1、石家庄铁道学院毕业设计2008 届 电气与电子工程 分院专 业 电子科学与技术 完成日期： 2008 年 5 月 25 日Design of Intelligent Charging System in Public Transportation（B）公交智能收费系统的设计（B ）毕 业 设 计 评 语 及 成 绩学生姓名 学号 班级 电 0403 专业 电子科学与技术毕业设计题目 公交智能收费系统的设计（B）指导教师姓名指导教师职称 副教授评 定 成 绩指导教师 得分评阅人 得分答辩小组组长 得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕 业 设 计 任 务 书题 目 公交智能收费系统的设计（B
2、）专 业 电子科学与技术 班 级 电 0403 学生姓名 郝明雷承担指导任务单位 电气与电子工程分院 导师姓名 石彦丛 导师职称 副教授一、设计内容利用汇编语言完成公交收费系统的软件设计，实现非接触式收费，并具有存储、报警、监控及显示等功能。二、基本要求1 非接触式读写操作，读卡时间0.3 秒，读卡距离 50mm；2 单机储存 1023 条交易明细记录 ,数据采集；3无卡操作时显示时间，有卡操作时数据和当时时间存入存储器。三、主要技术指标1 通信接口：USB RS232；2存储容量：1023 记录； 2 工作频率：13.56MHz； 3 卡读写时间：小于 0.3 秒。四、应收集的资料及参考文献
3、1查看关于计量 IC 卡方面的文献资料；2有关单片机的编程和外围设备的书籍；3有关时钟芯片的资料。五、进度计划1第 1 周至第 2 周 查找有关资料，完成开题报告；2第 3 周至第 5 周 确定软件设计方案；3第 6 周至第 9 周 完成程序并不调试软件；4第 10 周至第 12 周 整理并完成论文。教研室主任签字 时 间 年 月 日毕 业 设 计 开 题 报 告题 目 公交智能收费系统的设计（B）专 业 电子科学与技术 班 级 电 0403 学生姓名 郝明雷一、研究背景、国内外研究现状公交车现在已成为城市的主要交通工具，收费一般使用 IC 卡智能收费系统。使用 IC 卡首先是便利，其次是快捷
4、，第三是有利于减少现金流通。IC 卡智能收费系统的应用大大推动了非接触式 IC 卡的发展。从 IC 卡的雏形开始形成，国际标准化组织与国际电工技术委员会联合为IC 卡及相关技术制订了国际标准和规范，推动了 IC 卡的发展，国外已有众多实力强的公司来生产 IC 卡。中国虽起步较晚，但发展迅速。公交智能收费中的 IC 卡操作方便，可靠性更高，寿命更长，发展潜力巨大。二、主要工作和所采用的方法、手段公交 IC 卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了 1 片 Mifare 卡专用的读写处理芯片-MMM 微模块，单片机采用 89C52。P1 口与串行器件 24C64 和显示、报警电路连接；P0
5、口与 MMM 微模块相连，用作数据线；P2 口用作时钟电路； P3 口用于读写控制和中断。程序主要包括 IC 卡读写操作程序、时钟程序、显示程序、存储器读写程序和通信程序等。在显示电路中，用 P1 口的提供时钟信号、串行数据和使能信号，单片机与 24C64 共同作用存储信息。在读写器中，单片机与 PC 机之间的通信主要由 TC232 来实现。读写器中，系统中程序主要采用汇编语言进行编程。三、预期达到的指标1、把卡放读写器一定范围内，能按照设定好的值进行扣除费用；2、多张卡在一起时，读写器能读出其中一张卡的数据进行扣费；3、读写器能与上位机进行通信。四、进度计划1第 1 周至第 2 周 查找有关
6、资料，完成开题报告；2第 3 周至第 5 周 确定软件设计方案；3第 6 周至第 9 周 完成各模块的程序；4第 10 周至第 12 周 整理并完成论文。指导教师签字 时 间 2008 年 3 月 25 日摘要公交智能收费系统要求实现读卡、收费、LED 显示、时钟电路和计算机的通讯功能，其中读卡过程（即自动识别用户的过程）是整个系统的重要部分，本设计对读卡器的设计作详细介绍。采用 PHILIPS 公司的 Mifare 卡作 IC 卡，制作的 IC 卡读写器可以实现制卡、售卡、自动收费等功能，公交 IC 卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了 1 片 Mifare 卡专用的读写处理芯片
7、-MMM 微模块，单片机采用 89C52。P1 口与串行器件 24C64 和显示、报警电路连接；P0 口与 MMM 微模块相连，用作数据线；P2 口用作时钟电路连接；P3 口用于读写控制和中断。程序主要包括 IC 卡读写操作程序、键盘扫描程序、显示程序、存储器读写程序和通信程序。在读写器中，单片机与 PC机之间的通信主要由 TC232 来实现。读写器中，单片机程序可采用 C 语言进行编程。C 语言有功能丰富的库函数，运算速度快、编译效率高、可移植性好、软件的可读性强，便于改进和扩充。本设计所研究的技术和方法不仅对于公交智能收费系统有着重要的作用，而且在其他各领域如校园卡、考勤卡等也具有广泛的应
8、用价值。关键词： 单片机 非接触式 IC 卡 读写器 串口通信AbstractThe public transportation intelligence charge system request realizes reads the card, the charge, the LED demonstration, and computers communication function, reads the card process (i.e. automatic diagnosis users process) is overall systems important part, thi
9、s design reads and compares the card design to make the detailed introduction.Used PHILIPS Corporations Mifare card to make the IC card, the manufacture IC card reader-writer may card, automatic charge functions and so on realize the system card, sell, the public transportation IC card reader-writer
10、 take the radio frequency recognition technology as the core, in the reader-writer mainly uses 1 piece of Mifare card special-purpose read-write to process the chip-The MMM micro module, the monolithic integrated circuit uses 89C52. P1 mouth and serial component 24C64 and demonstration, alarm circui
11、t connection; The P0 mouth and the MMM micro module is connected, serves as the data line; The P3 mouth uses in the read-write control and the interrupt. The procedure mainly includes the IC card read-write operation procedure, the keyboard scanner program, the display sequence, the memory read-writ
12、e procedure and the signal procedure. In the reader-writer, monolithic integrated circuit and the PC machine between correspondence mainly realizes by TC232. In the reader-writer, the monolithic integrated circuit procedure may use the C language to carry on the programming. The C language has the f
13、unction rich storehouse function, the operating speed is quick, the translation efficiency is high, the probability is good, softwares readable, is advantageous for the improvement and the expansion.This design studies the technology and the method not only have the vital role regarding the public t
14、ransportation intelligence charge system, moreover in other various domains like campus card, the timecard and so on also has the widespread application value.Key words: Monolithic Non-contact type Reader-writer Serial communication目 录第 1 章 绪 论 .11.1 公交智能收费系统现状及发展趋势 .11.1.1 概述 .11.1.2 现状 .21.1.3 发展
15、.21.2 本文研究的内容 .3第 2 章 MCU 功能简介 .42.1 MCU 的功能概述 .42.2 89C52 的接口介绍 .42.2.1 I/O 口介绍 .42.2.2 89C52 的功能口介绍 .5第 3 章 MCM 外围模块简介 .103.1 读卡模块简介 .103.1.1 概述 .103.1.2 特性 .103.1.3 应用 .113.2 时钟模块的简述 .113.2.1 引脚功能及结构 .113.2.2 DS1302 的控制字节 .123.2.3 数据输入输出(I/O) .123.2.4 DS1302 的寄存器 .123.2.5 编程方法 .133.3 I2C 总线的简述 .1
16、33.3.1 I2C 总线的特点： .133.3.2 I2C 的基本操作： .143.3.3 系统存储器的概述 .163.4 RS-232 概述 .163.5 显示模块的概述 .183.6 系统中看门狗的功能 .193.6.1 电源电压监视 .193.6.2 复位 .193.6.3 看门狗定时器 .19第 4 章 系统总体设计方案 .204.1 主程序系统 .204.2 读/写卡程序设计 .224.2.1 Mifare 卡的操作步骤： .234.2.2 操作指令时序 .234.3 显示电路概述 .274.4 存储器概述 .284.5 监控电路概述 .294.6 上、下位机通信设计 .304.7
17、 时钟电路 .304.8 蜂鸣器模块概述 .315.1 结论 .325.2 展望 .32参考文献 .33致谢 .34附录 .35石家庄铁道学院毕业设计1第 1 章 绪 论公交车现在已成为城市的主要交通工具，收费时既有人工收费也有的采用了智能收费系统收费。使用智能收费系统首先是便利，其次是快捷，第三是有利于减少现金流通。公交智能收费系统在公交系统的应用大大推动了非接触式 IC 卡的发展。国外已有众多实力强的公司已涉足这方面的技术。中国虽起步较晚，但发展迅速。公交车 IC 卡作为非接触式的卡，操作方便，可靠性更高，寿命更长，发展潜力巨大。公交车收费系统的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之
18、内就能实现数据交换，无需任何接触，使用中非常方便、快捷，不易损坏。因此，除了用在公交系统，在门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。1.1 公交智能收费系统现状及发展趋势公交收费系统很多是采用接触式 IC 卡，卡在读写器上经常拔插造成的磨损导致接触不良，从而引起数据传输错误，并且卡与读写器之间的磨损也大大缩短了卡和读写器的使用寿命。随着技术发展，公交收费系统逐渐被射频技术取代，即使用非接触式 IC 卡。读写器以射频识别技术为核心，当射频卡靠近读写器时，受读写器发射的电磁波激励，卡片内的 LC 谐振电路产生共振并且接收电磁波能量。当射频卡接收到足够的能量时，就将卡内存储的识
19、别资料以及其他数据以无线电波的方式传输到读写器并且接受读写器对卡内数据的进一步操作。在环境复杂的公交车上，这种收费系统将会有很大前景。1.1.1 概述公交智能收费系统结构复杂，环节较多，因此，公交非接触 IC 卡的读写器至少应包括公交售卡机、公交车载机和公交制卡机三个读写器。本文主要介绍公交车载机读写器的设计，它主要由 MMM 微模块、单片机、显示、存储器、时钟电路和监控电路以及与 PC 机通信的 TC232 串行通信接口电路等部分组成。Mifare 卡专用的读写处理芯片(MF RC500)，它是一个小型的最大操作距离达100mm 的 Mifare 读/写设备的核心器件，其功能包括调制、解调、
20、产生射频信号、石家庄铁道学院毕业设计2安全管理和防碰撞机制 9。读写器是放在收费现场的， 这种读写器的软件在编写时，只允许用户读卡片，并具有自动收费的功能。1.1.2 现状如今，接触式 IC 卡在人们的日常生活中得到了普遍的应用。在接触式 IC 卡的普及过程中，逐渐发现了许多的弊端：卡在读写器上经常拔插造成的磨损导致接触不良，从而引起数据传输错误，并且卡与读写器之间的磨损也大大缩短了卡和读写器的使用寿命；另外，接触式 IC 卡的通讯速率较低，再加上插拔卡的动作延误，造成每一笔交易需要较长时间的等待。越来越多的应用除了对非接触卡的接口提出了要求，还对传统非接触卡的应用开发提出了进一步的要求。原来
21、非接触卡的指令比较简单，功能比较少。要完成一个复杂的操作如建立一个文件需要对非接触卡的数据结构十分了解而且要编写许多条指令。特别是非接触卡中存放的许多资料是比较敏感的，如金额之类，在对这些资料进行读写时，如果发生意外使操作中断，如何正确恢复资料是一个很头痛的问题，这需要很高软件技巧。所有这些大大阻碍了非接触卡的应用开发。公交收费系统中非接触式 IC 卡是应用潜力最大的领域之一。我国一些城市自2O03 年开始也采用非接触式 IC 卡电子车票管理系统。但在很多城市中并没有普及。其中有人们不了解公交卡优势原因，也有收费系统做的不太理想的原因，如公共汽车环境恶劣系统不稳定等。1.1.3 发展国际 IS
22、O 组织正在确定两个主要的非接触卡标准，一个是以菲利蒲、西门子公司为代表的 TYPE A，一个是以摩托罗拉、意法半导体公司为代表的 TYPE B。两者各有优缺点。以菲利蒲、西门子公司为代表的 TYPE A。这种标准是目前广泛运用的一种标准，即 MIFARE 标准。它与 TYPE B 的区别主要是卡与读写器的通讯调制方式。MIFARE 采用的是一种间断是调制方式，即当表示信息“1”时，有信号传到卡，当表示信息“0”时没有信号传到卡，当然这个间隔是相当短的，不会影响到卡的正常工作。这种方式的优点是信息区别明显，受干扰的机会少，不容易误操作。缺点是在需要持续不断的提供能量到非接触卡时，能量有可能会出现波动。在公共汽车上干扰很大，打卡时间又必须非常快，误信号出现的机率越小越好，从这个方面来说，采用 TYPE A 相对来说适合一些。另外，由于受国情限制，公交
