基于MSP430单片机的食堂读卡器系统设计.doc
基于MSP430单片机的食堂读卡器系统设计 杨正锦，孟振华（中国矿业大学（北京），机电与信息工程学院，北京）摘要：食堂IC卡系统利用单片机MSP430完成充值、扣费报警、复位等功能。显示部分采用双面LED显示屏。键盘采用4*5矩阵式键盘，10个数字键，10个功能键。IC卡为非接触式卡片简称射频卡，以射频识别技术的实际应用为背景，采用低功耗RF射频感应式收发模块MTP-K4，结合低功耗FLASH型16位RISC指令集MSP430单片机，内嵌射频卡读卡电路。此系统设计容易，结构简单，造价低廉，维修方便，能够广泛应用于各个机构单位食堂中。关键词：射频卡；MSP430；MTP-；食堂读卡器系统；键盘；双面LED显示器。 Design of Canteen Card Reader System Based on MSP430 YANG Zheng-jin,MENG Zhen-hua (China University of Mining and Technology （Beijing） Abstract:Dining room IC card system uses MSP430 to complete top-up,deduction,alarm,reset,etc.Display part adopts double-face LED display.Keyboard uses 4*5 matrix keyboard,10 figure keys,10function keys.IC card is ranked to non-contact card and the abbreviation is RFID,with the practical application of RFID technology as background,uses the low cost proximity reader MTP-K4,combines with 16-bit low cost microcontroller MSP430 which has RISC instruction set and Flash EEPROM to design RFID card reader circuit .The system design is easy ,simple structure ,low cost,convenient maintenance,can be widely used in various agencies in the canteen. Keywords:RF card;MSP430;MTP-K4;Canteen card reader system;Keyboard;Double-sided LED display.非接触式IC卡又称射频卡，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。解决了卡中无电源和免接触这一难题，是电子器件应用领域的一项重大突破。卡片在一定距离（<=100mm）靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。非接触式IC卡具有可靠性高、操作方便、安全防冲突的特点，越来越多地被应用于各种场合。目前射频卡按工作频率分为两种：13.6MHz与125kHz。本文介绍的系统适用于工作频率为125kHz射频卡的信息读取。目前，随着技术的发展和应用的需求，IC卡（又称智能卡）在人们的日常生活中已经得到了广泛的应用。通常，IC卡分为接触式IC卡和非接触式IC卡2类。接触式IC卡是卡与读卡器直接物理接触进行数据交换，部分金属电路是裸露在外面的，如手机卡、公共IC电话卡等。非接触式IC卡又叫做射频卡，由IC芯片、感应天线组成，成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，射频与读卡器之间通过射频信号进行数据交换，不需要物理接触，电路是封装在内部的，如公交车的收费卡等。非接触式IC卡与接触式IC卡相比，具有可靠性高，使用方便，不怕雨水、静电以及没有接触划伤等优点，因此，得到了广泛的应用。射频卡与读卡器之间的射频信号调制方式常见的有FSK（调频）、PSK（调相）、BIPH（双相）、Manchester（曼彻斯特）。1 系统硬件设计1.1 射频卡 射频卡按照芯片可分为三类：只读卡，读写卡和CPU卡。 此处采用的是只读卡EM4100，他靠读写器感应供电并读出存储在芯片E2PROM中的唯一卡号，卡号在封装前一次写入，封卡后不能更改。1.2射频卡读卡电路设计 系统采用低功耗的MSP430单片机作为主控制器，射频卡读卡电路如图3所示。 MTP-K4读卡器的数据从第5,6脚输出到单片机，单片机对数据进行卡号获取、数据加密等处理，同时对读到的射频卡号与预先存储在单片机存储器中的卡号进行比较，判断射频卡是否为合法卡并通过P3.6输出提示信息。在没有读卡期间，单片机定时从P3.7脚发出复位信号对MTP-K4进行复位，保证电路没有死机现象。在世纪应用硬件电路中，读写器一般由天线、基站芯片、MCU组成。其中，基站芯片主要实现高频接口模块的功能，用于完成数据的调制、发射和射频的接收以及数据的解调任务。射频卡的读写以无线电波的方式进行，当卡片移到电磁场的有效作用范围时，卡片里的线圈将感应到读写器模块无线发送的电磁波，从而获得电源并在电磁感应的作用下得到出发，进行调制数据传送。本文采用MTP-4K射频收发模块，采用5V电源供电，125kHz的工作频率，能识别EM4001/4102或兼容卡，通过RS485输出数据。MTP-K4总共有9个引脚，引脚3接高电平为RS485输出格式，接低为韦根26位输出格式。读卡器电路图如图1所示。 图1 MTP-K4读卡器电路图 Fig.1 MTP-K4 card reader circuit 本系统采用标准韦根26位输出格式：Wiegand 输出 pin3接lowPin1 antenna 0 to External AntennaPin2 Antenna 1To External Antenna(L;680µH)Pin3 Strap to +0VPin4 Beep/LED 2.7kHz LogicPin5 One OutputPin6 Zero OutputPin7 /Reset Low ActivePin8 Ground 0VPin9 VCC +4.6 through +5.5P(1)=Parity Start Bit,第一位为213位的偶校验位。P(2)=Parity Stop Bit,第26位为1425位的奇校验位。1.3 单片机 此系统采用低功耗的MSP430单片机作为主控制器。MSP430是TI（德州仪器）的一款超低功耗FLASH型16位RISC指令集单片机，他具有强大的处理能力、丰富的片上外围模块和方便高效的开发方式。1.4 LED显示屏 采用双面LED显示模块用来实时显示时间和读写时间发生时的各种数据，如需扣除金额和卡中余额等。1.5 矩阵键盘 本校采用迪科远望科技股份有限公司设计的卧式读卡器，键盘为4×5矩阵式键盘，其中有10个功能键，10个数字键。1.6 蜂鸣器报警电路 如图2所示，MCU通过一个I/O端口控制蜂鸣器，为确保输出电流信号有效驱动蜂鸣器，在蜂鸣器与端口之间采用一个PNP型三极管蜂鸣器进行驱动。BUZ接单片机P1.1口。单片机P1.1口通过PNP型三极管驱动蜂鸣器，P1.1口输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器发出响声。 图2 蜂鸣器报警电路 Fig.2 Buzzer alarm circuit2 系统软件设计单片机对MTP-K4的控制就是对射频卡的控制。当有卡刷入时，单片机从读卡器芯片读入卡号，判断是否是合法卡，然后根据结果发出控制信号。韦根通信方式读卡程序如下： Fig.3 RFID card reader circuit 3 结语 食堂IC卡售饭系统，从功能上来说，应分为主机和从机两部分：主机设置在工作窗口，能够时间所有功能，而从机则设置在售饭消费窗口，只能实现基本功能。当然二者在实际工作时对于数据的处理还是存在差异的在（扣费是若扣费金额小于卡内余额，从机应该脑经，而主机不应该报警）。本次设计的IC读卡系统从功能上讲属于主机的范畴，其中包含了从机的功能。知道在程序上进行适当的修改，即可在主机和从机之间进行切换。 参考文献1卧式POS机.北京迪科远望科技股份有限公司.horizontal type POS machine.Beijing DataLook Technology Co., Ltd2刘继平，谭耀辉.现代电子技术.北京：广益印刷有限公司，2014.Liu Jiping,Tan Yaohui.Modern electronic technology.Beijing:Guang yi printing co., LTD,2014.3泰龙.MSP430 单片机常用模块与综合系统实例精华.北京：电子工业出版社,2007.Tai Long.MSP430 MCU module and integrated systems commonly used instance essence.Beijing:Electronic Industry Press,2007.4赵亮.单片机C语言编程与实例.北京：人民邮电出版社,2003.Zhao Liang.Singlechip C language programming and instances.Beijing:Posts and Telecom Press,2003.5姚达雯.电子技术应用.北京：广益印刷有限公司.2014.Yao Dawen.Electronic technology application.Beijing:Guang yi printing co., LTD,2014.
