基于51单片机的公交智能收费系统.docx

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基于51单片机的公交智能收费系统

2014届毕业设计

基于51单机片的公交智能收费系统

院、部：

电气与信息工程学院

学生姓名：

刘波波

指导教师：

黄海波职称讲师

专业：

电子信息工程

班级：

电子1003班

完成时间：

2014年5月30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Mi-fare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--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用价值。

关键词：

单片机；非接触式IC卡；读写器；串口通信

ABSTRACT

Theintelligentchargingsystemrequirementstoachievethecard,charge,LEDdisplay,clockcircuitandcomputercommunicationfunction,whereinthecardreadingprocess（i.e.,automaticrecognitionofuserprocess）isanimportantpartofthewholesystem,thedesignofcardreadertoreadthedetaileddesign.

UsingPHILIPS'sMi-farecardICcard,ICcardreadercanmaketheimplementationofthebusinesscardprinting,Cardsaling,automaticchargingandotherfunctions,thepublictransportationICcardreaderbasedonradiofrequencyidentificationtechnologyasthecore,thereaderismainlyused1piecesofMifarecardread-writeprocessingchip--MMMmicromodule,single-chipmicrocomputerwith89C52.TheP1portandserialdevice24C64anddisplay,alarmcircuit;P0andMMMmicromodule,isusedasadataline;P2isusedastheclockcircuitisconnected;P3portusedtoreadandwritecontrolandinterrupt.TheprogramincludesICcardread-writeoperationprocedure,keyboardscanningprocedures,displayprogram,memoryreadandwriteprogramandcommunicationprogram.Inthereader,thecommunicationbetweenMCUandPCismainlyimplementedbyTC232.Reader,microcontrollerprogramcanbeprogrammedinClanguage.Clanguagelibraryfunctionrich,fastoperation,highefficiencytocompile,goodportability,softwarereadable,easytoimproveandexpand。

Technologyandmethodsoftheresearchofthisdesignnotonlyforbusintelligentchargingsystemplaysanimportantrole,butalsoinotherfieldssuchascampuscard,attendancecardalsohasextensiveapplicationvalue。

Keywordsmonolithic；non-contacttype；reader-writer；serialcommunication

1绪论1

1.1公交智能收费系统现状及发展趋势1

1.1.1概述1

1.1.2现状1

1.1.3发展2

1.2本文的内容3

2设计方案4

2.1硬件设计选择4

2.289C52的接口介绍5

2.2.1I/O口介绍6

2.2.289C52的功能口介绍6

2.3软件设计选择8

3硬件设计9

3.1读/写卡程序11

3.2显示电路12

3.3I2C存储器24C6413

3.4监控电路概述14

3.5上、下位机通信设计14

3.6时钟电路16

3.7蜂鸣器模块概述16

4软件设计18

4.1读卡器流程图读卡18

4.2公交收费系统软件功能结构19

4.3公交管理软件系统软件19

结束语23

参考文献24

致谢26

附录程序清单27

1绪论

公交如今已成为都市重要的交通工具，收费的时候有人为的收费也有采用了智能的收费系统。

利用智能收费先是便利，再是快捷，还有就是有利于减少现金流动。

公交车智能收费系统在公交系统中极大地促进了非接触式IC卡的发展。

国外已有许多知名的公司已使用这方面的技术。

中国虽开始较晚，但成长迅速。

公交IC卡作为非接触卡，操作方便，可靠性高，寿命长，发展潜力巨大。

公交收费系统的读写操作，只需要将卡在读写某一区间内可以实现数据交换装置附近，没有任何接触，使用十分方便，速度快，不易损坏。

所以，除了用在公交系统，在门禁、学校、企业等人事管理、娱乐场所等领域有极大的应用前景。

1.1公交智能收费系统现状及发展趋势

公交车收费系统一般采取接触式IC卡，因为卡在读写器上操作时常造成磨损引起的接触不良，从而导致数据传输故障，此外卡跟读写器的磨擦也极大地减短了卡和读写器的使用年限。

随着技术的进步，公交车收费系统慢慢地被射频技术所替代，即非接触式的IC卡。

读写器用射频识别技术为核心，每当射频卡靠近读写器的时候，因受读写器的电磁波激励的作用，LC谐振电路就开始产生共振和接收电磁波能量。

每当射频卡一收集到充足的能量时，就会把卡内存储的识别卡和其他的数据传输的无线电波，读者和接受读者卡上的数据和进一步的操作。

在环境多变的公交车上，这种收费系统一定有很大发展前景。

1.1.1概述

公交智能收费体系构造复杂，所以，公交车IC卡的读写器最少包含公交车载机公交车售卡机、公交车制卡机的三个读写器。

以下主要介绍公交车载机读写器的设计，主要部件是由单片机、MMM微模块、单片机、存储器、和监控电路还有PC通信的TC232通讯接口电路等部件构成。

Mifare卡专门使用的芯片MFRC500，它是由一个微型的且最大操作间距达100mm的Mifare读/写设备的核心部件，其功能包括调制、解调、安全管理和防碰撞机制等。

读写器是收取费用现场的，且读写器编写的时候，只会进行读卡片的操作，且具备自动地收取费用的机能。

1.1.2现状

当今，虽然接触式IC卡在交通中得以普遍的使用。

但在接触IC卡的推广使用中，慢慢发现了许多缺点：

卡在读写器上频繁的拔插的操作造成的磨损使得接触性不良，继而导致数据传送报错，另外卡与读写器之间的磨损也很大缩短了卡和读写器的使用年限；而且，此IC卡的通信效率很低，还有再个插拔卡的动作造成的延误，导致每次交易都要长久的等待。

现在更多的应用不仅对卡的接口给予了不一样的需求，而且对传统非接触卡应用也提出了更多的需求。

起先非接触卡的指令很简单，功能也很少。

实现一个高难度的操作就像建立一个普通文件一样需要对卡的数据结构十分熟悉并且需要编很多指令。

尤其是卡中大部分资料都是很敏感的，比如剩余金额的数目，所以在对这些资料进行操作的时候，万一出现意外使得操作突然停止，就要面临怎样地正确恢复资料的难题，这非常需要高软件技巧。

以上所有的这些问题都大大防碍了非接触卡的应用创新。

然而公交车智能系统非接触式IC卡也是应用里最大的领域之一。

自2O03年以来我国就有许多城市开始陆续采用非接触式IC卡的电子车票体系。

但也在很多城市中没有普及开来。

人们还不理解公交卡所拥有的优势，还有就是收费体系做的也还不够完善，比如受公交环境差的影响使得系统出错率高等。

1.1.3发展

现在国际ISO拟定了主要两个非接触IC卡国际准则，一个菲利蒲和西门子的公司的TYPEA标准，另外一个则是摩托罗拉和意法半导体公司的TYPEB标准。

两个标准各有各的优点和缺点。

然而TYPEA标准。

则是目前运用较多的一种标准MIFARE标准。

TYPEB与A的主要不同是卡跟读写器的调制方式的差异。

而TYPEA采用的则是间断的调制原理，信息“1”为时，即有信号传到卡，信息显示是“0”时，则就无信号传到卡，并且时间的间隔非常短暂，基本不会影响到卡的正常工作。

用这种方式信息区别会很明显，而且受环境影响的可能性小，很难会误操作。

然而缺点就是在不断地传输能量到非接触卡的时候，能量会有几率发生波动。

公共汽车上干扰因素很多，打卡时间又极短，错误信号发生的机率越小越好，因此，采用TYPEA相对来会好很多。

而且，鉴于国情影响，车在较短时间里使用非接触CPU卡的可能性小，而使用逻辑加密卡。

因为使用非接触逻辑加密卡时，因为没有CPU在工作，所以对能量的持续性要求很强，因此TYPEA可以很好胜任这工作。

我国引进的射频IC卡主要有PHILIPS公司的Mifare和ATMEL公司的Demic卡。

制作的IC卡读写器可以实现制卡、售卡、自动收费等功能，具有安全、方便、快捷、可靠性高

等的特点，解决了城市公共交通服务行业既频繁又琐碎的收费管理问题，有广泛的利用远景。

在我国最广使用的就是MifareIC卡。

其每一年销售量达几亿张的IC卡，促使我国迅速成为IC卡应用发展速度最快的国家之一。

此外，近些年售出的非接触式卡里近一半是在公共交通中使用的。

1.2本文的内容

此设计研究的是公交智能收费系统（B）标准，其重点进行卡的读写程序设计，它是以非接触式通信为技术基础。

本课题设计是以射频技术为基础，铺以单片机编程来控制MFRC500的读写卡操作，然后卡里的内容跟时钟信息一起存放在存储器里，然后显示模块显示卡的扣