基于PIC單片機的車載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(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(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(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(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(shù)據(jù)。

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(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(shù)據(jù)存儲

當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(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。