一种无人值守金融POS终端的实现

文/林丹

1 产品概述

随着电子技术的发展以及在金融行业的广泛渗透，电子支付开始逐渐兴盛。金融POS终端是商户收款、签卡、签收据的设备。它作为POS系统中重要的前端设备，可以进行销售数据的实时输入，便于后台实时跟踪处理销售情况，并根据这些数据进行详细的、正确的、迅速的分析为商品的补货和管理提供依据。金融POS终端作为电子支付的一种重要环节得到越来越广泛的应用。POS系统已经成为信息时代资金流动和货币支付的一种主要手段。POS系统的普及和应用也进一步推动了金融POS终端市场的快速发展。

无人值守金融POS终端作为金融POS终端的一种，是对传统金融POS终端的补充，也为自动售货机行业实施电子支付提供了解决方案。它需要具备金融POS终端的一般功能，例如支持各种形式的银行卡，通过各种金融POS终端行业认证。并且依据自动售货机的工作环境与其配套使用的无人值守金融POS机需要操作简单，具备防水防尘、外壳防机械碰撞等特点。

2 POS终端需求简介

本文中提到的无人值守金融POS终端是为了完善公司已有产品线，推出一款POS终端支持三种形式银行卡及磁条卡、接触式IC卡、非接触式IC卡。为客户提供一个整体读卡器解决方案，降低了对自动售货机面板空间的要求。该POS终端主要用于小额免密支付领域，集中在自动售货，停车收费等。当该POS终端与配套的密码键盘连接的时候，该金融POS终端也可用于正常的有密码交易。

该POS终端需要满足欧洲EVA安装标准，整体尺寸控制在110mmX85mmX60mm，外壳材质以及颜色需要耐磨耐赃污，该POS终端需要满足IP65/IP54的防水防尘要求，需要满足IK10外壳防机械碰撞要求；

该POS终端内磁条卡读卡器需要垂直并位于POS终端右侧支持双向刷卡，并且有一定的刷卡角度给持卡人更好的刷卡体验；接触卡IC卡读卡器为位于POS终端下部，卡插入是需要一定的角度并有很好的导向，卡插入位置需要距离POS终端后部25mm至30mm距离，以免影响持卡人插卡体验；POS终端内非接触式IC卡读卡器区域需要有机构用来放置银行卡片完成支付交易。

该POS终端除了需要通过CE，FCC/IC，CSA，ROHS，WEEE等认证以外，还需要通过PCI PTS 4.x,接触式EMV Level 1，Level 2，非接触式EMV Level 1，Level 2以及EMVCo ESD评估。

3 终端设计方案

3.1 方案概述

根据第二章节所描述POS终端需求，将需求实现分解为三个部分，包括结构设计、硬件设计以及安全设计三个部分进行描述。

3.1.1 结构设计方案

本终端需求对于防尘以及防水的IP65（整机除接触式IC卡读卡器）/IP54（接触式IC卡读卡器）的要求以及防机械碰撞IK10的要求是结构设计中的难点以及关键点，需要重点关注。如图1所示。

（1）前盖使用IML工艺，选用PC材料有良好的透光性以及抗冲击性能，能够满足正面抗机械冲击的要求，其中前盖正面为非接触式IC卡读卡区域，在前盖下方接近接触式IC卡读卡器区域设计一个台阶，用于放置非接触IC式银行卡；

（2）终端设计两个电容按键，感应区域位于IML背面，这样即能保证了正常的交易又能保证了IML结构件的完整性；

（3）在前盖IML与上盖、上盖与下盖中间增加防水垫圈1与防水垫圈2，并使用螺丝紧固，这样能保证机器本体的防水性能；

（4）在下盖后方增加一个防水垫圈3，为了保证在将终端安装到自动售货机后，终端与自动售货中间的间隙能够满足防水防尘的要求；

（5）在接触式IC卡读卡器区域设计一个弹簧门，在未插入接触式IC卡情况下，满足IP54的防水防尘要求；

3.1.2 硬件设计方案

硬件设计沿用公司已有平台，结合本POS终端需求进行定制化设计。

如图2所示，本POS终端采用双CPU方案，其中UC-SE负责安全相关硬件，UC-AP负责应用相关硬件；依据平台特点以及产品设计方案，系统配置16MB的SDRAM和128MB的NAND Flash用于系统运行以及数据存储。

本POS终端磁条卡信号由磁头同时读出银行卡三个磁道数据，对应三组差分信号，此三组差分信号由UC-SE CPU进行解析获取磁条卡信息；UC-SE中还包含了1个接触式IC卡接口电路，此接口电路符合EMV L1要求，因此本POS终端中配套的使用接触式IC卡座所包含的触点信号，按照定义要求，连接至UC-SE中的接触式IC卡接口电路，实现接触式IC卡的数据交互；非接触式IC卡接口电路选用NXP公司的PN512芯片，由UC-AP进行控制。为了获取更好的读卡效果以及满足非接触式EMV Level 1的要求，在PN512前端增加三极管放大电路，用于增加信号场强，天线采用PCB板方案，安装在前盖IML后方，并贴紧IML以便增加非接触IC卡读卡距离，在本POS终端前部上方，设置有4个LED等，用于显示非接触IC卡交易状态，即符合EMV规范，也符合EVA规范；

本终端采用128*64的LCD作为显示器件，该显示模块包括红，绿，蓝三种颜色背光，用于表现本终端的状态以及状态。该LCD由UC-SE进行控制显示。依据EVA规范强烈推荐，POS终端需要设置两个按键“STOP”与“START”，其中“STOP”用于停止交易，“START”用于信息确认以及开始交易流程。本POS终端采用电容触摸方式实现两个按键，电容按键采用FPC设计，触发区域裸铜处理张贴在前盖IML背后，并紧贴IML，降低FPC与IML中间的空气间隙对电容按键效果的影响，并且需要从设计方面避免电容按键FPC与非接触式IC卡天线之间存在相互的干扰，此电容按键有专用IC进行驱动，并由UC-SE进行控制。

本POS终端配置有USB与串口两个外部接口，用于系统配置以及与自动售货机通讯接口，该接口由UC-AP芯片提供，其中本POS终端由USB供电，供电电压为5V/500mA。

本POS终端终端由USB供电，供电电压为5V。根据系统供电需求，通过LDO或者DC/DC生成4.8V，3.3V，1.8V以及1V电源。

本POS终端需要进行EMVCo ESD的评估测试，该测试比CCC认证中的静电测试要求更高，所以在静电器件选择以及布线上需要特别的进行设计。

图1：终端结构爆炸图

3.1.3 安全设计方案

由于本POS终端属于金融POS终端范畴并且需要受理银行卡，所以需满足PCI PTS 4.x的认证要求。

本POS终端安全方案设计，是基于UC-SE芯片，该芯片为专门的安全芯片，芯片本身在芯片级别具有MESH对安全部门进行保护，并具有12个安全检测口线以及安全存储区域。

根据系统、硬件以及结构设计要求，对12个安全检测口线进行分配，用于各个部分的安全检测。其中敏感器件及信号包括：

（1）磁头以及磁卡信号，磁头采用密封灌胶磁头，磁头FPC采用三层FPC结构，中间层为磁头信号，上下层为安全检测信号，用于防止外部探测磁头信号；

（2）接触式IC卡信号集中的IO信号，在接触式IC卡座靠近插卡口地方使用补丁板进行信号保护，防止外部对IO信号的探测；

（3）非接触式IC卡驱动芯片通过SPI接口与UC-AP连接，其中MOSI以及MISO需要进行安全保护；

（4）其中UC-SE与UC-AP中间采用高速串口协议进行通讯，该串口信号作为敏感信号，需要进行安全保护；

（5）主印制板采用八层双阶HDI结构，在中间布放敏感信号，在外层布放安全检测信号；

（6）在上盖与下盖中间增加防拆触点，在被人恶意拆机后能够有效地触发安全检测信号；

（7）为了防止攻击者恶意的从自动售货机上拆除本POS终端，在本POS终端后部防水垫圈3与下盖之间增加两个防拆触点，该防拆触点在未安装前处于非触发状态，只有在将POS终端安装到自动售货机后，通过系统配置触发该防拆触点，达到检测终端是否正常在位。

图2：硬件系统框图

依据本设计方案，最终本POS终端通过PCI PTS4.x认证，为最终销售奠定了基础。

4 结语

历经7个月时间，经过产品需求分析，产品详细设计，模块详细测试以及产品可靠性测试，试制生产，量产等阶段，最终将符合市场需求的产品产品推向市场，获得了客户的广泛认可并拓展了公司的市场。