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校园一卡通在校车收费中脱网按次消费读写器的开发

作者:徐鹏程 陈耿
来源:RFID世界网
日期:2011-01-10 10:23:22
摘要:近年来,校园内实现一卡通管理已经成为校园管理发展的必然趋势,它替代了现行校园日常生活中使用的教师工作证、学生证、借书证、医疗卡、上机卡、与现金交易相关联的食堂饭卡、澡票等, 因此, “校园一卡通系统” 建设程度的高低将从一个侧面反映出现代高校信息化的快慢。
  近年来,校园内实现一卡通管理已经成为校园管理发展的必然趋势,它替代了现行校园日常生活中使用的教师工作证、学生证、借书证、医疗卡、上机卡、与现金交易相关联的食堂饭卡、澡票等, 因此, “校园一卡通系统” 建设程度的高低将从一个侧面反映出现代高校信息化的快慢。

  1 设计思想

  校内现已实现校园一卡通,但IC卡读写机都是用网线与服务器连接起来的,即时通信,进行数据处理,而校车上的IC卡读写机不能进行即时通信,而且消费金额不用人工确定,是按次进行扣减,我们在现有的IC卡读写机上进行设计。使之能实现读写器脱离服务器单独工作,按次消费,消费后不记帐,只在卡上扣减消费额,正确扣款显示余额,对卡余额不足或其他不允许扣钱情况,有错误提示功能。

  2 硬件设计

  硬件设计部分分别从非接触式IC卡和IC卡读写器来分析。

  2.1非接触式Ic卡
  由于该卡在支付乘车款按次消费时,消费后不记帐,只在卡上扣消费额,那么我们在其他现金交易相关联的地方消费时,例如食堂用餐,食堂的IC卡读写器是联网的,与服务器即时通信,进行数据交换,就会出现服务器中的金额与卡中金额不符,系统出错。那么我们就有必要在Ic卡中开辟出另外一个存储空间用来专门存储乘车款。

  以Mifare IC卡为例,存储容量为8192位,分16个扇区,每个扇区由4块组成,每块有16个字节。每个扇区都在第4块的前6个字节保存密码A,最后6个字节存储密码B,中间余下的4个字节是存取控制字。根据IC卡的存取控制方式,每个读/写指令周期只能访问一个块,所以数据存储时采用不跨块存储方式。以8421码存储方式,每块可以存储32位十进制数字,对于一卡通用户来说,一个块的存储容量就绰绰有余了。所以将0-9块作为主存块,1号块作为备份块,3号块作为
备用。由于在这16个扇区中,00块是厂商代码,已经固化,不可以改写,这样MifareIC卡可以化分出1 5个完全一致的独立分区(即钱包)。

  发卡中心对不同的应用部门设置不同的存取控制字(4bit)和密码A,B,注意其每一位的格式,发卡时写入对应位置后生效。不同类型的读写机不能访问与自己无关的扇区。这样就解决了乘车款与其他消费款共存的问题。如表1。

  2.2 IC卡读写器

  读写器又称PCD(Proximity Coupling Device),具有读写功能。主要由读写模块,天线, 显示模块, 电源等部分组成。

  (1)读写模块

  荷兰Philips公司的读写模块MCM(mifare coremodule,指Mifare核心模块)主要有两种型号:MCM200和MCM5O0。这两种智能模块均被用于读写Mifarel非接触式IC智能射频卡的读写器中,负责读写器中对非接触式IC智能射频卡片的读写功能。单片机MCU是通过对读写模块MCM 内核特殊的内存寄存器的读写来控制MCM 的。MCM 实际上是MCU与非接触式IC智能卡(射频卡)之间信息交换的中介。无论读取卡片上的数据,或写进卡片上的数据均须通过MCM 传递。对一个非接触的数据载体的读、写操作是严格按照“主一从原则” 来进行的。这意味着,读写器和应答器的所有动作均有应用软件来控制。因此在一个分层系统结构中,应用软件是作为主动方,而读写器则作为从方只对应用软件的读写指令做出反应。

  为了执行应用软件发出的一条指令,读写器会与一个应答器建立通信。而相对于应答器,此时的读写器是主动方。应答器只响应读写器所发出的指令,从不自主活动。由应用软件向读写器发出的一条简单的读取命令,此时会在读写器和某个应答器之间触发一系列的通信步骤。

  (2)天线

  天线部分是用来与卡片上的天线进行耦合,整个卡片是由RF射频接口电路和数字电路两个部分构成,卡片上没有电源,工作时的电源由读写器的天线向Ic卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个LG串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同,这样在电磁波激励下,L G 谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内存储, 当所积累的电荷达到2V时,此电容可作为电源为其他电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接收读写器的数据 射频卡使用不同的频段来通讯,在非接触式Ic卡中最常使用的频率是l3.56MHz。

  (3)显示模块

  由于一卡通Ic卡读写器采用的是模块化设计,模块间的通信采用IIC总线联接,所以一卡通IC卡读写器显示模块也是一个独立的单片微机系统。

  一卡通IC卡读写器要求具有前后两块显示屏,每个显示屏能显示六个汉字词组和两排数码显示,每排数码显示要求能显示8个带小数点数字。

  (4)电源部分

  本系统中显示器使用16 X 4的LED,最大功耗电流为:

  最大功耗电流:(6+6)X 6mA+6mA ×8X 8 X 4=l608mA

  若采用5V 电源,则显示部分功耗就达8 W ,再加上其它部份供电,系统就得选用20W 的电源。为此,我们采用3.3V电源,这时显示部份功耗降为5.3W,再加上其它部份供电3W,我们就可选用10W 的开关电源。这样既减小了成本,也减小了系统的发热,减少了故障的发生。所以我们选用汽车自带的12V电源,提供5V和3.3V两种电压输出,5V供电满负荷0.8A,4W;3V供电满负荷1.6A,5W。

  3 软件设计

  我们使用现有的连网消费的读写机作硬件,只按功能要求修改读卡板软件。模块软件采用V7.0版C5l语言模块化方式编写。

  3.1  8958单片机中断.内存资源分配本模块采用了定时器T0中断、串口中断、读卡外部中断。

  3.2  开机自检
  开机自检时,保证PC机通讯、显示通讯、EEPROM 读写、RC500初始化等部件正常工作,并完成声、光、显示提示。

  3.3软件流程

  3.4通信协议
  3.4.1帧格式
  起始、长度、机号、机型及命令.数据、校验、结束
  起始、结束:l字节,
  长度:l字节(0-127)最高位为l表示后面还有l字节或2字节(128-16383)
  机号:2字节l6进制,产品唯一编号(上传为源机号,下传为目的机号);
  命令:l 字节
  校验:累加和校验

  3.4.2 命令
  (1)系统命令(下传)
  设置读写器参数,该数据存于EEPROM中,掉电保护,无需每次初始化都设置。长度为1 6字节:0区.1 5区A、B密钥,等待时间,重发次数,告警线K A ,每次消费金额(单位角)。

  W LT复位命令,无数据。
  ICK R/W 复位命令,无数据。
  设置IP地址命令,新IP地址4字节,16进制。

  (2)应答命令
  3E/3F:ACK/NAK(通信正确与错误);为提高在汽车的适应能力,包括用户的各类特殊要求,抗干扰,抗恶劣环境,除硬件上采用监控电路外,在软件上还采取了指令冗余和软件陷阱。

  4  结语

  本论文主要探讨的是在校园一卡通基础上,开发了运用在校车上收费的脱网按次消费校园IC卡读写器,在此基础上,可由校园管理部门对校园所有活动进行统一管理,提高管理效率,避免其他部门“各自为政”,减少重复投资,降低系统总成本,达到全面优化的目的。