基于非接觸式智能卡和CAN總線技術實現高校食堂刷卡系統的設計

引言

在如今的高校食堂，由于學生數量龐大，流動性頻繁，傳統的紙質餐票、現金或基于接觸式IC卡技術的消費支付方式存在服務效率不高、便捷性差、管理成本高、卡片易損壞等諸多弊端。高校食堂消費作為學校后勤服務的重要組成部分，如果仍沿用以前傳統的消費方式，將動用大量的人力物力，而且管理上會出現很多繁瑣的事務，這樣不利于高校更好地為廣大師生服務以及學校的管理。為了解決這一問題，如今，越來越多的高校采用智能卡技術和網絡技術相結合來構建學校的食堂刷卡系統。

非接觸式智能卡技術和CAN 總線技術都是當今世界科技迅猛發展的產物。智能卡技術廣泛的應用于各行業，特別是公共交通、無線通信、身份識別、金融交易和安全防衛等行業；而CAN總線在可靠性、實時性和靈活性方面都有突出的優點。如果將非接觸式IC卡技術和CAN總線技術2種熱點技術結合起來，開發一套基于CAN總線的高校食堂刷卡系統，對優化廣大師生的生活，提高高校食堂管理水平和服務質量，將具有很好的促進作用。

1、系統總體設計

1．1 系統設計原則

根據設計的背景以及系統的設計任務和要求，該系統在研究和設計過程中要遵循4個方面的原則：安全性、可靠性、易用性、易維護性。

1．2 系統主要技術方案選擇

本系統設計需要首先確定的主要技術方案有：通信總線的選擇、卡片的選擇、卡讀寫操作技術方案的選擇。通過充分的比較論證，本系統采用CAN總線來構建系統網絡，選用Philips公司設計的Mifarel S50非接觸式IC卡作為高校食堂刷卡系統的信息載體，為了提高系統的可靠性、穩定性和兼容性，本系統采用購買北京易火眼公司的YHY502ATG射頻卡讀寫模塊來對射頻卡進行讀寫操作。

1．3 系統設計主要器件選擇

根據市場情況、開發工具和設計的實際需要，本系統的發卡節點和刷卡節點均選用單片機AT89S52作為主控芯片。考慮到SJA1000支持CAN2．0A／B協議，而PCA82C250可以支持110個CAN節點，并且在國內市場上Philips的產品型號比較多，購買方便，所以選用Philips公司的SJA1000作為CAN控制器以及PCA82C250作為CAN總線收發器。

1．4 系統整體結構

根據系統設計所確定的技術方案，系統整體結構如圖1所示。

基于非接觸式智能卡和CAN總線技術實現高校食堂刷卡系統的設計

1．5 系統功能模塊劃分

根據系統設計的功能任務和要求，可把本系統劃分為3大功能模塊：發卡模塊、刷卡模塊和系統上位機模塊，如圖2所示。

2、系統硬件電路設計

2．1 硬件總體設計方案

高校食堂刷卡系統硬件部分分為發卡機和刷卡機，根據系統功能模塊劃分，系統硬件電路具體由7部分構成：AT89S52最小系統外圍電路、射頻卡讀寫模塊YHY502ATG電路、串口通信電路、CAN總線通信電路、LCD12864顯示電路、鍵盤輸入電路和報警提示電路。系統硬件電路組成如圖3所示。

2．2 射頻卡讀／寫模塊電路設計

YHY502ATG射頻卡讀／寫模塊與微控制器之間的通信通過I2C總線實現，可參考YHY502ATG的技術應用手冊來設計應用電路。YHY502ATG讀寫模塊提供一組對卡操作的通信協議，不必考慮底層通信數據的處理，不過必須遵守這些通信協議，并根據設計需要在控制端修改相應程序即可。

2．3 串口通信接口電路設計

設計采用9芯的RS 232C接口實現下位機與上位機之間的通信，AT89S52本身帶有一個全雙工UART串行通道，在硬件電路設計中，為了使AT89S52單片機的輸入輸出TTL電平與PC機配置的RS 232C標準串行接口二者的電氣規范一致，本系統采用MAX232芯片實現AT89S52與PC機的RS 232C標準接口電平之間的轉換。

2．4 CAN總線接口電路設計

系統采用CAN通信控制器SJA1000和CAN收發器PCA82C250設計CAN總線節點接口電路。在硬件電路設計時，總線末端的2個120 Ω電阻，對于匹配總線阻抗起著非常重要的作用。如果忽略掉它們，會使數據通信的抗干擾能力及可靠性大大降低，甚至無法通信。

2．5 鍵盤輸入電路設計

鍵盤電路用來接收用戶刷卡消費輸入的金額，所以一個穩定、占用系統資源少的人機對話通道非常重要。傳統的鍵盤電路設計，不管是獨立式鍵盤還是矩陣式鍵盤，都非常浪費微控制器的端口資源，而且還需要人為進行去抖動處理，且抗干擾能力差。為了克服上述弊端，本系統采用廣州周立功單片機發展有限公司自行設計的一款數碼管顯示驅動及鍵盤掃描管理芯片ZLG7290來設計鍵盤電路。

2．6 液晶顯示模塊電路設計

液晶顯示模塊電路用來提示用戶刷卡消費的信息，為了使系統人機交互界面友好，液晶顯示模塊電路采用長沙太陽人公司生產的SMG12 864G3-ZK型液晶來設計。為了節約單片機的I／O資源，液晶模塊采用串行接口方式。

2．7 系統復位電路設計

為了使單片機AT89S52和CAN控制器SJA1000同時復位，本系統采用IMP708復位芯片設計復位電路。IMP708為微處理監控芯片，具有系統復位、掉電復位、手動復位、“看門狗”、定時輸出、電源電壓監測、具有不同復位電壓等特點。該芯片功耗低、使用簡單、價格低廉、可靠性高，應用十分廣泛。

3、系統軟件設計

本系統的軟件設計分為上位機和下位機2部分。下位機軟件設計需要完成系統發卡節點和刷卡節點軟件的開發，針對各節點要完成的功能及要求，展開具體的分析、繪制程序流程圖、設計各功能模塊軟件程序。上位機監控程序的開發是本系統的一個難點和重點，主要實現上位機和下位機之間的通信、對發卡節點的命令操作、注冊用戶、消費信息實時管理、用戶數據管理等功能。

3．1 發卡節點程序設計

發卡節點主要完成用戶的充值、串口通信等操作，結合硬件電路設計，為了實現各模塊的功能，發卡節點的軟件總體設計流程如圖4所示。

3．2 刷卡節點程序設計

刷卡節點主要完成的功能有讀卡序列號、讀錢包、扣款、過程液晶顯示、CAN總線發送消費結算信息給上位機。根據節點的硬件電路和設計的功能要求，刷卡節點程序總體設計的流程如圖5所示。

3．3 上位機程序設計

上位機程序的設計采用Visual C++6．0 MFC編程技術來實現，需要實現用戶信息的注冊或注銷、卡充值、卡扣款、用戶信息查詢和修改等功能，同時建立與數據庫的連接能將用戶消費結算信息實時更新并儲存到數據庫中。系統上位機串口通信程序采用的是Ac tiveX控件MSComm進行編程，數據庫編程采用ADO技術，使用數據庫管理軟件SQL Server 2000。根據系統的設計任務和要求，上位機軟件功能框圖如圖6所示。