基于非接觸IC卡自動(dòng)計(jì)時(shí)停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘 要：根據(jù)停車場(chǎng)智能化管理的需要提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)硬件設(shè)備由入口設(shè)備、出口設(shè)備和發(fā)卡設(shè)備組成，論述了它們的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)討論了IC卡讀寫的硬、軟件設(shè)計(jì)。

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展．城市汽車數(shù)量劇增，停車難問題愈來愈凸現(xiàn)，在增加停車場(chǎng)數(shù)量的同時(shí)，提高停車場(chǎng)的智能化管理是解決這個(gè)問題的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)開發(fā)的自動(dòng)計(jì)時(shí)停車收費(fèi)系統(tǒng)，以非接觸IC卡技術(shù)為基礎(chǔ)．實(shí)現(xiàn)了停車場(chǎng)收費(fèi)管理現(xiàn)代化，它具有效率高、管理科學(xué)、安全可靠等特點(diǎn)。

　　1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)備由停車場(chǎng)人口設(shè)備、停車場(chǎng)出口設(shè)備和發(fā)卡設(shè)備三部分組成。人口設(shè)備和出口設(shè)備位于停車場(chǎng)人口和出口單機(jī)工作，而發(fā)卡設(shè)備位于管理中心，由上位機(jī)控制。三部分設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)和主要功能如表1所示。

　　表1 設(shè)備硬件組成與功能

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

　　2 IC卡卡內(nèi)存儲(chǔ)空間的分配

　　本設(shè)計(jì)使用PHILIPS公司的MF1 IC卡，卡內(nèi)集成1KB的E2PROM，并劃分為16個(gè)可獨(dú)立使用的扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)又分為4個(gè)16字節(jié)的存儲(chǔ)塊，每個(gè)扇區(qū)的第4個(gè)存儲(chǔ)塊保存該扇區(qū)的密碼和訪問控制，IC卡中的16個(gè)扇區(qū)可用于16個(gè)不同系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)使用扇區(qū)2，具體存儲(chǔ)空間劃分：塊0的低4個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)用戶序列號(hào)，塊1存放存儲(chǔ)用戶余額，塊2低7個(gè)字節(jié)存放停車起始時(shí)間 塊3存放兩套6字節(jié)密碼和4寧節(jié)訪問控制。

　　3 硬件設(shè)計(jì)

　　3．1出口設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)

　　出口設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示．AT89C55單片機(jī)作為控制器，它片內(nèi)集成20KB的程序存儲(chǔ)器，滿足本設(shè)計(jì)對(duì)程序存儲(chǔ)器容量的要求：ZLG7289芯片外接4x4的鍵盤；DS1302為停車計(jì)時(shí)提供準(zhǔn)確時(shí)鐘；LCD液晶顯示各種信息，如按鍵信息、時(shí)間和停車費(fèi)用等：AT24C256存儲(chǔ)用戶結(jié)算信息：通過RS-232 I亍上位機(jī)通信：通過ZLG500對(duì)IC卡進(jìn)行讀寫操作：MCU通過P1．7端口向擋車閘電機(jī)控制器發(fā)送開關(guān)車閘信號(hào)。為充分利用單片機(jī)有限的端口，外圍設(shè)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(shè)備硬件示意圖

　　3．2非接觸IC卡讀寫模塊ZLG500

　　ZLG500負(fù)責(zé)對(duì)非接觸IC卡的讀寫操作。需外接PCB天線。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之問發(fā)送數(shù)據(jù)，首先由發(fā)送方將SS拉低并且在發(fā)送結(jié)束后將SS拉高，本設(shè)計(jì)中MCU以下降沿中斷觸發(fā)的方式接收ZLG500發(fā)送的數(shù)據(jù)．并將外部中斷O設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí)，保證第一時(shí)間接收到IC卡數(shù)據(jù)。SCLK為SPI接口的時(shí)鐘線，總是由MCU產(chǎn)生。SDATA為雙向數(shù)據(jù)線，在數(shù)據(jù)傳輸開始前，由數(shù)據(jù)發(fā)送方將SDATA拉低，數(shù)據(jù)接收方同意接收數(shù)據(jù)則將SDATA拉高，作為接收響應(yīng)信號(hào)，之后SDATA作為數(shù)據(jù)傳送線。模塊自帶看門狗，復(fù)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(chǔ)器存儲(chǔ)空間劃分

　　采用具有32KB存儲(chǔ)容量AT24C256存儲(chǔ)收費(fèi)結(jié)算信息。存儲(chǔ)空間劃分：第1、2字節(jié)為出口設(shè)備號(hào)，第3、4個(gè)字節(jié)為已打卡數(shù)量，第5到第8個(gè)字節(jié)為收費(fèi)總金額，后面為用戶數(shù)據(jù)區(qū)，每位用戶數(shù)據(jù)由13字節(jié)組成．包括4字節(jié)用戶序列號(hào)和2字節(jié)消費(fèi)金額(BCD碼1．最多記錄5460個(gè)用戶數(shù)據(jù)。

　　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(qū)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(qū)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(nèi)部功能寄存器選擇，R／W(接P2．1)為讀寫控制信號(hào)．P2．7接LCD驅(qū)動(dòng)器的使能端E。

　　3．5鍵盤設(shè)計(jì)

　　鍵盤接口電路采用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(jù)ZLG7289發(fā)送的鍵值進(jìn)行相應(yīng)處理。設(shè)計(jì)按鍵有：數(shù)字鍵0-9、"．"、"功能"、"退出"、"退格"、"確定"。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)方法．首先設(shè)計(jì)出設(shè)備外圍各硬件的驅(qū)動(dòng)程序，將各硬件的驅(qū)動(dòng)函數(shù)聲明在相應(yīng)頭文件(．h文件)中，然后在主程序中包含這些頭文件，按系統(tǒng)功能需要調(diào)用各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。限于篇幅，本文只詳細(xì)討論了主程序流程和讀寫卡程序。

　　4．1主程序

　　4．1．1出口設(shè)備主程序流程

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

　　(2)讀取當(dāng)前時(shí)間、LCD顯示待機(jī)界面；

　　(3)等待射頻IC卡的請(qǐng)求、按鍵請(qǐng)求或串13通信請(qǐng)求。有任一種請(qǐng)求則進(jìn)入相應(yīng)處理程序，并且處理程序返回之前。屏蔽其它兩種請(qǐng)求。① IC卡請(qǐng)求，驗(yàn)證用戶IC 合法性，若為非法卡．則放棄IC卡請(qǐng)求，若為合法卡，從DS1302和IC卡中獲取當(dāng)前時(shí)間和停車起始時(shí)間，計(jì)算出停車費(fèi)用，從IC卡獲取用戶余額。若判斷消費(fèi)金額超過用戶余額則蜂嗚報(bào)警并在LCD 中提示。否則將扣除消費(fèi)金額并將余額寫入IC卡中，最后將用戶序列號(hào)和消費(fèi)金額存儲(chǔ)到AT24C256中，上位機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器中用戶消費(fèi)金額更新用戶余額。② 按鍵請(qǐng)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(qǐng)輸入密碼"，正確輸入密碼后，在液晶中顯示各種功能，如"設(shè)置時(shí)間"、"查詢總金額"、"記錄個(gè)數(shù)"等，按數(shù)字鍵選擇相應(yīng)功能，按"退出"鍵可以退到上一層操作界面，按"確定"鍵可確認(rèn)輸入，"退格"鍵取消前一步輸入。③ 串口通信請(qǐng)求，出口設(shè)備與上位機(jī)連接時(shí)．根據(jù)上位機(jī)命令．可進(jìn)行存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)上傳、設(shè)置設(shè)備時(shí)間等操作。

　　(4)向擋車閘電機(jī)控制器發(fā)出開關(guān)信號(hào)。

　　4．1．2 發(fā)卡設(shè)備主程序流程

　　開機(jī)后對(duì)讀寫卡模塊和串口進(jìn)行初始化． 然后等待上位機(jī)命令：

　　(1)若為"發(fā)新卡命令"．接著接收上位機(jī)發(fā)來的新用戶數(shù)據(jù)，當(dāng)在有效范圍內(nèi)檢測(cè)到合法卡時(shí)將數(shù)據(jù)寫入IC卡內(nèi)扇區(qū)2

　　中相應(yīng)位置中：

　　(2)若為"充值命令"，將有效范圍內(nèi)IC卡的用戶信息傳給上位機(jī)，然后等待上位機(jī)發(fā)來"寫卡命令"：

　　(3)收到"寫卡命令"，緊接著接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后將接收到的數(shù)據(jù)寫入IC卡中。

　　4．2讀寫IC卡模塊通信協(xié)議與程序設(shè)計(jì)

　　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(shù)據(jù)格式進(jìn)行。

　　圖3 MCU與ZLG500之間通信的數(shù)據(jù)格式

　　數(shù)據(jù)塊各字段描述如下：

　　① SeqNr：數(shù)據(jù)交換包的序號(hào)；

　　② 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(duì)MCU發(fā)出命令的響應(yīng)；

　?、?Len：要發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，以字節(jié)為單位；

　　⑤ Data[0?N1：要發(fā)送的Len個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；

　?、?BCC：BCC校驗(yàn)碼，計(jì)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(shù)據(jù)格式向ZLG500發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，ZLG500執(zhí)行完命令后，將命令執(zhí)行的狀態(tài)和響應(yīng)數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)格式發(fā)回給MCU。

　　4．2．2讀寫IC卡過程的代碼實(shí)現(xiàn)

　　讀寫IC卡程序分為底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)和高層應(yīng)用接口。底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)使用匯編語言設(shè)計(jì)， 主要包括SPI總線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)(_SPI_SEND)和