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2.3硬件组成
公交收费系统结构复杂，环节较多，因此，公交非接触IC 卡的读写器至少应包括公交售卡机、公交车载机和公交制卡机三个读写器。除了售卡机要求有键盘外，其余的硬件组成大体相同。图为非接触IC卡及其读写器硬件电路原理图，主要由MMM微模块、单片机、键盘、显示、存储器、天线和监控电路以及与PC机通信的TC232串行通信接口电路等部分组成。公交车IC卡读写器电路原理图如图2－1所示。 2－1公交车IC卡读写器电路原理图
2.3.1单片机系统
单片机采用89C52。它片内有8KB的ROM，256字节的RAM以及有32个I/O口。P1口与串行器件24C64和显示、报警电路连接；P0口与MMM微模块相连，用作数据线；P2口用作4×4键盘；P3口用于读写控制和中断。
2.3.2键盘电路
键盘接口电路用P2口接成4×4结构，共16个键。其中数字键10个，功能键2个，退格键和回车键各1个，有2个键暂时未用。功能键有查询和通信两键。查询键：售卡员可以通过此键查询售卡金额和售卡记录数。通信键：由于读写器的存储量有限，因此读写器每售卡一段时间，应将读写器中的数据通过RS-232串行接口与PC机通信，以便回放和清空读写器中的数据。数据回放到PC机中后，通过分析处理，形成各种报表，以便公交公司及时掌握售卡情况。使用了标准的4x4键盘。单片机的A口低8位为键盘的接口。但考虑到对控制功能的扩展，我们使用了4x4的键盘。接口图如图2－2所示。
图2－2 键盘接口电路图
2.3.3显示电路
显示部分采用数码显示，利用串行输入BCD码--十进制译码驱动显示器件MC14499来完成与单片机系统的显示接口，以显示读写器工作状态、输入的数据或读出IC卡中所剩余以及出错信息等。此器件主要有1个20位移位寄存器、1个锁存器、1个多路输出器。多路输出器输出的BCD码经段译码器译码后，换成七段码（abcdefg）和小数点DP送到段驱动器输出。 6位LED显示接口说明： P0.0---P0.7 通过7406 驱动LED的8个段； P2.0---P2.5 通过UN2003驱动6个LED 的公共端。 显示部分电路如图2-3所示。
图2－3 显示部分电路图
2.3.4存储器
读写器中设计了存储器。存储器选用24CXX系列的串行E2PROM。在售卡机中主要存放卡号、售卡员号、售卡金额、售卡日期、售卡总金额和售卡总记录数；在车载机中主要存放乘客IC卡号、司机号和刷卡总数等信息。正常工作后，每隔一段时间要把读写器拿到公交管理中心将读写器储存的信息回放到PC机中保存处理。读写器中存储器可采用24C64，其存储量为8KB，如有需要也可用容量更大的存储器如24C128或24C256等。
2.3.5监控电路
监控电路采用DS1232L芯片。它是个看门狗定时器，其功能是：上电和掉电时给89C52产生RESET信号；看门狗对系统进行监控，防止死机。
2.3.6非接触式IC卡
非接触式IC卡选用Mifare卡。其工作频率为13.6MHz，存储量为1KB分16区，每区2套密码，每个区的存储区域相互独立，因此每区可用作一种用途（第0区一般不用）以实现一卡多用。由于Mifare卡密码验证机制严密，保存的信息比较可靠安全，可以擦写几万次。Mifare卡的16个区，每区又分4块，每块16字节。在售卡机中用第1区作用户储值块，其中第0块存放身份号，第1~2块存放价值，第3块存放两套6字节密码和4字节读写访问条件。
2.3.7数据传输格式
数据发送格式由信息头、功能位编码、地址位编码、数据位编码、结束位五部分组成。所有装定信息的十六进制数据采用GF(7，4)自校正循环汉明编码。 1．信息头格式 信息头格式为低电平，且持续时间不小于3ms。具体格式如图2－4所示。 图2－4 信息头数据定义格式 2．信息“0”电平格式 二进制信息“0”电平定义格式为：低电平持续时间250us，高电平持续时间250us。具体如图2－5所示。
图2－5 “0”电平波形图 3．信息“1”电平格式二进制信息“1”电平定义格式为：低电平持续时间250us，高电平持续时间500us。具体如图2－6所示。
图2－6 “1”电平波形图 4．结束位格式信息发送采用变数据长度协议，如果只需发送功能位编码和地址位编码，则送完毕马上发送结束位；如需发送数据位编码，则发送完功能位编码、地址位编码和数据位编码后立即发送结束位，结束位定义：低电平持续时间不小于3ms。具体如图2－7所示。
图2－7 结束位波形图 定时器接收到完整的装定信息后根据协议进行译码，每7Bit数据译码出4位有效数据，具体译码方式见附件。同时，把信息存储在片内EEPROM中。而后作出相应处理。上述描述为感应装定数据格式和时间信息，如果是线装定时，数据格式按上述格式的1/10输入。 在读写器中，单片机与PC机之间的通信主要由TC232来实现TTL电平（0～5V）与RS232电平（+10～－10V）的转换，以完成售卡机保存的售卡记录的传送。通信格式设置为：采用串行工作方式1，波特率为9600baud，1个起始位，8位数据位，1个停止位，采取和校验方式。读写器中，单片机程序可采用C语言进行编程。C语言有功能丰富的库函数，运算速度快、编译效率高、可移植性好、软件的可读性强，便于改进和扩充。
第三章 程序设计
3.1售卡机设计方法
考虑到售卡金额的安全管理，公交公司事先必须制作好两种IC票卡：一种是用户IC票卡，另一种是售卡员的售票IC卡。这两种卡可使用相同区号，但密码和访问条件完全不同，不会混淆。售卡员要进行售卡时，必须先到公交公司办理一张售票IC卡，才有售卡的资格。售票IC卡内存放了售卡员身份号、允许售卡的最大金额、两套6字节密码和4字节读写访问条件。售卡员售卡时，每充值一张卡必须从自己的售票IC卡中减去售卡金额，加到用户IC卡中。当售票IC卡金额减到零后，要到公交公司结账，并再对售票IC卡充值记账。这样，可使公交公司的售卡网点分布得多而不乱，又可方便用户充值加卡，可有效地防止售票人员账目不清而造成的资金流失。程序主要包括IC卡读写操作程序、键盘扫描程序、显示程序、存储器读写程序和通信程序。
3.2 主程序
主程序主要完成系统变量的初始化，循环扫描键盘，检测操作IC卡，将操作结果存储和显示。在售卡机中使用了8KB的24C64作存储器，主要存储的内容有：售卡机机号、售卡总金额和总记录。售出的每张卡的记录包含：用户卡身份号、售卡日期、加卡金额和售卡人编号。因此最大能存储1023张售卡记录。主程序流程如图3－1所示。 图3－1主程序流程图 3.3 键盘扫描程序
键盘扫描采用反转法读键：先从P2口的高4位输出零电平，从P2口的低4位读取键盘状态；再从P2口的低4位输出零电平，从P2口的高4位读取键盘状态，将两次读取的结果组合起来就可以得到当前按键的特征码（见程序中TABLE表）。有了这张表就可以编程，将它们转换成顺序码。用当前读得的特征码来顺序查表，用一单元记录查找次数。当在表中查到有该特征码时，它的位置（即查找次数）就是对应的顺序码。对应的键盘查键程序如下：
KEY: MOV P2,#0FH ；用反转法查键
3.4 显示程序
在显示电路中，用P1口的3根I/O口线（P1.0、P1.1、P1.2）分别提供时钟信号（CLK）、串行数据（DA）和使能信号（EN）。MC14499每一次可接收20位串行输入数据，前4位用于控制数码管的小数点显示，后16位是4个数码管的BCD码输入数据。在每帧数据传送之前，必须将EN置0；然后传送20位数据，数据传送完后，再将EN置1。显示程序如下：
DISP: CLR P1.0 ； 清CLK 为提高在公交系统的适应能力，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。
结束语
本设计能够完成公交车IC卡的智能化设计。通过对电路的软硬件设计，以射频技术为核心，以单片机为控制器的IC卡读写器在公交自动收费系统中的应用。制作的IC卡读写器可以实现制卡、售卡、自动收费等功能，具有安全、实用、方便、快捷、可靠性高的特点。 参考文献 [1] 孙俊逸. 单片机原理与应用.清华大学出版社.2006.2 [2] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.2004.2 [3] 张友德. 单片机原理与应用技术.机械工业出版社.2004.3 [4] 肖洪兵. 跟我学用单片机.北京航空航天大学出版社.2002.8 [5] 何立民. 单片机高级教程.北京航空航天大学出版社.2001
[6] 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用. 天津：天津大学出版社.2001.3
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