學(xué)校食堂IC卡售飯機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廣東省工商高級技工學(xué)校 王建國

一、系統(tǒng)功能說明

食堂IC卡售飯機(jī)作為食堂收費(fèi)終端，根據(jù)其實(shí)際使用環(huán)境，應(yīng)該具有如下的功能特點(diǎn)，以適用于不同階段的數(shù)據(jù)處理。

1、就餐階段

就餐階段即正常使用階段。在IC卡插入售飯機(jī)后，系統(tǒng)能讀出IC卡里面預(yù)先存儲的金額，并能在面對就餐者和售飯員兩面雙屏進(jìn)行顯示。售飯機(jī)利用鍵盤輸入就餐者選定的食物余款，售飯機(jī)自動(dòng)卡中的金額減去應(yīng)付金額。操作完成后屏幕顯示應(yīng)付金額以及卡中的余額。

如果就餐者卡中的余額小于預(yù)先設(shè)定的金額，售飯機(jī)則給出報(bào)警音，提示就餐者為IC卡進(jìn)行充值。食堂售飯窗口不具備為卡充值的功能，就餐者必須到指定的地方進(jìn)行充值。

如果就餐卡出現(xiàn)故障，售飯機(jī)給出報(bào)警音，提示就餐者修卡。食堂售飯窗口不具備對卡進(jìn)行修復(fù)的功能，就餐者必須到指定的地方修復(fù)。如果修復(fù)失敗，就餐者只有到充值窗口重新辦理就餐卡。

2、充值階段

圖1 售飯機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

在充值階段，IC卡售飯機(jī)讀出卡里面的余額，就餐者在充值窗口交納一定的金額后，由工作人員通過鍵盤輸入此次充值金額，售飯機(jī)自動(dòng)將此次充值金額加入卡中。操作完成后，屏幕顯示充值后卡中的余額。

3、初始化階段

初始化階段是為卡的發(fā)行做準(zhǔn)備。在此階段，工作人員通過鍵盤進(jìn)行就餐卡的初始化工作。此階段的主要任務(wù)是寫入用戶群號和初始金額。只有經(jīng)過初始化之后，就餐卡方能發(fā)行。

4、修復(fù)階段

此階段對損壞的就餐卡進(jìn)行修復(fù)。如果修復(fù)失敗，售飯機(jī)給出報(bào)警聲，就餐者只有重新辦理就餐卡。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1、應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)IC卡售飯機(jī)的功能特點(diǎn)，售飯機(jī)系統(tǒng)需要完成數(shù)據(jù)的輸入、顯示和處理三種功能。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖書1所示。

2、設(shè)備選型

(1)IC卡：本系統(tǒng)選用西門子SLE4442邏輯加密型IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和身份識別。邏輯加密卡內(nèi)設(shè)有硬件加密電路，只有在輸入密碼正確后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的改寫，否則數(shù)據(jù)只能被讀出。而且輸入的錯(cuò)誤密碼達(dá)到規(guī)定的次數(shù)后，IC卡自動(dòng)死鎖報(bào)廢。因而這種卡的安全性能很高，非常適合于涉及到金融等主面的應(yīng)用[1]。

(2)鍵盤：考慮實(shí)際的使用情況和性價(jià)比，采用矩陣掃描鍵盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入。矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行列線的交叉點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開關(guān)的兩端。列線通過上拉電阻接到+5V上。平時(shí)當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，列線處于高電平的狀態(tài)；而當(dāng)有鍵按下時(shí)，行列線導(dǎo)通，因此列線的電平狀態(tài)將由與此相連接的行線的電平狀態(tài)決定。而行列線和多個(gè)鍵相連接，各個(gè)按鍵按下與否都將影響該鍵所在的行列線的電平。這樣行列線配合起來進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚纯纱_定按鍵的位置。與獨(dú)立鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口，適用于按鍵數(shù)量較多的場合。

(3)顯示單元：IC卡售飯機(jī)系統(tǒng)只需要進(jìn)行數(shù)字的顯示即可，但需要顯示器件具有直觀和高亮度。在此基礎(chǔ)上，可采用常用的高亮度紅色LED數(shù)碼管作為顯示器件。

3、硬件設(shè)計(jì)

IC卡售飯機(jī)的硬件電路如圖2所示[2]，具體包括IC卡接口電路、鍵盤和顯示接口電路、蜂鳴報(bào)警電路、IC卡上電檢測電路。

圖2 lC卡售飯機(jī)電路

圖3 主程序流程圖

圖4 按鍵處理程序流程圖

IC卡接口電路，采用SLE4442邏輯加密型IC卡。SLE4442采用兩線數(shù)據(jù)傳輸方式，符合ISO7816-3標(biāo)準(zhǔn)，并具有一個(gè)安全邏輯，用以控制存儲器的讀寫操作。在密碼校驗(yàn)成功之前，除了3B密碼（可編程安全代碼）外，數(shù)據(jù)都可以讀出，只有在校驗(yàn)密碼成功之后才可以執(zhí)行數(shù)據(jù)的寫入動(dòng)作。在校驗(yàn)密碼之前，可以將錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的某一位寫“0”。錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的初始值為0x03，每校驗(yàn)必密碼錯(cuò)誤一次則將其中一位寫“0”，如果連續(xù)三次密碼校驗(yàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的值變?yōu)?x00，IC卡報(bào)廢[3]。

鍵盤和顯示接口電路采用ZLG7290鍵盤及數(shù)碼管專用驅(qū)動(dòng)芯片，ZLG7290與單片機(jī)AT90S8535采I2C接口進(jìn)行通信。為了使IC卡售飯機(jī)能夠適應(yīng)不同階段的數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)設(shè)置了16個(gè)數(shù)字鍵和功能鍵，具體是數(shù)字鍵：0-9、小數(shù)點(diǎn)按鍵“.”；功能鍵：+、-、初始化鍵、修復(fù)鍵、確定鍵。

蜂鳴報(bào)警電路采用電磁式蜂鳴作為IC卡出錯(cuò)報(bào)警提示，單片機(jī)AT90S8535的PD3口通過NPN型三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。當(dāng)PD3輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。

IC卡上電檢測電路實(shí)現(xiàn)IC卡的上電檢測以確保單片機(jī)正常的操作。在IC卡的卡座上通常有靜、動(dòng)兩片金屬片。在IC卡插入卡座時(shí)，動(dòng)金屬片被IC卡擠壓而逐漸與靜金屬片靠攏，當(dāng)IC卡完全插入卡座后，動(dòng)金屬片完全與靜金屬片接觸。動(dòng)金屬片的一端固定通過電阻和LED接地。靜金屬片固定接5V電壓。在IC卡沒有插入時(shí)，動(dòng)金屬片端為0V電壓；IC卡插入后靜金屬片變?yōu)?V電壓，LED點(diǎn)亮，提示有IC卡插入，單片機(jī)開始對卡進(jìn)行初始檢測。這樣，通過判斷與動(dòng)金屬片連接的單片機(jī)的PD2口的電平，即可準(zhǔn)確地檢測IC卡是否上電。

4、軟件設(shè)計(jì)

IC卡售飯機(jī)軟件系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)。從結(jié)構(gòu)上看，系統(tǒng)控制軟件主要包括一個(gè)主程序(如圖3)、按鍵處理程序(如圖4)和其它一些輔助處理程序[4]。主程序主要完成系統(tǒng)初始化、IC卡插入檢測、讀寫和鍵盤輸入與處理、異常情況的報(bào)警處理等工作，以完成人機(jī)交互的功能。按鍵處理程序是系統(tǒng)服務(wù)程序的一部分，完成按鍵的識別與處理工作，在確認(rèn)有鍵被按下后，通過查找按鍵編碼表識別按鍵，區(qū)分功能鍵與數(shù)字鍵，從而根據(jù)不同的情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。

三、系統(tǒng)集成與測試

系統(tǒng)集成與測試是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，由于AVR單片機(jī)具有在系統(tǒng)編程功能（ISP），這樣完全可以在焊接好硬件電路后進(jìn)系統(tǒng)的仿真調(diào)試。IC卡售飯機(jī)系統(tǒng)的測方式分三部分：AT90S8535主機(jī)電路測試、鍵盤顯示電路的測試和IC卡電路測試。對各部分的測試應(yīng)該編制各自的測試程序。

[1]張萌,和湘,江斌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實(shí)例[M].清華大學(xué)出版社,2007.

[2]張軍.AVR單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例[M].中國電力出版社,2005.

[3]宋吉和.C語言程序設(shè)計(jì)(第二版)[M].中國石油大學(xué)出版社,2006.

[4]鄭鋒,王巧芝,程麗平,張清鵬.51單片機(jī)典型應(yīng)用工發(fā)范例大全[M].中國鐵道出版社,2011.