脱网版计时消费机的设计

1、    脱网版计时消费机的设计随着IC卡技术的不断发展，基于卡证应用的现代化管理模式已日渐普及。目前各大高校内往往凭借一张校园卡就可以完成存款、缴费、就餐、购物和洗澡等电子支付服务，大大提高了学校的管理水平和服务工作的效率。校园一卡通系统消费子系统大部分是基于网络的，连网消费机必须实时把每笔消费记录都发到消费机服务器上。其优点是实时性强，支持消费人群多；缺点是成本高、维护复杂、系统庞大不够灵活，而且消费高峰阶段极易造成消费机服务    随着IC卡技术的不断发展，基于卡证应用的现代化管理模式已日渐普及。目前各大高校内往往凭借一

2、张校园卡就可以完成存款、缴费、就餐、购物和洗澡等电子支付服务，大大提高了学校的管理水平和服务工作的效率。校园一卡通系统消费子系统大部分是基于网络的，连网消费机必须实时把每笔消费记录都发到消费机服务器上。其优点是实时性强，支持消费人群多；缺点是成本高、维护复杂、系统庞大不够灵活，而且消费高峰阶段极易造成消费机服务器的负担，出现拥塞现象。     高校传统的澡堂仍然是粗放式的管理，以人工售票为主，不限制洗澡的时间。这样不但容易造成水和燃料的浪费，还存在不能及时了解澡堂的空闲水龙头数量等问题，极易造成洗浴高峰。    本文的设计是

3、针对校园洗浴的现状开发的校园一卡通单机版计时消费机。它具有脱离网络独立消费记帐功能，所有的消费数据都存储在消费机中，能够与现有按键消费机通信协议兼容，与按键消费机使用的IC卡格式兼容。它采用了射频感应技术，持卡人只需进出门各刷一次卡，便可达到计时消费的的目，省去了卖澡票和收澡票的麻烦，是高校公共澡堂和集体公寓用水管理的理想解决方案。消费机系统概述    本设计的目的是开发出以单片机为核心的基于I2C总线的脱网版计时消费机，能在脱离网络和服务器的情况下独立运行，同时实现计时消费的功能。系统由控制器、读写器、EEPROM、IC卡等组成。单片机STC89C58控制整个系

4、统，并实现对外围芯片的初始化和数据传送。考虑到该系统需要大容量数据存储，这里采用了ATMEL公司生产的24C256EEPROM存储器。PCF8563是PHILIPS公司生产的低功耗的实时时钟/日历芯片，作用是产生年、月、日、时、分、秒等，用来记录采集数据的时间。     系统按13.56MHz的工作频率以半双工方式在读写器与IC卡之间双向传递数据。读写器将要发送的信号编码后加载在频率为13.56MHz的载波信号上经天线向外发送,进入读写器工作区域的IC卡接收此脉冲信号。一方面卡内芯片中的射频接口模块由此信号获得电源电压、复位信号、时钟信号；另一方面卡内芯

5、片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码和权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后由卡内天线发送给读写器；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM时所需的高压；以便对EEPROM中的内容进行改写；若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。硬件电路的设计     消费机硬件结构框图如图1所示，微控制器STC89C58负责整个窗口机的监控。RC50为MIFARE卡读写器模块，在MCU控制下，完成对卡片的非接触式读写等多种操作。PCF8563是一

6、款低功耗的实时时钟日历芯片，实现时钟模块的计时功能。EEPROM模块用于在脱网消费时保存大量的消费记录。图1 消费机硬件结构框图     在对各模块进行操作的时候由电源模块向其供电，提供电压为+5V。EEPROM模块和读写器模块在没有进行操作的时候不需要外加电源，而时钟模块则需要外加电源供给能量，以保持时钟的持续和正确。各模块是通过I2C总线进行数据交换的，I2C总线最主要的优点是简单性和有效性。它由简单的双向通讯的两芯接口为集成电路之间提供有效的控制。一条线路用来传输时钟，另外一条用来传输数据。通过一个带有缓冲区的接口，数据可以被I2C发送或接收。控制

7、和状态信息则通过一套内存映射寄存器来传送。图2 IC卡读写器硬件电路数据传输时则靠识别芯片地址来选择操作芯片。1 IC卡读写器部分    IC卡读写器的电路如图2所示，由于采用了PHILIPS公司高集成度的TYPE A读写器芯片MF RC500，天线驱动电路仅需很少的外围元件,有效距离可达10cm。每次上电或硬启动后,芯片会复原其并行接口模式并检测当前的MCU接口类型，MF RC500可支持不同的微控制器接口，一个智能的自动检测逻辑可以自动适应系统总线的并行接口，使用信号NCS选择芯片。要使用独立的地址和数据总线与微控制器相连，必须将ALE引脚连接到DVDD。本设

8、计使用复用的地址和数据总线与微控制器接口，所以必须将MF RC500的ALE引脚连接到微控制器的ALE信号。2 存储器部分    计时消费机中存储的消费数据要求掉电不丢失，为此选用了ATMEL公司的24C256 EEPROM。24C256是一个256kb的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOSEEPROM，可编程自定时写周期（包括自动擦除时间不超过10ms，典型时间为5ms），其地址分配如表1所示。图3 数据信息写入流程图    串行EEPROM的数据读取正确与否和系统软件的设计紧密相关。系统软件要根据硬件电路确定数据传输位；建立数

9、据区地址指针，按照串行EEPROM的工作时序设定读、写控制主程序。主程序分为以下两个部分。1）数据端口初始化    根据串行EEPROM数据存取的特点，设立数据端口的工作方式，建立相应的数据指针DPTR，为地址和数据信息的存、取建立各自的子程序，为后一步数据信息的存、取做准备。2）数据信息写入/读取    如图3所示，首先设立数据源的入口地址DPTP，然后调用串行EEPROM入口地址服务子程序，选通EEPROM数据区，启动读/写程序传输数据。3 计时模块    计时模块的电路如图4所示。PCF8563是低

10、功耗的CMOS 实时时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递。在给PCF8563送入初始的日历信息后，PCF8563中的日历就会自动运行。由于PCF8563为实时时钟芯片，在没有外接电源时仍然要求连续供电，以保持时间的准确无误。因此，这部分电路还加了掉电保护功能，在主供电系统意外断电时，即Vcc为0V时，D1截止，3.6V备用电源通过D2继续给PCF8563供电,保证其正常运行。4 显示模块    消费机显示部分包括前后面板都有8位LED数码管5 数据通信部分   

11、 每台消费机在投入使用前，都可通过串口根据实际情况对消费机进行读写器密钥、消费机号和基准时间等参数进行设置。设置成功后，参数保存在消费机的EEPROM中。图4 时钟电路    本设计中采用RS232串行通信方式进行数据的传送。数据的采集存储由单片机系统完成,而数据的处理由PC完成，即将PC与单片机组成上位机、下位机分布式控件系统。下位单片机作为前端处理机，深入到现场，负责采集各种数据并记录，在需要时将各种数据传到上位机。结束语    本文为一卡通系统脱网版提出了模块划分的蓝本，对一卡通系统中脱网版按键、按次等消费机的设计有指导意义,可以借鉴和参考。    这一系统采用了应用开发较为成熟的单片机STC89C58，其他芯片也均是市场上的主流产品，价格比较合理，因此整个系统的性价比较高。此外，本系统还具有以下优势：采用射频感应技术，可靠性高、保密性高、快速方便、使用寿命长；采用I2C