学校食堂IC卡售饭机系统设计

2012-12-17广东省工商高级技工学校王建国

电子世界 2012年15期

广东省工商高级技工学校王建国

一、系统功能说明

食堂IC卡售饭机作为食堂收费终端，根据其实际使用环境，应该具有如下的功能特点，以适用于不同阶段的数据处理。

1、就餐阶段

就餐阶段即正常使用阶段。在IC卡插入售饭机后，系统能读出IC卡里面预先存储的金额，并能在面对就餐者和售饭员两面双屏进行显示。售饭机利用键盘输入就餐者选定的食物余款，售饭机自动卡中的金额减去应付金额。操作完成后屏幕显示应付金额以及卡中的余额。

如果就餐者卡中的余额小于预先设定的金额，售饭机则给出报警音，提示就餐者为IC卡进行充值。食堂售饭窗口不具备为卡充值的功能，就餐者必须到指定的地方进行充值。

如果就餐卡出现故障，售饭机给出报警音，提示就餐者修卡。食堂售饭窗口不具备对卡进行修复的功能，就餐者必须到指定的地方修复。如果修复失败，就餐者只有到充值窗口重新办理就餐卡。

2、充值阶段

图1 售饭机系统结构框图

在充值阶段，IC卡售饭机读出卡里面的余额，就餐者在充值窗口交纳一定的金额后，由工作人员通过键盘输入此次充值金额，售饭机自动将此次充值金额加入卡中。操作完成后，屏幕显示充值后卡中的余额。

3、初始化阶段

初始化阶段是为卡的发行做准备。在此阶段，工作人员通过键盘进行就餐卡的初始化工作。此阶段的主要任务是写入用户群号和初始金额。只有经过初始化之后，就餐卡方能发行。

4、修复阶段

此阶段对损坏的就餐卡进行修复。如果修复失败，售饭机给出报警声，就餐者只有重新办理就餐卡。

二、系统总体设计

1、应用系统结构设计

根据IC卡售饭机的功能特点，售饭机系统需要完成数据的输入、显示和处理三种功能。整个系统的结构框图如图书1所示。

2、设备选型

(1)IC卡：本系统选用西门子SLE4442逻辑加密型IC卡进行数据的存储和身份识别。逻辑加密卡内设有硬件加密电路，只有在输入密码正确后才能进行数据的改写，否则数据只能被读出。而且输入的错误密码达到规定的次数后，IC卡自动死锁报废。因而这种卡的安全性能很高，非常适合于涉及到金融等主面的应用[1]。

(2)键盘：考虑实际的使用情况和性价比，采用矩阵扫描键盘进行数据输入。矩阵扫描键盘由行线和列线组成，按键设置在行列线的交叉点上，行列线分别接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接到+5V上。平时当没有按键按下时，列线处于高电平的状态；而当有键按下时，行列线导通，因此列线的电平状态将由与此相连接的行线的电平状态决定。而行列线和多个键相连接，各个按键按下与否都将影响该键所在的行列线的电平。这样行列线配合起来进行适当的处理，即可确定按键的位置。与独立键盘相比，要节省很多的I/O口，适用于按键数量较多的场合。

(3)显示单元：IC卡售饭机系统只需要进行数字的显示即可，但需要显示器件具有直观和高亮度。在此基础上，可采用常用的高亮度红色LED数码管作为显示器件。

3、硬件设计

IC卡售饭机的硬件电路如图2所示[2]，具体包括IC卡接口电路、键盘和显示接口电路、蜂鸣报警电路、IC卡上电检测电路。

图2 lC卡售饭机电路

图3 主程序流程图

图4 按键处理程序流程图

IC卡接口电路，采用SLE4442逻辑加密型IC卡。SLE4442采用两线数据传输方式，符合ISO7816-3标准，并具有一个安全逻辑，用以控制存储器的读写操作。在密码校验成功之前，除了3B密码（可编程安全代码）外，数据都可以读出，只有在校验密码成功之后才可以执行数据的写入动作。在校验密码之前，可以将错误计数器的某一位写“0”。错误计数器的初始值为0x03，每校验必密码错误一次则将其中一位写“0”，如果连续三次密码校验错误，错误计数器的值变为0x00，IC卡报废[3]。

键盘和显示接口电路采用ZLG7290键盘及数码管专用驱动芯片，ZLG7290与单片机AT90S8535采I2C接口进行通信。为了使IC卡售饭机能够适应不同阶段的数据处理，系统设置了16个数字键和功能键，具体是数字键：0-9、小数点按键“.”；功能键：+、-、初始化键、修复键、确定键。

蜂鸣报警电路采用电磁式蜂鸣作为IC卡出错报警提示，单片机AT90S8535的PD3口通过NPN型三极管驱动蜂鸣器。当PD3输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器发出报警声。

IC卡上电检测电路实现IC卡的上电检测以确保单片机正常的操作。在IC卡的卡座上通常有静、动两片金属片。在IC卡插入卡座时，动金属片被IC卡挤压而逐渐与静金属片靠拢，当IC卡完全插入卡座后，动金属片完全与静金属片接触。动金属片的一端固定通过电阻和LED接地。静金属片固定接5V电压。在IC卡没有插入时，动金属片端为0V电压；IC卡插入后静金属片变为5V电压，LED点亮，提示有IC卡插入，单片机开始对卡进行初始检测。这样，通过判断与动金属片连接的单片机的PD2口的电平，即可准确地检测IC卡是否上电。

4、软件设计

IC卡售饭机软件系统采用模块化程序设计。从结构上看，系统控制软件主要包括一个主程序(如图3)、按键处理程序(如图4)和其它一些辅助处理程序[4]。主程序主要完成系统初始化、IC卡插入检测、读写和键盘输入与处理、异常情况的报警处理等工作，以完成人机交互的功能。按键处理程序是系统服务程序的一部分，完成按键的识别与处理工作，在确认有键被按下后，通过查找按键编码表识别按键，区分功能键与数字键，从而根据不同的情况进行相应的处理。