校園一卡通在校車收費(fèi)中的應(yīng)用 - 脫網(wǎng)按次消費(fèi)讀寫器的開發(fā)
文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：徐鵬程 陳耿 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月28日
[文章內(nèi)容簡(jiǎn)介]：近年來，校園內(nèi)實(shí)現(xiàn)一卡通管理已經(jīng)成為校園管理發(fā)展的必然趨勢(shì)，它替代了現(xiàn)行校園日常生活中使用的教師工作證、學(xué)生證、借書證、醫(yī)療卡、上機(jī)卡、與現(xiàn)金交易相關(guān)聯(lián)的食堂飯卡、澡票等， 因此， “校園一卡通系統(tǒng)” 建設(shè)程度的高低將從一個(gè)側(cè)面反映出現(xiàn)代高校信息化的快慢。
近年來，校園內(nèi)實(shí)現(xiàn)一卡通管理已經(jīng)成為校園管理發(fā)展的必然趨勢(shì)，它替代了現(xiàn)行校園日常生活中使用的教師工作證、學(xué)生證、借書證、醫(yī)療卡、上機(jī)卡、與現(xiàn)金交易相關(guān)聯(lián)的食堂飯卡、澡票等， 因此， “校園一卡通系統(tǒng)” 建設(shè)程度的高低將從一個(gè)側(cè)面反映出現(xiàn)代高校信息化的快慢。
1 設(shè)計(jì)思想
校內(nèi)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)校園一卡通，但I(xiàn)C卡讀寫機(jī)都是用網(wǎng)線與服務(wù)器連接起來的，即時(shí)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而校車上的IC卡讀寫機(jī)不能進(jìn)行即時(shí)通信，而且消費(fèi)金額不用人工確定，是按次進(jìn)行扣減，我們?cè)诂F(xiàn)有的IC卡讀寫機(jī)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。使之能實(shí)現(xiàn)讀寫器脫離服務(wù)器單獨(dú)工作，按次消費(fèi)，消費(fèi)后不記帳，只在卡上扣減消費(fèi)額，正確扣款顯示余額，對(duì)卡余額不足或其他不允許扣錢情況，有錯(cuò)誤提示功能。
2 硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)部分分別從非接觸式IC卡和IC卡讀寫器來分析。
2．1非接觸式Ic卡
由于該卡在支付乘車款按次消費(fèi)時(shí)，消費(fèi)后不記帳，只在卡上扣消費(fèi)額，那么我們?cè)谄渌F(xiàn)金交易相關(guān)聯(lián)的地方消費(fèi)時(shí)，例如食堂用餐，食堂的IC卡讀寫器是聯(lián)網(wǎng)的，與服務(wù)器即時(shí)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，就會(huì)出現(xiàn)服務(wù)器中的金額與卡中金額不符，系統(tǒng)出錯(cuò)。那么我們就有必要在Ic卡中開辟出另外一個(gè)存儲(chǔ)空間用來專門存儲(chǔ)乘車款。
以Mifare IC卡為例，存儲(chǔ)容量為8192位，分16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)由4塊組成，每塊有16個(gè)字節(jié)。每個(gè)扇區(qū)都在第4塊的前6個(gè)字節(jié)保存密碼A，最后6個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)密碼B，中間余下的4個(gè)字節(jié)是存取控制字。根據(jù)IC卡的存取控制方式，每個(gè)讀／寫指令周期只能訪問一個(gè)塊，所以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)采用不跨塊存儲(chǔ)方式。以8421碼存儲(chǔ)方式，每塊可以存儲(chǔ)32位十進(jìn)制數(shù)字，對(duì)于一卡通用戶來說，一個(gè)塊的存儲(chǔ)容量就綽綽有余了。所以將0-9塊作為主存塊，1號(hào)塊作為備份塊，3號(hào)塊作為
備用。由于在這16個(gè)扇區(qū)中，00塊是廠商代碼，已經(jīng)固化，不可以改寫，這樣MifareIC卡可以化分出1 5個(gè)完全一致的獨(dú)立分區(qū)(即錢包)。
發(fā)卡中心對(duì)不同的應(yīng)用部門設(shè)置不同的存取控制字(4bit)和密碼A，B，注意其每一位的格式，發(fā)卡時(shí)寫入對(duì)應(yīng)位置后生效。不同類型的讀寫機(jī)不能訪問與自己無關(guān)的扇區(qū)。這樣就解決了乘車款與其他消費(fèi)款共存的問題。如表1。
2．2 IC卡讀寫器
讀寫器又稱PCD(Proximity Coupling Device)，具有讀寫功能。主要由讀寫模塊，天線， 顯示模塊， 電源等部分組成。
(1)讀寫模塊
荷蘭Philips公司的讀寫模塊MCM(mifare coremodule，指Mifare核心模塊)主要有兩種型號(hào)：MCM200和MCM5O0。這兩種智能模塊均被用于讀寫Mifarel非接觸式IC智能射頻卡的讀寫器中，負(fù)責(zé)讀寫器中對(duì)非接觸式IC智能射頻卡片的讀寫功能。單片機(jī)MCU是通過對(duì)讀寫模塊MCM 內(nèi)核特殊的內(nèi)存寄存器的讀寫來控制MCM 的。MCM 實(shí)際上是MCU與非接觸式IC智能卡(射頻卡)之間信息交換的中介。無論讀取卡片上的數(shù)據(jù)，或?qū)戇M(jìn)卡片上的數(shù)據(jù)均須通過MCM 傳遞。對(duì)一個(gè)非接觸的數(shù)據(jù)載體的讀、寫操作是嚴(yán)格按照“主一從原則” 來進(jìn)行的。這意味著，讀寫器和應(yīng)答器的所有動(dòng)作均有應(yīng)用軟件來控制。因此在一個(gè)分層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，
應(yīng)用軟件是作為主動(dòng)方，而讀寫器則作為從方只對(duì)應(yīng)用軟件的讀寫指令做出反應(yīng)。
為了執(zhí)行應(yīng)用軟件發(fā)出的一條指令，讀寫器會(huì)與一個(gè)應(yīng)答器建立通信。而相對(duì)于應(yīng)答器，此時(shí)的讀寫器是主動(dòng)方。應(yīng)答器只響應(yīng)讀寫器所發(fā)出的指令，從不自主活動(dòng)。由應(yīng)用軟件向讀寫器發(fā)出的一條簡(jiǎn)單的讀取命令，此時(shí)會(huì)在讀寫器和某個(gè)應(yīng)答器之間觸發(fā)一系列的通信步驟。
(2)天線
天線部分是用來與卡片上的天線進(jìn)行耦合，整個(gè)卡片是由RF射頻接口電路和數(shù)字電路兩個(gè)部分構(gòu)成，卡片上沒有電源，工作時(shí)的電源由讀寫器的天線向Ic卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)LG串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵(lì)下，L G 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)， 當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù) 射頻卡使用不同的頻段來通訊，在非接觸式Ic卡中最常使用的頻率是l3．56MHz。
(3)顯示模塊
由于一卡通Ic卡讀寫器采用的是模塊化設(shè)計(jì)，模塊間的通信采用IIC總線聯(lián)接，所以一卡通IC卡讀寫器顯示模塊也是一個(gè)獨(dú)立的單片微機(jī)系統(tǒng)。
一卡通IC卡讀寫器要求具有前后兩塊顯示屏，每個(gè)顯示屏能顯示六個(gè)漢字詞組和兩排數(shù)碼顯示，每排數(shù)碼顯示要求能顯示8個(gè)帶小數(shù)點(diǎn)數(shù)字。
(4)電源部分
本系統(tǒng)中顯示器使用16 X 4的LED，最大功耗電流為：
最大功耗電流：(6+6)X 6mA+6mA ×8X 8 X 4=l608mA
若采用5V 電源，則顯示部分功耗就達(dá)8 W ，再加上其它部份供電，系統(tǒng)就得選用20W 的電源。為此，我們采用3．3V電源，這時(shí)顯示部份功耗降為5．3W，再加上其它部份供電3W，我們就可選用10W 的開關(guān)電源。這樣既減小了成本，也減小了系統(tǒng)的發(fā)熱，減少了故障的發(fā)生。所以我們選用汽車自帶的12V電源，提供5V和3．3V兩種電壓輸出，5V供電滿負(fù)荷0．8A，4W；3V供電滿負(fù)荷1．6A，5W。
3 軟件設(shè)計(jì)
我們使用現(xiàn)有的連網(wǎng)消費(fèi)的讀寫機(jī)作硬件，只按功能要求修改讀卡板軟件。模塊軟件采用V7．0版C5l語(yǔ)言模塊化方式編寫。
3．1 8958單片機(jī)中斷．內(nèi)存資源分配本模塊采用了定時(shí)器T0中斷、串口中斷、讀卡外部中斷。
3．2 開機(jī)自檢
開機(jī)自檢時(shí)，保證PC機(jī)通訊、顯示通訊、EEPROM 讀寫、RC500初始化等部件正常工作，并完成聲、光、顯示提示。
3．3軟件流程
3．4通信協(xié)議
3．4．1幀格式
起始、長(zhǎng)度、機(jī)號(hào)、機(jī)型及命令．?dāng)?shù)據(jù)、校驗(yàn)、結(jié)束
起始、結(jié)束：l字節(jié)，
長(zhǎng)度：l字節(jié)(0-127)最高位為l表示后面還有l(wèi)字節(jié)或2字節(jié)(128-16383)
機(jī)號(hào)：2字節(jié)l6進(jìn)制，產(chǎn)品唯一編號(hào)(上傳為源機(jī)號(hào)，下傳為目的機(jī)號(hào))；
命令：l 字節(jié)
校驗(yàn)：累加和校驗(yàn)
3．4．2 命令
(1)系統(tǒng)命令(下傳)
設(shè)置讀寫器參數(shù)，該數(shù)據(jù)存于EEPROM中，掉電保護(hù)，無需每次初始化都設(shè)置。長(zhǎng)度為1 6字節(jié)：0區(qū)．1 5區(qū)A、B密鑰，等待時(shí)間，重發(fā)次數(shù)，告警線K A ，每次消費(fèi)金額(單位角)。
W LT復(fù)位命令，無數(shù)據(jù)。
ICK R／W 復(fù)位命令，無數(shù)據(jù)。
設(shè)置IP地址命令，新IP地址4字節(jié)，16進(jìn)制。
(2)應(yīng)答命令
3E／3F：ACK／NAK(通信正確與錯(cuò)誤)；為提高在汽車的適應(yīng)能力，包括用戶的各類特殊要求，抗干擾，抗惡劣環(huán)境，除硬件上采用監(jiān)控電路外，在軟件上還采取了指令冗余和軟件陷阱。
4 結(jié)語(yǔ)
本論文主要探討的是在校園一卡通基礎(chǔ)上，開發(fā)了運(yùn)用在校車上收費(fèi)的脫網(wǎng)按次消費(fèi)校園IC卡讀寫器，在此基礎(chǔ)上，可由校園管理部門對(duì)校園所有活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，提高管理效率，避免其他部門“各自為政”，減少重復(fù)投資，降低系統(tǒng)總成本，達(dá)到全面優(yōu)化的目的。
本文關(guān)鍵詞：校園一卡通,收費(fèi),讀寫器
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