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新型IC卡模块化出租汽车计价器的设计

  摘 要 本文针对传统计价器存在的功能单一、硬件更换维修困难,软件难以实现计量参数的便捷下载及软件的升级等问题,提出一款新型IC卡模块化出租汽车计价器的设计解决方案。
  关键词 出租汽车计价器;IC卡;模块化
  中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)107-0000-00
  0 引言
  出租车计价器(taximeter)就其基本功能定义是指用于公共租用车辆中的里程和时间的计算器,是一种计量仪器,连续累加并指示出租车行程中任意时刻乘客应付费用的总数。
  目前,国内的出租车计价器虽然生产厂家较多,但普遍存在着功能单一、硬件更换维修困难,软件难以实现计量参数的便捷下载及软件的升级等问题。本人根据出租车计价器发展的趋势,设计了一款IC卡的模块化出租车计价器,对其软、硬件都采用了模块化设计架构,在计量、打印功能的基础上增加了IC卡管理功能、语音报话功能、对外通讯及程序在线升级等多项功能。整机功耗小于3.6W,计程误差和计时误差均在+0.5%-1.O%之间,系统性能稳定、体积小、成本低。这种新型IC卡模块化计价器以操作、维修简便作为新一代计价器的发展方向。
  新型IC卡出租车计价器的示意图:
  1 新型IC卡出租车计价器的创新设计
  1.1 IC卡(CPU智能卡)在出租车计价器上的设计
  本文针对传统计价器常有被盗用及未经管理方授权的出租车擅自营运的现象,为防止以上现象的发生,利用智能IC卡(CPU卡)的安全认证机制及文件管理技术设计出租车计价计价器的开、关机管理、营运调节参数管理、以及资金卡消费管理等安全应用,实现出租车计价器的安全使用与高效管理。
  CPU智能卡的加密技术是基于对称密码体制的DES算法。DES加密算法的过程,如图所示。
  智能CPU卡的加密算法选用三重DES算法,三重DES算法(3DES算法)是指使用双长度(16字节)密钥K=(KL||KR)将8字节明文数据块加密成密文数据块,加密方式如下所示:
  E=DES(KL)[DES-1(KR)[DES(KL[P])]]
  解密的方式如下:
  P=DES-1 (KL)[DES(KR)[ DES-1 (KL[E])]]
  在于DES算法的安全性除了用穷举法攻击外还未有更有效的手段。而DES算法56比特的密钥的穷举是256,一台计算机是不可能在正常时间内穷举出这样数量巨大的密钥进行检测,其安全性相对较高的。
  1.2出租车计价器模块化设计
  针对传统出租车计价器硬件更换维修困难问题,新型出租车计价器设计按功能进行模块化设计。主要分为主计量模块、显示模块、打印及语音模块、IC卡功能模块等等。通过各部件的模块化设计,使计价器的通用性、生产与维修的便捷性增强。同时,模块可以选择用或不用,为提供不同的选择。而且同一种功能模块可以有多个类型,例打印模块可以有轮不同用户式打印、针式打印、热敏打印,在不同应用需要哪种类型的打印方式时可随时选配对应的模块,而不再需要更改硬件设计。
  1.3出租车计价器对外通讯功能与程序在线功能设计
  由于各地不同运价的需求,实现计价器通用性需求,计价器必须具有便捷的编程参数及程序的在线更新设计。针对传统计价器难以实现计量参数的便捷下载及软件的升级等问题,本文的新型计价器设计在硬件上选择增强性的双串口带IAP功能的MCU进行设计, 软件上设计RS-232的通讯协议实现计价器的编程参数及程序的在线更新。
  2新型计价器系统软、硬件模块化设计
  2.1硬件模块化设计
  本文的出租车计价器采用模块化设计。主控模块是本系统的基本控制部件,其核心为双串口带IAP功能主处理器,负责控制整个系统的运行与各功能模块的通讯调度,并接收、处理传感器信号,完成出租车计价终端的计程计费、计时计费功能,同时还要具备按键处理、掉电保护处理、记录存储等外设处理功能。
  系统的显示、打印、IC卡等功能模块通过各自MCU的串口与主模块MCU通讯,受主模块MCU的控制、调度。各功能模块又是独立设计的小系统,可单独修改或升级硬件。在实际的生产与应用中,可方便的进行拼装与更换,有效控制生产与维修的成本,同时这种设计构架还可使终端添加更多的外设,可随时实现添加更多的附加功能。
  3.2软件模块化设计
  出租车计价器的主模块MCU与其它模块通过设计串口的通信协议实现相互通信。以主模块MCU为通信的主动端,其它模块为通信的从动端。协议采用串口通讯方式;波特率9600,数据传输为异步方式,并以字节为单位,1个起始位,8个数据位,1个停止位,无奇偶校验。
  协议命令和应答的基本格式:
  起始字符(STX)+ 数据(DATA) + 校验字符(BCB)+ 结束字符(ETX)
  4 新型计价器系统设计总结
  本文提出一个嵌入式的应用系统对出租车计价器进行设计,通过对其模块化设计以及,IC卡功能、对外通讯功能的设计,针对目前出租车行业使用的出租车计量设备存在的问题提出解决途径。
  参考文献
  [1]吴承琦.出租汽车计价器实用技术手册.北京:中国计量出版社,2002.
  [2]王爱英.智能卡技术(第3版)IC卡与RFID标签.北京:清华大学出版社,2009.



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