善交通状况和提高交通设施利用效率迫在眉睫。停车场智能管理系统，是指利用现代高新科学技术对停车场进行自动化管理，提高管理的有效性、安全性、可靠性和停车场运行自动化程度。由于尽量减少人工的参与，从而最大限度的减少人员费用以及由于人为失误或舞弊造成的损失，大大提高整个停车场的经济型、安全性与使用效率。停车场智能管理系统主要完成计费收费、控制车辆出入等停车场的基本功能。3.1.1 停车场智能管理系统总体框图停车场智能管理系统的硬件由DSP1、门禁模块、显示模块、键盘模块以及电源模块构成。DSP1门禁模块通信模块键盘模块电源模块显示模块图3.1 停车场智能管理系统框图停车场智能管理系统的硬件部分以DSP1为控制中心，由电源模块将220V交流电转换成DSP1所需要的电压，汽车通过门禁模块进入停车场，时钟芯片DS1302开始计时。键盘模块用于信息查询、修改收费标准等。通信模块是用于同车位导航系统中的DSP2进行通信，将获知的车位信息传输到DSP1芯片中。DSP1将数据进行处理，并将其发布在显示模块上，为用户停车提供便利。3.1.2 DSP微处理的选择DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。DSP微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于DSP体系结构的处理器，除了具有DSP体系结构的共同特点以外，每一个系列的DSP微处理器都有各自的特点和应用领域。（1）TMS320C2000系列（2）TMS320C5000系列（3）TMS320C6000系列除了以上3大系列的DSP芯片之外，TI公司还有TMS320C2x、TMS320C5x、TMS320C3x、TMS320C2xx和TMS320C54/C55x优越的性能而逐步淘汰，而TMS320C4x和TMS320C3x 两种浮点芯片也因TMS320C67x的出现不再推荐使用。其中的TMS320C3x是一种性能价格比较高的浮点DSP芯片，尚具有一定的市场空间。TI公司通用数字信号处理器不仅具有高性能、高性价比而且还在高速DSP方面占有优势，并且大力发展低价格、高性能的通用DSP，如用于通信领域和其他便携式应用的TMS320C54xx系列DSP和专门用于电机自动控制的TMS320C2xxx系列DSP.另外TI公司在为DSP应用配套的外围电路器件方面也是全球最大的研发和生产供应商。如在DSP电源管理即方案、A/D、D/A、话音、视频等DSP模拟接口和信后处理电路上，TI公司都可提供完整的DSP应用解决方案，这些大大处进了DSP技术在各个领域的应用和发展。方案一：采用TMS320F/C24x系列芯片采用5V电源供电，最高运算速度为20MIPS，内部有544字的双存取RAM，有最多16K字的FLASH存储器或4K字ROM。F243和F240有外部存储器接口，可以外接外接存储器。该系列芯片内部有23个通用定时器和看门狗定时器，有8/12个通道的脉冲宽度调制和8/16个通道的10位A/D转换，内部还集成有串行外设接口、串行通信接口以及局域网控制器接口模块，但其功耗较高。方案二：采用TMS320LF/LC240xA具有低功耗，最高运算速度提高了1倍，达到40MIPS。增加了片内存储器，外设数量。终上所述，选择方案二。采用DSP芯片作为中央处理系统具有在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。快速的中断处理和硬件I/O支持。具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。可以并行执行多个操作。支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。图3.2 TMS320LF2407芯片本系统采用TMS320LF2407，此芯片采用高性能静态CMOS技术使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30 MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33ns（30MHz），从而提高了控制器的实时控制能力；片内高达32K字的FLASH程序存储器，高达1.5K字的数据/程序RAM，544字双口RAM(DARAM)和2K字的单口RAM（SARAM）；可扩展的外部存储器总共192K字：64K字程序存储器；64K字数据存储器；64K字I/O寻址空间；串行通信接口(SPI)；基于锁相环的时钟发生器；高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚（GPIO）；5个外部中断（电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）。电源管理包括3种低功耗模式、并且能独立将外设器件转入低功耗模式。3.1.3 管理介质的选择收费是停车场最基本的一项功能，停车场收费管理是伴随着公用收费停车场这一新生事物而诞生的。它也是停车场管理系统中发展得最早、最快和最完善的一个部分。传统停车场的收费都是采用人工方式，收费过程繁琐，工作人员劳动强度高，停车场利用率低下，票款易流失。随着经济的发展以及技术的进步，为了克服这些缺点，各种新技术、新材料的应用使停车场收费系统的功能逐渐完善，可靠性逐步提高，计费方式也发生了改变。收费介质的变化使得停车场的自动计费收费成为可能。随着停车场朝着大型化、现代化方向发展，许多现代控制领域及智能交通领域的前沿技术在停车场管理系统中得到了广泛应用，从而使当今停车场管理系统呈现功能多样化的特点。各种子系统的出现和发展使停车场的功能越来越丰富的同时，也使得管理的难度加大了，这就需要一种介质将各个子系统联系起来。管理介质是管理系统的重要技术特征，它用来标识每辆车及车主的唯一标志，介质中存储一组标明车辆身份的数字标识（ID)。方案一：纸质磁卡70年代开始应用，是最早出现的停车场管理介质。其具有生产成本低，结构简单，体积小巧，便于组成大容量发卡系统，设计灵活的优点。但其数据存储容量小，不易保存，无法重复使用，安全保密性差，读写设备复杂且维护费用高，对使用环境要求较高。方案二：接触式IC卡又称“集成电路卡”、智能卡、英文名称“Integrated Circuit Card”或“Smart card”。IC卡具有防磁、防静电、抗破坏性和耐用性强；防伪性好；存储数据安全性高（可加密）；数据存储容量大；应用设备及系统网络环境成本低；品种型号齐全；技术规范成熟等特点。但由于是接触式IC卡，机械性损伤难以避免，往往会因为IC卡被弄脏或损害而造成无法刷卡，而且具有读卡效率慢，加密性能差等缺点。方案三：条形码，常见的二维条形码是PDF417码，在1997年底被定为我国国家标准。实现计算机管理，收费全部自动化。成本低，即使票据污损或者残破，也可以使丢失的数据100%恢复。但信息是一次性的，不能改写。方案四：非接触IC卡，与接触式IC卡比较，非接触式IC卡具有以下几种优点：（1）可靠性高、使用寿命长、维护成本低。射频卡与读卡器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。此外，射频卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏而使卡片失效等问题，适应各种恶劣环境。因此，在正常使用的情况下，可以保证IC卡的使用寿命在10年以上。（2） 操作方便、快捷。由于非接触通信，读写器在5cm10cm甚至更远的范围内都可以完成对卡片的操作，避免了灰尘、油污等外部恶劣环境对读写卡的影响。射频卡使用时非常简单，不需固定方向和位置，没有方向性，卡片以任意方向掠过读写器表面，都可以完成操作，大大提高了每次使用的速度。（3）加密性能好、安全可靠。每张卡片在出厂时都写有不可更改的唯一编号（全球唯一的序列号，制造厂家在卡片出厂前已将此序列号固化，不可更改）。射频卡与读卡器之间采用双向验证机制，即读卡器验证射频卡的合法性，同时射频卡也验证读卡器的合法性；处理前，卡要与读卡器进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。这些都确保了系统的安全性和可靠性。（4）抗干扰性强、防冲突。射偏卡中存在快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此终端可以同时处理多张卡片。（5）多种权限级别管理。可设置多个权限级别，增加了整个系统运行的安全性。通过各种管理介质的对比，不难发现，射频卡拥有其他几种介质不可比拟的优势。目前，使用射频卡为代表的非接触类型作为管理介质的收费管理系统已经成为建设的主流方向。从操作简单性、系统可靠性和管理的有效性角度出发，本设计选用射频卡作为系统的管理介质。按照不同的方式，射频卡有以下几种分类：（1）按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高；无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源，为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。（2）按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种，中频射频卡频率主要为13.56MHz, 高频射频卡主要为433MHz、 915MHz、2.45GHz等。低频射频卡主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、货物跟踪、动物监管等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高数公路收费等系统中应用。（3）按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作地射频卡主要用于有障碍物的应用中，距离更远（可达30m）。（4）按芯片分为只读卡、读写卡和CPU卡。射频识别( Radio Frequency Identification,RF ID)技术是一种20世纪90年代发展起来的无线自动识别技术，它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目标与数据交换的目的。由于其具有高可靠性，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。例如：于粗暴插卡，非卡外物插入，灰尘或油污导致接触不良等原因造成的故障。此外，非接触式IC卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落，静电击穿，弯曲损坏等问题，既便于卡片的印刷,又提高了卡片的使用可靠性。以及其高安全性和高抗干扰性，又可以识别高速运动物体及同时识别多个对象，因此该技术在自动收费、门禁控制、物流及身份识别等众多领域得到了广泛的应用。最基本的射频识别系统由三部分组成：（1）射频标签：在这个系统中即分配给用户的射频卡。由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。（2）读卡器（阅读器）：用来读取标签信息的设备，在停车场管理系统中，一般安放在出入口处，读取射频卡上的用户信息。另外它还可以用来初始化和当用户充值时对卡进行数据的写入。（3）天线：在标签和读卡器间传递射频信号。系统的基本工作流程是：读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到读卡器，读卡器对接收的信号进行解调和解码然后送到系统进行相关处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。荷兰菲利普半导体的MIFARE非接触式智能卡技术诞生于1990年，到1994年这项技术被推向全球市场。菲利普半导体的MIFARE非接触智能卡在非接触卡应用领域占有全球80%的市场份额，是目前非接触智能卡的工业标准，也成为ISO1443A的工作草案。在MIFARE这一作为工业标准的技术平台基础上生产出来的3千万张智能卡及10亿多次交易覆盖全球众多领域。随着其应用范围的不断扩大，如公共交通、路桥收费、电子机票等，再加上应用装置的增加，与MIFARE相关的行业得到了长足的发展。在中国几乎每个城市的公交卡、校园卡等一卡通系统或直接使用MIFARE卡，或采用与该卡一样结构的卡。MIFARE智能IC卡具有交易速度快、安全性高、通讯可靠、防冲撞、一卡多用、综合管理功能等特点。MIFARE卡的标准传输速度为波特率106K，这是硬件实现的，而国际上其他公司的纯软件方案的传输速度只有4-6K波特率。MIFARE智能卡与读卡器在读写之前采用三次相互认证算法，安全等级极高，在众多供应商具有极佳的口碑。MIFARE的通讯标准为100%调制深度的米勒编码和曼彻斯特编码，而其他公司坚持的20%调制深度的方案在一些恶劣环境下得不到应有的通讯安全。防冲撞功能是MIFARE独有的，数张MIFARE卡可以一张一张地读，一起工作不受干扰，还可以跟其它卡放在一起读。在流行很多卡的今天，这一优点尤为重要。TX500A模块是同欣电子智能卡系统事业部研发的基于13.56MHZ频率的MIFARE卡读写模块，符合ISO14443A标准。TX500A的MIFARE读写模块具有易用、高可靠、多种接口、体积小等特点，可帮助用户方便、快捷地将当今最流行的非接触式IC卡技术融入到系统当中，提高产品档次。并且简单、性价比高；读写卡距离远（根据应用可达50100mm）；可选择5V或3.3V供电，低功耗；模块内部都具有看门狗，永不死机；具有控制线和可控蜂鸣器信号输出；体积小巧。TX500A将复杂的ISO1443协议以及读写卡相关操作进行封装，所有对MIFARE卡的读写操作变成了若干条简单的指令。使用TX500A，用户不需要了解复杂的ISO14443A协议，只需要了解所用卡的结构，通过简单指令对TX500A进行操作即可，其中复杂的操作过程全部由TX500A内部的MCU来完成。图3.3 TMS320LF2407与TX500A的连接电路图TX500A模块可方便地与任何MCU（单片机、ARM、DSP等）进行接口，如图3.5所示为TX500A与TMS320LF2407的典型接口。当车主刷卡时，蜂鸣器发出声响，发光二极管变亮来提示车主交款完毕。三极管T1的作用是放大声音信号（型号S8550）。电阻R22起阻尼作用，用来吸收（消耗）电路中的感应电压, 以免高压损坏发光二极管。表3.1 TX500A引脚图符号I/O类型功能描述TX1输出/O天线发送端1GND地/Power地TX2输出/O天线发送端2GND地/Power地RX输入/I天线接受端GND地/Power地SPI_CLK输入/ISPI接口的时钟，由外部MCU产生SPI_DATA双向/IOSPI接口的数据线，可双向传输数据SPI_nCS双向/IOSPI接口的片选线，低电平有效，同时作为模块与外部MCU数据传输的启动信号线VCC电源/Power电源正极RST复位/Reset模块的复位信号，高电平有效。悬空时使用内部复位电路GND地/Power地CTRL输出/O控制信号输出BZ输出/O外部蜂鸣驱动电路控制信号3.1.4 复位电路方案一：TMS320LF2407内部带有复位电路，因此可以直接在RS复位引脚外面连接一个上拉电阻即可，但是不方便手动复位。方案二：采用复位芯片MAX706S，性能价格比极高。除了看门狗功能外，另外还具有上电自动复位、人工复位以及低电压报警等功能，使用起来非常方便可靠。综上所述选择方案二。对于实际的DSP应用系统，可靠性是一个不容忽视的问题。由于DSP系统的时钟频率比较高，因此在运行时极有可能发生干扰和被干扰的现象，严重时系统可能会出现死机。为了克服这种情况，除了在软件上作一些保护措施外，硬件上也必须作相应的处理。硬件上最有效地保护措施就是采用具有监视功能的自动复位电路。一旦微处理器失控就强行复位微处理器，引导程序重新运行。MAX706S监控器是Maxim公司生产地具有代表性的多功能微处理器监控电路，工作电压在3V5V之间。具有上电自动复位、掉电、复位按键按下以及电源电压降低的情况下，复位比较器能够保证输出准确可靠地复位信号。其内部的看门狗电路能监视微处理器的运行，当1.6s内输入信号的状态没有改变时将发出复位信号，MAX706S内部还有一个独立的门限检测器，该检测器可以监视另一个电源电压，当该电源电压过低时发出电源故障信号。图3.4 复位电路图3.4中当某一信号可以是特定的输出信号，也可以是读写信号，驱动WDI引脚。DSP正常工作时，在1.6s内驱动WDI引脚，DSP不会被复位。如果DSP出现死机，输出低电平至，将引脚拉低，那么DSP将复位。此电路在上电时自动复位，电源电压超过复位门限以后，将产生200ms的复位脉冲。MAX7065引脚功能如下：人工复位输入。当输入电压低于0.6V时，复位比较器输出有效地复位信号。：电源端。当低于复位门限电压时，输出有效地复位信号，并且当VCC上升至复位门限电压后，复位脉冲维持200ms。GND：接地端。PFI：门限检测器输入端。当PFI得输入电压低于1.25V时，PFO为低电平，否则为高电平。：门限检测器输出端。当PFI端电压低于比较器门限电压1.25V时，PFO为低电平，否则为高电平。WDI：看门狗电路输入端。当WDI端信号维持高电平或低电平的时间超过1.6s时，看门狗时器溢出，WDO端输出电平。WDI端的任何一个跳变都使定时器清零。：低电平复位输出端。受端和端控制，当端电压低于0.6V或端电压低于复位门限电压时，输出低电平复位脉冲。：看门狗电路输出端。当电源低于复位门限或看门狗定时器溢出时，端输出低电平，否则为高电平。3.1.5 时钟模块方案一：采用内部定时器进行计时。方案二：采用时钟芯片DS1302进行计时，具有接口线数少、体积小、有掉电保护功能、结果紧凑等优点。由于其接口简单操作方便所以容易与微控制、DSP 接口, 还可以存储一些重要参数。综上所述，选择方案二。DS1302 是一种高性能低功耗，带RAM的串行实时钟芯片，具有接口线数少、体积小、有掉电保护功能、结果紧凑等优点。由于接口简单操作方便所以容易与微控制、DSP 接口，还可以存储一些重要参数。主要功能：（1）实时时钟, 可对秒、分、时、日、月一级带润年补偿的年进行计数；（2）内部有高速数据；（3）最少引脚数的串行I/O；（4）电压工作范围2.5 5.5V；（5）可用于时钟或RAM数据读写的单字节或多字节数据传送；（6）TTL 兼容；（7）可选的慢速充电能力，具有主电源和备份电源的双电源引脚，备份电源引脚可用作电池或超容量的电容的输入端,附加有高速暂存存储器。图3.5 时钟电路3.1.6 电源电路电源电路的选择是系统设计的一个重要的部分，设计好坏对系统影响很大。对于DSP芯片而言，一般有以下4种电压需要电源电路提供： DSP CPU内核电压。现代DSP为了省电，通常把内核电压和外围电路的供电分开，内核工作于低电压减少功耗，外围电路与其他器件采用相同的电压规范。 DSP外设电压。主要给DSP的片内外设供电。 Flash编程电压。这仅对于有片上Flash的C2000系列的芯片。 模拟电路电压。这也仅对于具有丰富外设的C2000系列芯片。首先需要注意的是，为了减少电源噪声和互相干扰，数字电路和模拟电路一般要独立供电，数字地和模拟地也要分开，并最终通过一个磁珠在一点连在一起。对于电源芯片的选择，需要从以下几个方面考虑： 输入电压和输出电压。也就是外部提供给系统的电压是多少？系统需要多大的电压？ 输出电流，也就是输出功率，设计的电路需要多大功率，这就需要考虑每个器件的最坏情况（同时消耗各自的最大电流），看看所选的芯片能否提供这么大的功率。 转换效率。对于功率要求严格的地方（如手持设备），这点有时是至关重要的。 成本和空间。成本是所有选型都必须考虑的，空间则是系统布板要求的。由于芯片TMS320LF2407为3.3V供电，所以需要电源电压转换，首先先将220V交流电压转换成5V电压，再由TPS7333转换成芯片TMS320LF3407所需的3.3V对其供电。图3.6 220V转+5V电路图3.6由4个二极管组成的桥式整流电路，利用二极管的单向导电作用，将交流电压变换成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。，起到了滤波作用。电容在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使电压比较平滑，即有滤波作用。由三端集成稳压器7805，构成稳压电路，是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容一个放电通路，防止7805损坏。7805是集成稳压器，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端，电路内部由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。图3.7 5V转3.3V电路本系统选用了TPS7333低压差稳压器，它弥补了前一代稳压器的许多不足之处，增加了许多新的特色设计，如节电关断模式与电源电压监控器。当不使用关断功能时，则将脚接地。TPS7333是以极低的静态电流为特点，其静态电流即使在变化不定的负载下，也可以保持恒定。作为陶瓷旁路电容，可以改善负载瞬态响应与噪声抑制功能。作为电解电容可以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。TPS7333还具有内部电流限制与热保护的特点。在正常工作期间，TPS7333将输出电流限制在1A左右。在电流受到限制时，输出电压按线性规律反比例变化，直到过流情况结束。DSP本身需要分内核和外围电压，此时需要考虑上电次序的问题。一般来说，CPU内核先于外围上电，后于外围掉电；但是两者相差不能太大，否则将损坏芯片。3.1.7 电平转换随着便携式数字电子产品、数字式移动电话、手持式测试仪表等的迅速发展，要求使用体积小、功耗低、电池耗电小的器件，从而使得集成电路的工作电压从5V下降到3.3V甚至更低，例如2.5V和1.8V。但是目前仍有许多5V电源的逻辑器件和数字器件可用，因此在许多设计中将会有3.3V逻辑器件和5V逻辑器件共存，而且不同的电源电压在同一电路板中混用。随着更低电压的引用，混合电压的系统将会在很长时间内存在。TMS320LF240xA等新一代DSP芯片的I/O工作电压是3.3V，因此，其I/O电平是3.3V逻辑电平。在设计DSP系统时，除了DSP芯片外，必须设计DSP芯片与其他外围芯片的接口，如果外围芯片的工作电压也是3.3V ，那么就可以直接连接。但是，由于现有的很多外围工作芯片的电压是5V，因此就存在一个如何将3.3VDSP芯片与这些5V供电芯片的可靠接口问题。系统中，存在着3.3V和5V供电的芯片，通常它们是不可以直接相连的。常用的电平转换方法：(1) 专用电平转换芯片 最著名的就是 164245，不仅可以用作升压/降压，而且允许两边电源不同步。这是最通用的电平转换方案，但是也是昂贵的。(2) 电阻分压法 最简单的降低电平的方法。5V电平，经1.6k+3.3k电阻分压，就是3.3V。(3) 限流电阻法 串联一个限流电阻。某些芯片虽然原则上不允许输入电平超过电源，但只要串联一个限流电阻，保证输入保