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一種射頻IC卡就餐機和后臺管理微機的通信設計
一種射頻IC卡就餐機和后臺管理微機的通信設計
作者： 梁昌明 李一森
2005-1-14
摘 要 主要介紹一種射頻IC卡就餐機和后臺管理微機通信的硬件和軟件設計。硬件設計方面簡述各種串行通信方法的比較，并詳細論述了用RS-485實現遠距離通信。軟件方面詳述了在VISUAL FOXPRO 5.0中應用COMMUNICATIONS 串行通信控件實現射頻IC卡就餐機和后臺管理微機的通信，實現了兩者相互傳輸數據。
1 系統(tǒng)總體方案
我們采用美國ATMEL公司的子公司TEMIC公司生產的TK5550射頻識別IC卡、IDIC(Identification Integrated Circuit)、讀寫基站集成電路U2270B和ATMEL公司的8位單片機研制開發(fā)學校食堂就餐管理系統(tǒng)，系統(tǒng)具有預付收費、目標識別、身份驗證、數據采集、數據加密和數據庫管理的功能。系統(tǒng)由TK5550卡、就餐機、數據庫管理系統(tǒng)、就餐機和數據庫管理微機的通訊系統(tǒng)四部分組成。主機與就餐機之間的通信采用RS-485通信**，工作方式為半雙工，每次通信都是主機**先呼叫從機。
2 串行通信接口設計
**常見的串行通行接口**是RS-232-C串行總線，傳輸的是單端信號，即信號線中一條是公共地線，另一條是信號線。它只適用于數據傳送速率要求不高，距離不長的場合（小于15米），適合于長距離傳送的總線**有：RS-422、RS-423、RS-485、RS-499以及20MA電流環(huán)串行接口。
本系統(tǒng)中單片機與上位主機的通訊選用了RS-485總線**，并采用了MAX465芯片來實現，它具有RS-485通訊接口中要的全部功能，數據通訊的方向由RE，DE 腳來控制，設計中二者連在一起，由單片機的P1.5來控制，當它為高電平時，數據由單片機經MAX485到外部串行總線，即處于發(fā)送狀態(tài)；為低電平時，數據由外部串行總線到單片機。
一般微機的串行口采用RS-232接口，故在主機一端需要一個RS-232/RS-485轉換器。本設計中采用了臺灣ATEN公司生產的IC-485SN轉換器，它是一種雙向RS-232/RS-485或RS-422轉換器，可提供點對點、點對多點的全雙工和半雙工以及多點的單工串行通信。具體工作方式可**兩個撥碼開關和外部界限靈活配置。由于本系統(tǒng)中涉及到多點半雙工通訊，下面就以此方式介紹其使用方法。
在此工作方式下系統(tǒng)的連線如上圖�？梢娹D換器對外部的RS-485總線只需兩根信號線：DATA+和DATA-，即發(fā)送和接收數據公用一對差分傳輸線，而轉換器和微機的RS-232接口則需**3根線進行連接：RX， DX和RTS/CTS，其中RX為接收數據信號線，TX為發(fā)送數據信號線，RTS和CTS端接在一起，控制數據發(fā)送是否允許。由于轉換器工作時RTS必須為高電平來為轉換器供電，即轉換器接收數據時也一直處于數據發(fā)送允許的狀態(tài)，為避免發(fā)生沖突，應在設計主機串行通訊程序時，控制發(fā)送和接收數據分時進行，即系統(tǒng)始終工作在半雙工的工作方式。
3 串行通信程序設計
本系統(tǒng)上位主機數據庫管理系統(tǒng)采用VF5.0編寫，這里介紹的串行通信程序主要是在VF中實現與單片機的通信程序設計。
3．1就餐系統(tǒng)通信程序的設計
WINDOWS 應用程序串行通信方式有調用WINDOWS API函數和**的通信控件COMMUNICATIONS兩種方式。本系統(tǒng)采用**的通信控件communications進行通信程序的設計，實現掛失數據的發(fā)送、用戶卡號的發(fā)送、發(fā)卡和就餐數據的接收。在這里主要以接收用戶就餐數據為例討論應用通信控件Communications通信程序的設計。
就餐機向主機傳送的數據為學生卡號和消費金額，主機把接受后的數據臨時存貯在表jc中，然后**相關運算后修改表stu中的存款數據。主機與多臺就餐機的通訊方式為，先與一號機通訊，待到一號機數據傳輸完畢后，再與二號機通信直到**大編號就餐機。使用主機的串口ｃｏｍ２與就餐機相連。
3．2 主機與就餐機雙方通信的約定
微機向就餐機發(fā)送字**串時，該塊字**串前附加A，末尾附加B，串口兩端的校驗和一致，則向微機發(fā)送C，如果不一致，則向微機發(fā)送D；微機收集來自就餐機的數據時，先由微機向**定的就餐機發(fā)送E，該就餐機收到E以后，向微機發(fā)送數據塊以及校驗和，并且在數據塊的末尾附加F，如果串口兩端的校驗和一致，則微機發(fā)送G，如果不一致，則微機發(fā)送H。(注:A,B,C,D,E,F,G,H都以ASCII碼格式發(fā)送,而且在OleControl1中收到的都是字**,而不是數字)。
3．3 通信程序實現
每次通信時，**先在主機的init事件中初始化通信控件olecontrol1,初始化設置為:
thisform.olecontrol1.CommPort=1 //選擇串行口com1
thisform.olecontrol1.PortOpen=1 //打開串行口com1
thisform.olecontrol1.InputMode=0 //接收的數據按文本方式
thisform.olecontrol1.RTSEnable=1 //允許使用rts線，用于rs-232/485轉換器的發(fā)送控制和供電
thisform.olecontrol1.InputLen=1 //每次讀取接收緩沖區(qū)的一個字**
thisform.olecontrol1.OutbufferCount=0 //清除發(fā)送緩沖區(qū)
thisform.olecontrol1.InbufferCount=0 //清除接收緩沖區(qū)
定時控件timer1作為超時定時器, 在Timer1的OnTimer事件中，（假定共有兩臺就餐機）如果微機向就餐機#1發(fā)送的數據正確，那么，延時后，向下一個就餐機發(fā)送數據，直到**一個就餐機，然后提示發(fā)送完畢；如果微機向就餐機發(fā)送的數據錯誤，那么，延時后，再發(fā)**。如果連續(xù)三次發(fā)送都發(fā)生了錯誤，那么，給出錯誤的就餐機號，并且向下一個就餐機發(fā)送數據。定時器的初始化為:
timer1.Interval=50 *定時時間間隔為50ms
timer1.ensbled=.f.先關超時定時器1
在Command1的Click 事件中**調用外部過程program2向就餐機發(fā)送地址(即機號),和要求就餐機向主機傳送就餐數據的命令。Program2的程序為：
procedure programe2
*發(fā)送機號
表單js.olecontrol1.RThreshold=0
表單js.olecontrol1.Settings=2400,m,8,1
jh2=chr(jh2)
表單js.olecontrol1.OutPut=jh2
*發(fā)送命令
表單js.olecontrol1.Settings=2400,s,8,1
表單js.olecontrol1.OutPut=E
表單js.olecontrol1.InbufferCount=0
表單js.olecontrol1.OutbufferCount=0
表單js.olecontrol1.RThreshold=1
表單js.timer1.enabled=.t.
return
具體為：**先在發(fā)送數據之前設置OLECONTROLL的Rthreshold為0，禁止對發(fā)送事件產生ONCOMM事件，防止主機接收自己的數據。在發(fā)送一個字節(jié)的機號時，設settings表單js.olecontrol1.Settings=2400,m,8,1
即校驗位為mark：‘1’，代表地址字節(jié),以校驗位作為識別地址的**。在發(fā)送完機號后，設置settings為：
表單js.olecontrol1.Settings=2400,s,8,1
即校驗位為space：‘0’，表示發(fā)送的一個字節(jié)E是要求就餐機開始向主機傳送就餐數據的命令。主機向就餐機發(fā)送數據的方法是應用通信控件的OUTPUT函數，即為表單js.olecontrol1.OutPut=E。在發(fā)送完命令后，要清控主機的發(fā)送和接收緩沖區(qū)，即令：
表單js.olecontrol1.InbufferCount=0
表單js.olecontrol1.OutbufferCount=0
同時，使控件的Rthreshold有效，等待接收就餐機發(fā)來的數據，另外要打開超時定時器即令表單js.timer1.enabled=.t.，以判斷就餐機是否正常。在OleControl1的OnComm事件中，**先判斷控件的屬性CommEvent=2，表示收到 Rthreshold 個字**。該事件將持續(xù)產生直到用 Input 屬性從接收緩沖區(qū)中刪除數據。然后接收從串口來的就餐數據和校驗和,就餐機發(fā)送完數據后緊接著發(fā)送一個F，表示數據發(fā)送完畢。如果主機接收正確向就餐機發(fā)送一個G。延時后與下一臺就餐機通信。接收后的數據臨時存貯在表JCJ中，等待處理。如果主機接收不正確向就餐機發(fā)送一個H。
主機與就餐機的通信成功與否，在超時定時器的ONTIMER事件進行判斷，其工作方法在前面已說明。
4 結束語
前面比較詳細的介紹了主機接收就餐機數據的程序設計過程和方法，至于主機向就餐機發(fā)送掛失卡號和發(fā)卡初始化新卡的通信程序的設計原理是相同的。只是發(fā)卡時，因為**通信要傳輸的數據量很小，卡號金額均為10個字**，對通信結果成功與否的判斷，沒有使用求校驗和的方法，采取了連續(xù)傳輸3次， 在3中取2的措施，這樣更可靠。
參考文獻
[1]ATMEL CORPORATION, U2270B ANTENNA DESIGN HINTS,1999
[2]ATMEL CORPORATION, TK5550 DATA SHEET,1999
[3]ATEN International Co. , LTD, The IC-485SN Converter User Manual, Taiwan, 1999
[4]Small D., “The potential of RFID is finally areality”,Industrial Engineering, Vol 24 Iss: 10 p.46-7,Data:Oct.1992
[5]美國愛**梅爾(ATMEL)公司,IC智能卡技術手冊,1999年4月
[6]劉立康, 用vb5.0實現與單片機串行通信的程序設計,微計算機信息,1999年第15卷第3期
[7]范逸之, Visual Basic 與 RS-232 串行通信控制, 中國青年出版社, 2000年8月
[8]夏海燕、羅家融、王玲,運行VB的MSCOMM控件實現一機對多機數據通信的實例, 微計算機信息,1999年第4期
[9]周捷、張為公, WINDOWS95環(huán)境下利用VISUAL C++實現微機與GPS-OEM板的串行通信, 電子技術應用, 1998年第11期
[10]陳堅、孫志月, MODEM通信編程技術, 西安電子科技出版社, 1998年
[11]彭江平、王毅、李靜、倪芳，Visual Foxpro 5.0面向對象程序設計祥解及實例，人民郵電出版社，1998年
[12]姜靈敏、彭江平、毛錦云，Visual Foxpro 5.0程序設計入門，人民郵電出版社，1998年
2005-1-14
摘 要 主要介紹一種射頻IC卡就餐機和后臺管理微機通信的硬件和軟件設計。硬件設計方面簡述各種串行通信方法的比較，并詳細論述了用RS-485實現遠距離通信。軟件方面詳述了在VISUAL FOXPRO 5.0中應用COMMUNICATIONS 串行通信控件實現射頻IC卡就餐機和后臺管理微機的通信，實現了兩者相互傳輸數據。
1 系統(tǒng)總體方案
我們采用美國ATMEL公司的子公司TEMIC公司生產的TK5550射頻識別IC卡、IDIC(Identification Integrated Circuit)、讀寫基站集成電路U2270B和ATMEL公司的8位單片機研制開發(fā)學校食堂就餐管理系統(tǒng)，系統(tǒng)具有預付收費、目標識別、身份驗證、數據采集、數據加密和數據庫管理的功能。系統(tǒng)由TK5550卡、就餐機、數據庫管理系統(tǒng)、就餐機和數據庫管理微機的通訊系統(tǒng)四部分組成。主機與就餐機之間的通信采用RS-485通信**，工作方式為半雙工，每次通信都是主機**先呼叫從機。
2 串行通信接口設計
**常見的串行通行接口**是RS-232-C串行總線，傳輸的是單端信號，即信號線中一條是公共地線，另一條是信號線。它只適用于數據傳送速率要求不高，距離不長的場合（小于15米），適合于長距離傳送的總線**有：RS-422、RS-423、RS-485、RS-499以及20MA電流環(huán)串行接口。
本系統(tǒng)中單片機與上位主機的通訊選用了RS-485總線**，并采用了MAX465芯片來實現，它具有RS-485通訊接口中要的全部功能，數據通訊的方向由RE，DE 腳來控制，設計中二者連在一起，由單片機的P1.5來控制，當它為高電平時，數據由單片機經MAX485到外部串行總線，即處于發(fā)送狀態(tài)；為低電平時，數據由外部串行總線到單片機。
一般微機的串行口采用RS-232接口，故在主機一端需要一個RS-232/RS-485轉換器。本設計中采用了臺灣ATEN公司生產的IC-485SN轉換器，它是一種雙向RS-232/RS-485或RS-422轉換器，可提供點對點、點對多點的全雙工和半雙工以及多點的單工串行通信。具體工作方式可**兩個撥碼開關和外部界限靈活配置。由于本系統(tǒng)中涉及到多點半雙工通訊，下面就以此方式介紹其使用方法。
在此工作方式下系統(tǒng)的連線如上圖�？梢娹D換器對外部的RS-485總線只需兩根信號線：DATA+和DATA-，即發(fā)送和接收數據公用一對差分傳輸線，而轉換器和微機的RS-232接口則需**3根線進行連接：RX， DX和RTS/CTS，其中RX為接收數據信號線，TX為發(fā)送數據信號線，RTS和CTS端接在一起，控制數據發(fā)送是否允許。由于轉換器工作時RTS必須為高電平來為轉換器供電，即轉換器接收數據時也一直處于數據發(fā)送允許的狀態(tài)，為避免發(fā)生沖突，應在設計主機串行通訊程序時，控制發(fā)送和接收數據分時進行，即系統(tǒng)始終工作在半雙工的工作方式。
3 串行通信程序設計
本系統(tǒng)上位主機數據庫管理系統(tǒng)采用VF5.0編寫，這里介紹的串行通信程序主要是在VF中實現與單片機的通信程序設計。
3．1就餐系統(tǒng)通信程序的設計
WINDOWS 應用程序串行通信方式有調用WINDOWS API函數和**的通信控件COMMUNICATIONS兩種方式。本系統(tǒng)采用**的通信控件communications進行通信程序的設計，實現掛失數據的發(fā)送、用戶卡號的發(fā)送、發(fā)卡和就餐數據的接收。在這里主要以接收用戶就餐數據為例討論應用通信控件Communications通信程序的設計。
就餐機向主機傳送的數據為學生卡號和消費金額，主機把接受后的數據臨時存貯在表jc中，然后**相關運算后修改表stu中的存款數據。主機與多臺就餐機的通訊方式為，先與一號機通訊，待到一號機數據傳輸完畢后，再與二號機通信直到**大編號就餐機。使用主機的串口ｃｏｍ２與就餐機相連。
3．2 主機與就餐機雙方通信的約定
微機向就餐機發(fā)送字**串時，該塊字**串前附加A，末尾附加B，串口兩端的校驗和一致，則向微機發(fā)送C，如果不一致，則向微機發(fā)送D；微機收集來自就餐機的數據時，先由微機向**定的就餐機發(fā)送E，該就餐機收到E以后，向微機發(fā)送數據塊以及校驗和，并且在數據塊的末尾附加F，如果串口兩端的校驗和一致，則微機發(fā)送G，如果不一致，則微機發(fā)送H。(注:A,B,C,D,E,F,G,H都以ASCII碼格式發(fā)送,而且在OleControl1中收到的都是字**,而不是數字)。
3．3 通信程序實現
每次通信時，**先在主機的init事件中初始化通信控件olecontrol1,初始化設置為:
thisform.olecontrol1.CommPort=1 //選擇串行口com1
thisform.olecontrol1.PortOpen=1 //打開串行口com1
thisform.olecontrol1.InputMode=0 //接收的數據按文本方式
thisform.olecontrol1.RTSEnable=1 //允許使用rts線，用于rs-232/485轉換器的發(fā)送控制和供電
thisform.olecontrol1.InputLen=1 //每次讀取接收緩沖區(qū)的一個字**
thisform.olecontrol1.OutbufferCount=0 //清除發(fā)送緩沖區(qū)
thisform.olecontrol1.InbufferCount=0 //清除接收緩沖區(qū)
定時控件timer1作為超時定時器, 在Timer1的OnTimer事件中，（假定共有兩臺就餐機）如果微機向就餐機#1發(fā)送的數據正確，那么，延時后，向下一個就餐機發(fā)送數據，直到**一個就餐機，然后提示發(fā)送完畢；如果微機向就餐機發(fā)送的數據錯誤，那么，延時后，再發(fā)**。如果連續(xù)三次發(fā)送都發(fā)生了錯誤，那么，給出錯誤的就餐機號，并且向下一個就餐機發(fā)送數據。定時器的初始化為:
timer1.Interval=50 *定時時間間隔為50ms
timer1.ensbled=.f.先關超時定時器1
在Command1的Click 事件中**調用外部過程program2向就餐機發(fā)送地址(即機號),和要求就餐機向主機傳送就餐數據的命令。Program2的程序為：
procedure programe2
*發(fā)送機號
表單js.olecontrol1.RThreshold=0
表單js.olecontrol1.Settings=2400,m,8,1
jh2=chr(jh2)
表單js.olecontrol1.OutPut=jh2
*發(fā)送命令
表單js.olecontrol1.Settings=2400,s,8,1
表單js.olecontrol1.OutPut=E
表單js.olecontrol1.InbufferCount=0
表單js.olecontrol1.OutbufferCount=0
表單js.olecontrol1.RThreshold=1
表單js.timer1.enabled=.t.
return
具體為：**先在發(fā)送數據之前設置OLECONTROLL的Rthreshold為0，禁止對發(fā)送事件產生ONCOMM事件，防止主機接收自己的數據。在發(fā)送一個字節(jié)的機號時，設settings表單js.olecontrol1.Settings=2400,m,8,1
即校驗位為mark：‘1’，代表地址字節(jié),以校驗位作為識別地址的**。在發(fā)送完機號后，設置settings為：
表單js.olecontrol1.Settings=2400,s,8,1
即校驗位為space：‘0’，表示發(fā)送的一個字節(jié)E是要求就餐機開始向主機傳送就餐數據的命令。主機向就餐機發(fā)送數據的方法是應用通信控件的OUTPUT函數，即為表單js.olecontrol1.OutPut=E。在發(fā)送完命令后，要清控主機的發(fā)送和接收緩沖區(qū)，即令：
表單js.olecontrol1.InbufferCount=0
表單js.olecontrol1.OutbufferCount=0
同時，使控件的Rthreshold有效，等待接收就餐機發(fā)來的數據，另外要打開超時定時器即令表單js.timer1.enabled=.t.，以判斷就餐機是否正常。在OleControl1的OnComm事件中，**先判斷控件的屬性CommEvent=2，表示收到 Rthreshold 個字**。該事件將持續(xù)產生直到用 Input 屬性從接收緩沖區(qū)中刪除數據。然后接收從串口來的就餐數據和校驗和,就餐機發(fā)送完數據后緊接著發(fā)送一個F，表示數據發(fā)送完畢。如果主機接收正確向就餐機發(fā)送一個G。延時后與下一臺就餐機通信。接收后的數據臨時存貯在表JCJ中，等待處理。如果主機接收不正確向就餐機發(fā)送一個H。
主機與就餐機的通信成功與否，在超時定時器的ONTIMER事件進行判斷，其工作方法在前面已說明。
4 結束語
前面比較詳細的介紹了主機接收就餐機數據的程序設計過程和方法，至于主機向就餐機發(fā)送掛失卡號和發(fā)卡初始化新卡的通信程序的設計原理是相同的。只是發(fā)卡時，因為**通信要傳輸的數據量很小，卡號金額均為10個字**，對通信結果成功與否的判斷，沒有使用求校驗和的方法，采取了連續(xù)傳輸3次， 在3中取2的措施，這樣更可靠。
參考文獻
[1]ATMEL CORPORATION, U2270B ANTENNA DESIGN HINTS,1999
[2]ATMEL CORPORATION, TK5550 DATA SHEET,1999
[3]ATEN International Co. , LTD, The IC-485SN Converter User Manual, Taiwan, 1999
[4]Small D., “The potential of RFID is finally areality”,Industrial Engineering, Vol 24 Iss: 10 p.46-7,Data:Oct.1992
[5]美國愛**梅爾(ATMEL)公司,IC智能卡技術手冊,1999年4月
[6]劉立康, 用vb5.0實現與單片機串行通信的程序設計,微計算機信息,1999年第15卷第3期
[7]范逸之, Visual Basic 與 RS-232 串行通信控制, 中國青年出版社, 2000年8月
[8]夏海燕、羅家融、王玲,運行VB的MSCOMM控件實現一機對多機數據通信的實例, 微計算機信息,1999年第4期
[9]周捷、張為公, WINDOWS95環(huán)境下利用VISUAL C++實現微機與GPS-OEM板的串行通信, 電子技術應用, 1998年第11期
[10]陳堅、孫志月, MODEM通信編程技術, 西安電子科技出版社, 1998年
[11]彭江平、王毅、李靜、倪芳，Visual Foxpro 5.0面向對象程序設計祥解及實例，人民郵電出版社，1998年
[12]姜靈敏、彭江平、毛錦云，Visual Foxpro 5.0程序設計入門，人民郵電出版社，1998年
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