CPU卡下的飲料銷售機控制系統(tǒng)設(shè)計

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為了給人們提供一個方便、安全、環(huán)保的飲料消費環(huán)境，降低飲料的制造成本和減少對資源的浪費，本文提出以STC15F2K32S2高速單片機和MFRC500讀卡芯片為核心，以FM1208作為存儲消費金額的載體，設(shè)計出了一款具有較高性價比cpu卡飲料銷售機系統(tǒng)，并論述了該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計的具體方案。飲料銷售機作為一種高科技智能化產(chǎn)品，以其操作方便、服務(wù)便捷、晝夜服務(wù)等優(yōu)點得到廣大消費者的青睞。如今，在高校、超市、住宅小區(qū)、地鐵、商場、公園等客流量和人口較大的場所以及人員較集中的企業(yè)、公司等場所，隨處都可以發(fā)現(xiàn)飲料銷售機的身影。但是當(dāng)今市場上的自動飲料銷售機大多數(shù)為投幣式，這種自動飲料銷售機找零是個相當(dāng)麻煩的問題，而且即使有少量的刷卡消費的自動飲料銷售機，使用的也是最廣泛的IC卡M1卡，但是這種卡早年被破解，安全性較低。CPU卡是一種加密性很好的IC卡，內(nèi)部嵌有微處理器，它特有的內(nèi)外部認(rèn)證機制以及以金融IC卡規(guī)范為代表的專用認(rèn)證機制，能夠完全保證交易的合法性。因此，該設(shè)計采用FM1208作為存儲金額的載體設(shè)計出了一款基于CPU卡的飲料銷售機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以讀取合法的FM1208用戶卡、管理卡，具有飲料選擇、存儲消費記錄、提取消費記錄等功能。該系統(tǒng)安全性高、人機交互界面友好，操作靈活、方便，極大地方便了消費者，有效地提高了工作效率，并對CPU卡的普及應(yīng)用具有一定的推動作用。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)采用宏晶科技公司生產(chǎn)的STC15F2K32S2高速單片機驅(qū)動MFRC500讀卡芯片來操作CPU卡，硬件系統(tǒng)由單片機主控、射頻讀卡模塊、飲料檢測模塊、時鐘日歷模塊、數(shù)碼管顯示模塊、Flash存儲模塊等組成。系統(tǒng)具有2個獨立式按鍵，可以用來選擇飲料種類或者對系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置；讀卡模塊可以讀取合法的CPU卡用戶卡以及管理卡等；TM1620驅(qū)動芯片驅(qū)動六位數(shù)碼管實時顯示消費金額；大容量的Flash存儲器和日歷時鐘模塊可以實時記錄用戶的消費金額和刷卡時間，以備查詢；電磁閥門可以實現(xiàn)對飲料流出進行控制等功能。系統(tǒng)使用上位機管理軟件配合CPU卡發(fā)卡器，實現(xiàn)用戶登錄、注冊、各種類型的卡發(fā)放、圈存、退款，記錄查詢，賬目管理等功能；下位機控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)對CPU卡檢測、扣款、顯示、報警、控制飲料機電磁閥動作等功能，最終實現(xiàn)飲料銷售的功能。系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

該控制系統(tǒng)采用高速、低功耗STC15F2K32S2增強型單片機和MFRC500射頻讀卡芯片來實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計，具有讀卡速度快、讀卡距離遠、設(shè)計成本低等特點，既可以讀取M1系列的IC卡，也可以支持符合ISO14443A協(xié)議的CPU卡。STC15F2K32S2單片機是宏晶科技公司生產(chǎn)的單周期單片機，內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路和5MHz～35MHz可選的高精度R/C時鐘，可用在高速通信、智能控制等場合。利用該單片機內(nèi)部的EEPROM可以存儲系統(tǒng)的各種參數(shù)，如系統(tǒng)密碼、費率、開機畫面顯示等，使用非常方便。單片機和射頻芯片接口采用模擬總線方式，主控制器通過AD0-AD7以并行方式與MFRC500射頻芯片通訊，完成對其配置和讀寫控制，WR和RD控制MFRC500射頻芯片對數(shù)據(jù)的讀和寫，NCS用來控制是否選中MFRC500射頻芯片，低電平有效。數(shù)碼管驅(qū)動電路采用的是專用的LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片TM1620，TM1620可替代HC595、HC373等傳統(tǒng)的驅(qū)動電路，性價比較高，TM1620無需加三極管及電阻而直接驅(qū)動數(shù)碼管/數(shù)碼屏，且驅(qū)動電流大，亮度8級可調(diào)。在單片機程序設(shè)計方面，只要刷新一次顯示RAM數(shù)據(jù)而不用動態(tài)掃描，3線串行和單片機通信，非常省單片機硬件和軟件資源。TM1620芯片的TSTB、TCLK和TDIN引腳分別與單片機的P3.7、P3.6、P3.5引腳相連；TSTB為片選引腳，為低后的第一個字節(jié)作為指令；TDIN數(shù)據(jù)輸入引腳，在時鐘上升沿輸入串行數(shù)據(jù)，從低位開始在上升或下降沿初始化串行接口，隨后等待接收指令。TCLK時鐘輸入引腳，在上升沿讀取串行數(shù)據(jù)，下降沿輸出數(shù)據(jù)。電磁閥門控制電路主要是使用大功率三極管驅(qū)動TIP122來驅(qū)動的，TIP122是一種中等功率線性開關(guān)器件，經(jīng)常用于低速開關(guān)電路中。當(dāng)給單片機P2.3和P2.4引腳低電平時候，三極管導(dǎo)通，TIP122開始工作；反之，當(dāng)兩個引腳為低電平時候，TIP122不工作。電路中的兩個二極管D2、D3起到保護TIP122晶體管的作用。系統(tǒng)硬件設(shè)計電路圖如2所示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

CPU卡飲料銷售機系統(tǒng)的下位機軟件采用的是KeilC集成開發(fā)環(huán)境，用C語言設(shè)計相應(yīng)COS命令來實現(xiàn)的，上位機軟件是用VC++6.0開發(fā)的，配合CPU卡發(fā)卡器實現(xiàn)用戶各種類型的卡發(fā)放、充值、退款等功能，限于篇幅，此處主要論述下位機軟件設(shè)計方法。下位機上電后首先對系統(tǒng)進行初始化，包括讀取系統(tǒng)參數(shù)、初始化射頻芯片MFRC500、初始化TM1620等操作，然后顯示系統(tǒng)年月日、時分秒、費率、系統(tǒng)空閑時數(shù)碼管上顯示的狀態(tài)等，完成以上操作之后，系統(tǒng)進入尋卡循環(huán)。如果檢測到合法的CUP卡后則在數(shù)碼管上顯示出卡內(nèi)的余額，并給出蜂鳴器提示，通過按鍵來可以選擇飲料，若有被選擇的飲料則系統(tǒng)開始扣費，沒有則不扣費，用戶消費完拿走CPU卡后關(guān)閉電磁閥門，并把用戶的消費金額及消費時間存入的系統(tǒng)的Flash存儲器中。系統(tǒng)上電進入正常狀態(tài)后，一直處于尋卡狀態(tài)，一旦有合法的CPU卡進入天線區(qū)域，則讀取卡片內(nèi)存儲的卡類型信息，通過卡號來區(qū)分是哪種類型的卡。卡類型是按照卡號進行分類的，該卡號不是CPU卡默認(rèn)的序列號，而是在發(fā)卡器發(fā)卡時通過COS命令寫入到CPU卡內(nèi)部的二進制文件信息。下位機啟動后，默認(rèn)進入檢測CPU卡模式。當(dāng)檢測到有合法的用戶卡后，進行外部密鑰和金額讀取，并在數(shù)碼管上顯示出金額，同時蜂鳴器發(fā)出提示，等待用戶按鍵選擇對應(yīng)的飲料按鍵。當(dāng)按下某種飲料對應(yīng)的按鍵，此時數(shù)碼管上會按消費比率進行扣款，并在數(shù)碼管上一直顯示消費總額，如果某種飲料已經(jīng)售完，則按下相應(yīng)的按鍵不會進行扣款。按鍵處理任務(wù)負(fù)責(zé)接收用戶的按鍵輸入信息，并根據(jù)按鍵輸入信息進入不同處理模式，分配對應(yīng)的任務(wù)，完成人機交互功能。結(jié)論：該設(shè)計敘述了基于CPU卡的飲料銷售機系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和設(shè)計方法，分析了硬件和軟件設(shè)計的具體方案。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對FM1208CPU卡的各種操作，同時對消費信息的存儲、整理、提取也帶來了極大的方便。系統(tǒng)有效的解決了IC卡消費的不安全性和當(dāng)前市場上投幣式自動飲料銷售機找零麻煩的問題，對CPU卡普及應(yīng)用具有推動作用，對CPU卡技術(shù)的研究也具有重要的意義。

作者：常國權(quán) 單位：安陽工學(xué)院計算機科學(xué)與信息工程學(xué)院