单卡在线自助圈存系统的设计分析

目前我国高校的校园卡圈存通常采用传统圈存技术，传统技术接入方式是以太网控器作为接入设备，通过圈存机将交易报文在银行系统和校园一卡通系统中的卡务管理中心子系统之间进行传送，银校圈存系统通过银行卡与校园卡一起插入转账圈存机以达到把用户的银行卡账户下的金额划入校园卡账户中为目的[1]，传统圈存方式的圈存机具有价格昂贵、位置移动不灵活、设计复杂、故障率偏高等不足，而且经常会出现银行和学校交易流水账务不一致的情况；同时，该模式下的学校与银行的实时通信信道需向通信部门租用一条专线，增加了工程的设计成本与维护费用。鉴于此，在计算机比较普及和计算机网络高度发展的今天，结合高校的实际情况，笔者探索出一种全新的圈存思路和设计，实现校园卡单卡圈存（即圈存时仅使用校园卡），设计一种基于WEB圈存的方式以克服传统圈存方式的不足，大大降低了系统的开发和材料成本，使其设计与应用真正做到经济、简单、方便、实用和圈存机移动、接入方便。

1 圈存流程总体设计原理

圈存的过程主要分成2大步骤，第一步骤就是用户通过学校自主开发的WEB圈存缴费系统和银行开发的网上银行系统把其在银行账户下的指定大小的金额划入学校的银行账户下，成功交易的金额记录再提交给学校转账系统数据库服务器中；第二步骤是用户把第一步转入的金额在学校WEB圈存缴费系统进行圈存支付，形成圈存等待流水。最后，用户可在任何一台以太网圈存机上进行刷卡充值，同时后台运行软件会自动实时地上传刷卡之后的圈存流水传至卡务中心，以保证卡库金额一致。其圈存思路设计流程如图1所示。

2 系统设计

系统主要由圈存机与WEB圈存缴费系统两大部分组成，用户借助于WEB圈存缴费系统把其在银行的钱转入学校系统中，然后进行圈存消费支付，最终在服务器数据库中形成等待圈存刷卡流水，圈存机则主要完成读卡并把圈存金额写入校园卡。

2.1系统硬件设计

圈存机硬件处理单元结构如图2所示。系统由主控板、网络通(wlt)、显示电路板、键盘板、读卡器天线板等主要部分组成。

2.1.1ICR/W主控电路板

ICR/W是圈存机硬件系统的核心，主要由读卡芯片MFRC500、MCU（STC89C58RD+）、实时时钟芯片（8563T）、蜂鸣电路等部分组成。由它完成数据信号处理及优化，包括键盘输入、显示控制、以及与PC机和网络通信等功能。该系统采用的是STC89C58RD+单片机，其内部有增强型1T流水线/精简指令集结构8051CPU、512BRAM、通用I/O口（27/23个）、ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）、看门狗、2个16bit定时器/计数器、2路外部中断等部件，同时具有EEPROM功能，另外该微处理器具有超低功耗的特点，在系统供电方面具有很强的优势。

2.1.2网络通及底层通信

网络通也叫以太网测控网关，主要由单片机与以太网接口芯片组成，负责完成网络层上的以太网TCP/IP协议与测控设备现场总线RS－232、RS－485、并口通信等协议的转换，完成以太网和现场总线网络间的互联，实现不同以太网和现场总线网络之间的数据交换[4]，网络通对单片机没有什么特殊要求，可选用普通单片机，例如89C51等。可用汇编语言在单片机中写入TCP/IP通信协议和RS－232、RS－485等现场总线及并行总线通信协议。它将从以太网接收来的IP包进行拆包取出数据，再按RS－232、RS－485等现场总线或并行总线通信协议重新组成新帧，发送给测控设备；或者将测控设备发来的数据帧，重新打成IP包向以太网发送。

硬件部分对各主要功能模块采用基于单片机的模块化设计，即分别设计了显示控制模块、读卡模块以及按键控制模块，这些独立模块与主控芯片（MCU）之间的通信采用串口或I2C通信方式。采用模块化的设计有利于减轻MCU的处理压力，同时有利于提高各功能模块与MCU之间的通信速度，提高硬件系统的灵活性与可扩展性，方便故障的排查。

2.1.3显示板、键盘及感应天线板

显示电路板由LPC932A、2块LED数码管显示屏构成，每个显示屏有6个汉字和2排数码管，每排8个带小数点数字；LPC932是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合，可以满足多方面的性能要求；LPC932也集成了许多系统级的功能，这样可以大大减少元件的数目、电路板面积以及系统的成本。键盘采用4×4矩阵形式，共16个键，键盘使用LPC932的键盘中断工作方式，能够完成功能选择和圈存额查询。感应天线是读卡器发送载波信号的关键部件，用于向MF卡提供能量并在读卡器和MF卡之间传送信息，天线板的核心部分是天线与读卡模块间的耦合电路，为了节约成本、减小系统体积，采用PCB板天线设计，品质因数Q是一个很重要的参数。用于电感耦合式射频识别系统的天线，其特征值就是它的谐振频率和品质因数[3]。较高的品质因数值会增加天线线圈中的电流强度，由此可以改善对MF卡的功率传送。