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        基于CPU卡的飲料銷售機控制系統(tǒng)設(shè)計

        2021-02-07 08:56:42安陽工學(xué)院計算機科學(xué)與信息工程學(xué)院常國權(quán)
        電子世界 2021年2期
        關(guān)鍵詞:單片機系統(tǒng)設(shè)計

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

        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)外部認證機制以及以金融IC卡規(guī)范為代表的專用認證機制,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。

        圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

        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)。

        圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計電路圖

        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Keil C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??愋褪前凑湛ㄌ栠M行分類的,該卡號不是CPU卡默認的序列號,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FM1208 CPU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。

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