基于單片機PIC的車載IC卡自動檢票機設(shè)計

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步、社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，IC卡正越來越廣泛地應(yīng)用于人們生活的各個領(lǐng)域。車載IC卡自動檢票機以能夠反復(fù)使用的IC卡作為付費介質(zhì)，用戶在其中存入一定金額，乘車時將卡靠近檢票機，檢票機自動扣去當(dāng)次票價，并轉(zhuǎn)存在檢票機中，實現(xiàn)了無現(xiàn)金交易。IC卡公共汽車自動售票系統(tǒng)不僅可以減輕售票員的勞動強度，還可以避免工作出錯，從而提高了公交公司的管理水平［2］。該文設(shè)計的IC卡自動檢票機采用PIC 單片機作為主控制器，實現(xiàn)了低功耗、高可靠性的設(shè)計需求。

1 車載IC卡自動檢票機的功能

車載IC卡自動檢票機是公交車上使用的收費設(shè)備，乘客的刷卡數(shù)據(jù)將記錄在車載機中，然后用數(shù)據(jù)采集盒或其他專用設(shè)備將車載機中的數(shù)據(jù)下載，并送往數(shù)據(jù)采集工作站的分公司，傳入PC 機。最后使用通信線路將數(shù)據(jù)傳至總公司IC卡管理中心進行匯總。

1) 檢票功能: 當(dāng)有IC卡靠近檢票機的有效工作范圍時，讀取IC卡的標識碼，辨別乘客類別，并進行相應(yīng)的讀寫操作。成功扣除當(dāng)次票價后，蜂鳴器發(fā)出短“滴”聲，同時綠燈閃亮。
2) 數(shù)據(jù)存儲功能：對成功刷卡的數(shù)據(jù)進行保存，包括營業(yè)額、用戶卡號、刷卡時間、用戶卡類型等數(shù)據(jù); 對刷卡處理不完全的或列入黑名單的卡也能予以記載。
3) 參數(shù)設(shè)置功能: 車載機可以通過設(shè)置卡進行線路、票價、車號、機號、時間的設(shè)置。
4) 查詢功能: 按查詢按鈕可以翻查乘客的刷卡記錄、當(dāng)班司機的簽到情況及運營情況。
5) 時間校準功能：可以用帶有時間校準任務(wù)的采集盒，在采集數(shù)據(jù)時自動校準車載機的時鐘。
6) 顯示功能: 可以顯示乘客卡類型、卡號、刷卡時間、當(dāng)次票價、卡內(nèi)余額; 司機卡號、簽到時間等信息。
7) 報警功能: 包括語音報警、指示燈提示、LCD顯示。對余額不足、偽卡、不正確刷卡、黑名單卡等情況及時報警。
8) 電源監(jiān)控功能: 當(dāng)系統(tǒng)電壓過低或掉電時，系統(tǒng)采取自我保護措施，并保存重要數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計中，選用低功耗的PIC 系列單片機作為主控制器。該系列單片機容量適中、功能豐富、運行速度快、性能可靠、價格低，滿足車載機的設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 自動檢票機的結(jié)構(gòu)框圖

2． 1 RS232 與無線通信

系統(tǒng)設(shè)計了2 個標準的RS232 接口和一個無線通信接口。其中一個RS232 接口用于系統(tǒng)設(shè)置，一個用于通信。在采集數(shù)據(jù)時，一般將數(shù)據(jù)采集盒插入RS232 通信接口進行數(shù)據(jù)采集，也可以使用帶有無線通信功能的采集器進行數(shù)據(jù)采集及下傳黑名單和運營參數(shù)。

目前，車載機中使用的無線通信種類繁多，有紅外線、藍牙、2． 4G 等。無線紅外技術(shù)帶寬大，穩(wěn)定性佳。但紅外無線傳輸技術(shù)對指向性要求很高，稍微偏離角度就不能進行操作; 另外，紅外無線傳輸對于發(fā)射功率要求較高。

2． 4G 技術(shù)可以雙工工作，單向傳輸速率可達2 Mbps，但價格較高。由于藍牙成本低，保密性好，目前的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，性價比較高，所以在設(shè)計中使用藍牙技術(shù)。

2． 2 IC卡讀寫與數(shù)據(jù)存儲

當(dāng)IC卡靠近讀寫器時，車載機讀取IC卡的各種數(shù)據(jù)信息，并進行相應(yīng)的處理。設(shè)計中選用13. 56 MHz的MF RC500 來完成對MIFARE1 射頻IC卡信息的讀寫工作。MF RC500 內(nèi)部包括安全和密碼控制單元，支持快速CRYPTOI 加密算法，可用于驗證Mifare1 IC卡; MF RC500 與IC卡的通信距離最大為100 mm。在IC卡進入工作范圍后，卡與讀寫器之間必須進行3 次雙向認證，只有認證通過后，才可讀寫數(shù)據(jù)。此外，MIFARE1 卡具有16 分區(qū)，各個分區(qū)都有自己的讀寫密碼和訪問機制，能應(yīng)用于不同的場合或系統(tǒng)，有很強的擴展性，可以真正做到“一卡多用”。

存儲器EEPROM 24C64 用于存放營業(yè)額、用戶卡號、黑名單等數(shù)據(jù)。當(dāng)IC卡讀寫完畢，成功刷卡后，當(dāng)次扣除的金額及用戶卡號等信息將自動存入24C64。

2． 3 顯示器與按鈕設(shè)計

顯示器主要用來完成檢票機所扣金額和用戶所持IC卡內(nèi)余額的顯示。設(shè)計采用帶字庫的128 ×64 LCD 顯示器，其特點是功耗低，可靠性高，電路簡單。

按鈕設(shè)計有查詢按鈕和設(shè)置按鈕。操作員按查詢按鈕一次，查詢最后一位乘客的刷卡記錄，再按動一次，查詢前一位乘客的刷卡記錄; 連續(xù)按查詢按鈕2 次，可以查詢司機卡號、簽到時間、營業(yè)額。按動設(shè)置按鈕，可以設(shè)置參數(shù)、翻查車載機的設(shè)置情況及取消報警。

2． 4 電源監(jiān)控電路

由于一些因素，可能導(dǎo)致系統(tǒng)電壓過低或掉電，利用電源監(jiān)控電路可進行數(shù)據(jù)保存，防止數(shù)據(jù)丟失。該部分選擇DS1232 監(jiān)控芯片來完成。DS1232 是一個具有看門狗功能的電源監(jiān)測芯片，在電源上電、斷電、電壓瞬態(tài)下降和死機時都會輸出一個復(fù)位脈沖，十分適合電源監(jiān)控電路。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3． 1 主程序

主程序流程如圖2 所示。第1 步，在系統(tǒng)開始檢票以前，各個模塊先進行初始化。第2步，當(dāng)沒有IC卡靠近檢票機的有效工作區(qū)域時，檢票機上的顯示模塊顯示“歡迎乘坐”及時間。當(dāng)有IC卡靠近時，先驗證是否是本系統(tǒng)下發(fā)的IC卡，如果不是，則采用蜂鳴器報警，如果是，則進行讀卡操作; 第3 步，讀取IC卡的特征碼，辨識該IC卡是管理員卡，司機卡，還是乘客卡，并執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。如果不是這3 類卡，則判定是偽卡，不能進行刷卡。

圖2 主程序流程圖

3． 2 乘客卡處理

乘客卡的處理子程序流程如圖3 所示。當(dāng)判定為乘客卡后，系統(tǒng)再根據(jù)第二套特征碼進行辨識，判斷該卡是優(yōu)惠卡、老人卡、學(xué)生卡還是普通卡。判斷完后，系統(tǒng)將按照事先設(shè)置好的票價，從IC卡中的余額扣除當(dāng)次票價，并將所扣金額加到營業(yè)額，保存刷卡記錄。為了系統(tǒng)更加人性化，乘客刷卡成功后，系統(tǒng)發(fā)出“嘀”聲，且綠燈亮。當(dāng)乘客卡中的金額少于當(dāng)次票價時，系統(tǒng)發(fā)出“嘀、嘀”的報警聲，并且語音提示“余額不足，請投幣”，紅燈亮。司機可以按動設(shè)置按鈕一次，取消報警。當(dāng)乘客卡中的金額少于5 元時，每次成功刷卡后，系統(tǒng)語音提示“請充值”。

圖3 乘客卡處理子程序流程圖

3． 3 黑名單卡處理

為了防止偽造卡、丟失卡的非法使用，在讀取乘客卡號時，系統(tǒng)將與黑名單進行比對。若發(fā)現(xiàn)黑名單卡，則發(fā)出“嘀嘀嘀”的報警聲，紅燈閃爍，并將該卡鎖定，做上標記。為了黑名單能夠?qū)崟r更新。數(shù)據(jù)采集盒在數(shù)據(jù)采集工作站進行數(shù)據(jù)處理時，工作站會自動將數(shù)據(jù)采集盒中的黑名單更新;數(shù)據(jù)采集盒在對車載機進行數(shù)據(jù)采集時，會自動將新版本黑名單下載至車載機。

4 結(jié)語

公交車載自動檢票機的使用，使得目前公交行業(yè)中的收費工作大為簡化，且更具開放性。所設(shè)計的基于PIC 的非接觸式IC卡檢票機，抗振性能好、可靠性高、實用性強，收費過程所需時間短，操作簡便，大大提高了工作效率。另外，非接觸式IC卡的使用壽命較長，該文所選的IC卡分區(qū)多，加密性好，為以后實現(xiàn)“交通一卡通”奠定了基礎(chǔ)。