自行车自动存管锁具的机械结构和控制系统

沈兆奎，张 凯，刘艳玲，张 建，陈 思

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

（天津理工大学 机械工程学院，天津 300384）

0 引言

自行车在我国是人们主要的交通工具，以往的自行车拥有者们主要采用携带式的锁具来保障自行车的安全，但其效果相对较差，并不能很好的起到保护作用，时常发生连车带锁一起被偷的情况，而且这种存储方式也带来了一些资源的浪费。有的人为了防止自行车被偷把自行车与周围一些固定的物体锁在一起，不仅影响了周围的环境，也给人们的生活带来了诸多不便。随着越来越多的自行车被盗的情况发生，怎样解决这一社会顽疾成了大家关注的话题[1]。为了解决这个问题，我们研制了一种自行车自动存管锁具。

1 自行车自动存管锁具的结构特点

自行车种类繁多,形状各异,只是几何尺寸有24、26、28等规格标准[2]。因此设计自行车自动存管锁具应适用于各种尺寸，其结构图如图1所示。

该装置包括一个固定基座，基座上设置了一个立柱式密码控制系统电子电路硬件柜，以及N个中空结构立桩，在结构立柱上部各安装有一个转动锁杆，转动锁杆位于结构立柱内，转动轴上设置有一个固定销孔并与由机电执行元件控制的销轴配合。具体特点是：1）锁车装置的结构件采用较大型的结构型材，截面尺寸大、刚度和强度都非常高，锁定装置为电驱动内藏式结构，极大地提高了防破坏性能2）每个存车单元由机座通过焊接固联成组整体固定在地面上，从而更进一步杜绝了连车带锁一起被盗的可能性3）在开锁方法上采用了目前最先进的IC卡加计算机控制系统，身份唯一、防盗开锁的能力强4）立柱式密码控制系统中的密码控制系统设有IC卡读写器，该IC卡读写器与单片机系统连接。单片机系统通过N个输出端连接并控制N路机电执行元件，同时通过N个输入端接受N路机电执行元件反馈的状态信号。实现了多辆自行车同时存取，互不干扰。

1. 密码控制系统电子电路硬件柜；2. 内藏式电驱动锁定装置；3.转动锁杆；4. 固定横杆；5. 机座；6. 结构立桩；7为弹起装置图1 锁具机械结构图

2 自行车自动存管锁具的控制系统

2.1 锁具的控制系统硬件组成

本系统由AT89S52为核心，借助IC卡的读写模块来完成对射频卡的读写，实现人机交互。射频卡又称非接触式IC卡、感应卡，是近几年普及的一项新技术，它是在CPU卡的基础上增加了射频收发电路，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[3]。本系统通过按键电路与显示电路完成对IC卡所存储信息及其操作的指示，借助蜂鸣器来提示其操作完成，并结合AT89S52单片机通过对数据的处理，从而完成对继电器的控制，以此达到控制车锁的目的。其控制系统组成如图2所示。

图2 控制原理图

图3 控制流程图

当有IC卡进入到指定的读卡范围内会将本卡所存储的信息传递给单片机，单片机会对此卡所存储的信息进行处理，并在显示器上显示此卡所要进行的下一步的操作，显示器采用HD7279A驱动八位共阴极数码管。HD7279A是一片具有串行接口，可同时驱动8位共阴极数码管的智能显示驱动芯片，无需外围电路，只需要外接少量的电阻等，即可构成完善的接口电路[4]。其结构简单、性能稳定、操作方便。用户通过对显示器显示的操作对本卡的信息进行更改，单片机将更改后的信息存入存储卡，存储卡是IC卡的一种，是一种以可电擦除的可编程内存（EEPROM）为核心的IC卡，能够多次使用[5]。此时单片机同时对更改后的信息进行相应的处理，随后车锁发出控制信号以此来达到控制车锁开关的目的。车锁由继电器、电磁铁等部分组成，当单片机给发出控制信号时，通过光耦控制电路控制继电器的关断，从而控制车锁中得电磁铁通入电压的关断，达到控制车锁的目的。当继电器关断时，电磁铁输入电压关闭，车锁闭合。当继电器导通时，电磁铁输入电压导通，车锁断开。

2.2 锁具的控制流程

自行车自动存管锁具操作起来非常容易，可靠性强，安全性高，其工作流程如图3所示。

当用户首次持卡存车时，存储器并未记录此卡信息，显示器上只会显示“存车”的操作步骤，此时用户需先将自己的车子放在指定的空余车位上并将车锁闭合放好，系统会给出开启的车位号，然后用户再在显示器上看自己的车位号是否与自己所放的位置号相同，检查无误后按确定键，此时单片机会将此卡的卡号等信息存入存储器并向车锁发出信号将车锁闭合，此时用户需人为检查车锁是否闭合，检查无误后方可离开。

当有用户存储信息时，显示器显示“取车”，使用者按确定按钮，系统给出与该射频卡号连结的存车位号，使用者再次按确定按钮系统便将此存车位打开并将本存车位号与该射频卡号的连结取消，表示此车位存有该卡号持有者的车子已被取走。

当有用户存储信息时，显示器显示“取车”，使用者按否定按钮（“否” 按钮），则系统显示“存车”，使用者按确定按钮（表明使用者要再次存放另一辆车）系统给出一个空余存车位号，使用者按确定按钮系统便将此空余存车位打开并将本存车位号与该射频卡号连结，表示此车位存入该卡号持有者的另一辆车子。

2.3 锁具控制软件的流程

本系统由刷卡端模块、管理端模块、微控芯片控制模块以及通信模块成组[6]。其程序采用C51语言编写，通过Keil软件进行调试和仿真。为了直观清楚，我们采用流程图语言来说明系统控制程序流程，根据上述自行车自动存管锁具的系统工作流程，其控制程序流程如图4所示。

图4 控制程序流程图

3 结束语

本文所设计的自动存管锁具以增强存车的安全性为出发点，融入了IC卡、单片机和电磁铁，有较好的实际使用价值。通过IC卡存取自行车，实现了身份唯一性；利用单片机直接控制电磁铁的开关，实现了快速开锁，节约了存取自行车的时间。设计的系统满足现实操作的需要，运行良好，取得了预期的成果。

[1] 郭腾飞, 刘齐宏.RFID技术在自行车防盗系统中的应用[J]. 科协论坛. 2010(4): 35-36.

[2] 霍月, 宁久瑞. 自行车立体村车库及其控制系统[J]. 物流技术与应用. 1998, 3(4): 22-25.

[3] 黄智伟, 陈和. 采用射频识别技术的门禁系统电路设计[J]. 电子工师. 2005(4): 51-53.

[4] 朱海君, 刘彩虹, 敬岚. 智能控制芯片HD7279A及其应用设计[J]. 中国仪器仪表, 2004.

[5] 王为青, 程国钢.单片机Keil Cx51应用开发技术[M]. 北京: 人民邮电出版社. 2007.

[6] 王玉亮, 哈琪. 非接触IC卡的读写设备及其控制通信程序编写[J]. 通讯与网络电视, 2009.