基于單片機PIC的車載IC卡自動檢票機設計

0 引言

隨著科學技術的進步、社會經濟的飛速發(fā)展，IC卡正越來越廣泛地應用于人們生活的各個領域。車載IC卡自動檢票機以能夠反復使用的IC卡作為付費介質，用戶在其中存入一定金額，乘車時將卡靠近檢票機，檢票機自動扣去當次票價，并轉存在檢票機中，實現了無現金交易。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］。該文設計的IC卡自動檢票機采用PIC 單片機作為主控制器，實現了低功耗、高可靠性的設計需求。

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備，乘客的刷卡數據將記錄在車載機中，然后用數據采集盒或其他專用設備將車載機中的數據下載，并送往數據采集工作站的分公司，傳入PC 機。最后使用通信線路將數據傳至總公司IC卡管理中心進行匯總。

1) 檢票功能: 當有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，并進行相應的讀寫操作。成功扣除當次票價后，蜂鳴器發(fā)出短“滴”聲，同時綠燈閃亮。
2) 數據存儲功能：對成功刷卡的數據進行保存，包括營業(yè)額、用戶卡號、刷卡時間、用戶卡類型等數據; 對刷卡處理不完全的或列入黑名單的卡也能予以記載。
3) 參數設置功能: 車載機可以通過設置卡進行線路、票價、車號、機號、時間的設置。
4) 查詢功能: 按查詢按鈕可以翻查乘客的刷卡記錄、當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的采集盒，在采集數據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、當次票價、卡內余額; 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，并保存重要數據。

2 系統(tǒng)的硬件結構設計

在設計中，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，滿足車載機的設計要求。結構框圖如圖1 所示。

圖1 自動檢票機的結構框圖

2． 1 RS232 與無線通信

系統(tǒng)設計了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)設置，一個用于通信。在采集數據時，一般將數據采集盒插入RS232 通信接口進行數據采集，也可以使用帶有無線通信功能的采集器進行數據采集及下傳黑名單和運營參數。

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。無線紅外技術帶寬大，穩(wěn)定性佳。但紅外無線傳輸技術對指向性要求很高，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，目前的技術已經相當成熟，性價比較高，所以在設計中使用藍牙技術。

2． 2 IC卡讀寫與數據存儲

當IC卡靠近讀寫器時，車載機讀取IC卡的各種數據信息，并進行相應的處理。設計中選用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，才可讀寫數據。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、黑名單等數據。當IC卡讀寫完畢，成功刷卡后，當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卡內余額的顯示。設計采用帶字庫的128 ×64 LCD 顯示器，其特點是功耗低，可靠性高，電路簡單。

按鈕設計有查詢按鈕和設置按鈕。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。按動設置按鈕，可以設置參數、翻查車載機的設置情況及取消報警。

2． 4 電源監(jiān)控電路

由于一些因素，可能導致系統(tǒng)電壓過低或掉電，利用電源監(jiān)控電路可進行數據保存，防止數據丟失。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位脈沖，十分適合電源監(jiān)控電路。

3 系統(tǒng)的軟件設計

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。當判定為乘客卡后，系統(tǒng)再根據第二套特征碼進行辨識，判斷該卡是優(yōu)惠卡、老人卡、學生卡還是普通卡。判斷完后，系統(tǒng)將按照事先設置好的票價，從IC卡中的余額扣除當次票價，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。當乘客卡中的金額少于當次票價時，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。司機可以按動設置按鈕一次，取消報警。當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。為了黑名單能夠實時更新。數據采集盒在數據采集工作站進行數據處理時，工作站會自動將數據采集盒中的黑名單更新;數據采集盒在對車載機進行數據采集時，會自動將新版本黑名單下載至車載機。

4 結語

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“交通一卡通”奠定了基礎。