基于非接觸IC卡自動(dòng)計時(shí)停車(chē)收費系統設計

　　摘 要：根據停車(chē)場(chǎng)智能化管理的需要提出了系統設計思想。系統硬件設備由入口設備、出口設備和發(fā)卡設備組成，論述了它們的硬件電路設計和軟件設計，并重點(diǎn)討論了IC卡讀寫(xiě)的硬、軟件設計。

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟飛速發(fā)展．城市汽車(chē)數量劇增，停車(chē)難問(wèn)題愈來(lái)愈凸現，在增加停車(chē)場(chǎng)數量的同時(shí)，提高停車(chē)場(chǎng)的智能化管理是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵。本設計開(kāi)發(fā)的自動(dòng)計時(shí)停車(chē)收費系統，以非接觸IC卡技術(shù)為基礎．實(shí)現了停車(chē)場(chǎng)收費管理現代化，它具有效率高、管理科學(xué)、安全可靠等特點(diǎn)。

　　1 系統整體設計

　　整個(gè)系統硬件設備由停車(chē)場(chǎng)人口設備、停車(chē)場(chǎng)出口設備和發(fā)卡設備三部分組成。人口設備和出口設備位于停車(chē)場(chǎng)人口和出口單機工作，而發(fā)卡設備位于管理中心，由上位機控制。三部分設備的硬件設計和主要功能如表1所示。

　　表1 設備硬件組成與功能

　　硬件組成上，發(fā)卡設備直接由上位機控制，所以無(wú)需鍵盤(pán)、LCD模塊等硬件，出口設備包含人口設備和發(fā)卡設備所有的硬件，它們的設計只需在出口設備硬件基礎上去掉相應模塊，所以在后面的硬件設計介紹中以出口設備為代表 三種設備的不同功能由軟件編程實(shí)現，出口程序經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)和簡(jiǎn)單的修改可得到人口設備程序，所以在軟件設計中主要討論了出口設備和發(fā)卡設備的程序流程。在整個(gè)系統中，非接觸IC卡是三部分硬件設備相互聯(lián)系的橋梁，非接觸IC卡的讀寫(xiě)程序設計是系統實(shí)現的關(guān)鍵，本文將重點(diǎn)討論。

　　2 IC卡卡內存儲空間的分配

　　本設計使用PHILIPS公司的MF1 IC卡，卡內集成1KB的E2PROM，并劃分為16個(gè)可獨立使用的扇區，每個(gè)扇區又分為4個(gè)16字節的存儲塊，每個(gè)扇區的第4個(gè)存儲塊保存該扇區的密碼和訪(fǎng)問(wèn)控制，IC卡中的16個(gè)扇區可用于16個(gè)不同系統中。本設計使用扇區2，具體存儲空間劃分：塊0的低4個(gè)字節存儲用戶(hù)序列號，塊1存放存儲用戶(hù)余額，塊2低7個(gè)字節存放停車(chē)起始時(shí)間 塊3存放兩套6字節密碼和4寧節訪(fǎng)問(wèn)控制。

　　3 硬件設計

　　3．1出口設備硬件結構

　　出口設備硬件結構如圖1所示．AT89C55單片機作為控制器，它片內集成20KB的程序存儲器，滿(mǎn)足本設計對程序存儲器容量的要求：ZLG7289芯片外接4x4的鍵盤(pán)；DS1302為停車(chē)計時(shí)提供準確時(shí)鐘；LCD液晶顯示各種信息，如按鍵信息、時(shí)間和停車(chē)費用等：AT24C256存儲用戶(hù)結算信息：通過(guò)RS-232 I亍上位機通信：通過(guò)ZLG500對IC卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作：MCU通過(guò)P1．7端口向擋車(chē)閘電機控制器發(fā)送開(kāi)關(guān)車(chē)閘信號。為充分利用單片機有限的端口，外圍設備多采用了具有I2C接口f如AT2,4C256、DS1302)和SPI接1：3(如ZLG7289、ZLG500)的器件。

　　圖1 出口設備硬件示意圖

　　3．2非接觸IC卡讀寫(xiě)模塊ZLG500

　　ZLG500負責對非接觸IC卡的讀寫(xiě)操作。需外接PCB天線(xiàn)。ZLG500模塊連接電路如圖2所示．傳輸啟動(dòng)端SS接MCU的外部中斷O，MCU和ZLG500之問(wèn)發(fā)送數據，首先由發(fā)送方將SS拉低并且在發(fā)送結束后將SS拉高，本設計中MCU以下降沿中斷觸發(fā)的方式接收Z(yǔ)LG500發(fā)送的數據．并將外部中斷O設置為最高優(yōu)先級，保證第一時(shí)間接收到IC卡數據。SCLK為SPI接口的時(shí)鐘線(xiàn)，總是由MCU產(chǎn)生。SDATA為雙向數據線(xiàn)，在數據傳輸開(kāi)始前，由數據發(fā)送方將SDATA拉低，數據接收方同意接收數據則將SDATA拉高，作為接收響應信號，之后SDATA作為數據傳送線(xiàn)。模塊自帶看門(mén)狗，復位端RST可懸空或接低電平。CTRL和BZ接發(fā)光二極管和蜂嗚。

　　圖2 ZLG500模塊電路連接圖

　　3．3 AT24C256存儲器存儲空間劃分

　　采用具有32KB存儲容量AT24C256存儲收費結算信息。存儲空間劃分：第1、2字節為出口設備號，第3、4個(gè)字節為已打卡數量，第5到第8個(gè)字節為收費總金額，后面為用戶(hù)數據區，每位用戶(hù)數據由13字節組成．包括4字節用戶(hù)序列號和2字節消費金額(BCD碼1．最多記錄5460個(gè)用戶(hù)數據。

　　3．4 LCD顯示

　　采用SMG12864液晶顯示模塊，可顯示4行8列共32個(gè)16x16的漢字。它自帶2個(gè)KS0108B和1個(gè)KS0107B顯示驅動(dòng)控制器．2個(gè)KS0108B分別控制左右兩個(gè)半屏64x64)像素點(diǎn)的顯示．KS0107B作為64行的行驅動(dòng)控制。液晶模塊采用直接控制方式．P2．2和P2．3分別接CS1和CS2用于左右半屏控制器的片選，RS(接P2．O)為內部功能寄存器選擇，R／W(接P2．1)為讀寫(xiě)控制信號．P2．7接LCD驅動(dòng)器的使能端E。

　　3．5鍵盤(pán)設計

　　鍵盤(pán)接口電路采用ZLG7289芯片．其按鍵有效輸出端，KEY)接MCU的INT1．／KEY在有效按鍵時(shí)為低電平，平時(shí)為高電平。 EY的下降沿觸發(fā)按鍵中斷之后，MCU根據ZLG7289發(fā)送的鍵值進(jìn)行相應處理。設計按鍵有：數字鍵0-9、"．"、"功能"、"退出"、"退格"、"確定"。

　　4 軟件設計

　　軟件設計采用了模塊化設計方法．首先設計出設備外圍各硬件的驅動(dòng)程序，將各硬件的驅動(dòng)函數聲明在相應頭文件(．h文件)中，然后在主程序中包含這些頭文件，按系統功能需要調用各個(gè)模塊的驅動(dòng)函數。限于篇幅，本文只詳細討論了主程序流程和讀寫(xiě)卡程序。

　　4．1主程序

　　4．1．1出口設備主程序流程

　　(1)啟動(dòng)后對LCD、E2pROM、ZLG500和時(shí)鐘等初始化；

　　(2)讀取當前時(shí)間、LCD顯示待機界面；

　　(3)等待射頻IC卡的請求、按鍵請求或串13通信請求。有任一種請求則進(jìn)入相應處理程序，并且處理程序返回之前。屏蔽其它兩種請求。① IC卡請求，驗證用戶(hù)IC 合法性，若為非法卡．則放棄IC卡請求，若為合法卡，從DS1302和IC卡中獲取當前時(shí)間和停車(chē)起始時(shí)間，計算出停車(chē)費用，從IC卡獲取用戶(hù)余額。若判斷消費金額超過(guò)用戶(hù)余額則蜂嗚報警并在LCD 中提示。否則將扣除消費金額并將余額寫(xiě)入IC卡中，最后將用戶(hù)序列號和消費金額存儲到AT24C256中，上位機根據存儲器中用戶(hù)消費金額更新用戶(hù)余額。② 按鍵請求．"功能"鍵被按下會(huì )中斷觸發(fā)按鍵處理程序，液晶顯示"請輸入密碼"，正確輸入密碼后，在液晶中顯示各種功能，如"設置時(shí)間"、"查詢(xún)總金額"、"記錄個(gè)數"等，按數字鍵選擇相應功能，按"退出"鍵可以退到上一層操作界面，按"確定"鍵可確認輸入，"退格"鍵取消前一步輸入。③ 串口通信請求，出口設備與上位機連接時(shí)．根據上位機命令．可進(jìn)行存儲器數據上傳、設置設備時(shí)間等操作。

　　(4)向擋車(chē)閘電機控制器發(fā)出開(kāi)關(guān)信號。

　　4．1．2 發(fā)卡設備主程序流程

　　開(kāi)機后對讀寫(xiě)卡模塊和串口進(jìn)行初始化． 然后等待上位機命令：

　　(1)若為"發(fā)新卡命令"．接著(zhù)接收上位機發(fā)來(lái)的新用戶(hù)數據，當在有效范圍內檢測到合法卡時(shí)將數據寫(xiě)入IC卡內扇區2

　　中相應位置中：

　　(2)若為"充值命令"，將有效范圍內IC卡的用戶(hù)信息傳給上位機，然后等待上位機發(fā)來(lái)"寫(xiě)卡命令"：

　　(3)收到"寫(xiě)卡命令"，緊接著(zhù)接收上位機發(fā)送的數據，然后將接收到的數據寫(xiě)入IC卡中。

　　4．2讀寫(xiě)IC卡模塊通信協(xié)議與程序設計

　　4．2 1 MCU與ZLG500之間的通信協(xié)議

　　MCU與ZLG500之間的通信接圖3所示的數據格式進(jìn)行。

　　圖3 MCU與ZLG500之間通信的數據格式

　　數據塊各字段描述如下：

　?、?SeqNr：數據交換包的序號；

　?、?Command：MCU向ZLG500發(fā)送命令的代碼，例如Read命令為0x46。Write命令為0x47：

　?、?Status：ZLG500對MCU發(fā)出命令的響應；

　?、?Len：要發(fā)送數據的個(gè)數，以字節為單位；

　?、?Data[0?N1：要發(fā)送的Len個(gè)字節的數據；

　?、?BCC：BCC校驗碼，計算公式為：Byte[n]=NOT(Byte XOR Byte XOR....XOR Byte[n一11)。

　　MCU與ZLG500之間通信必須先由MCU發(fā)起，MCU按照數據格式向ZLG500發(fā)送命令和數據，ZLG500執行完命令后，將命令執行的狀態(tài)和響應數據按照數據格式發(fā)回給MCU。

　　4．2．2讀寫(xiě)IC卡過(guò)程的代碼實(shí)現

　　讀寫(xiě)IC卡程序分為底層驅動(dòng)函數和高層應用接口。底層驅動(dòng)函數使用匯編語(yǔ)言設計， 主要包括SPI總線(xiàn)數據發(fā)送函數(_SPI_SEND)和