CN104537763B - 一种智能ic卡充值装置及其充值方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能IC卡充值装置及其充值方法，包括微处理器，所述微处理器通过内部控制总线和时钟模块相连，所述微处理器的电源端和电源模块相连，输入端和触摸屏感应电路相连，输出端和TFT显示驱动电路相连，所述微处理器通过SPI接口和RFID射频读卡电路相连获取IC卡的数据信息，所述微处理器的串口端通过GPRS/RJ45/WiFi通讯模块和后台服务器相连传送充值信息，所述后台服务器和智能卡发卡机构服务器及银行支付方相连。本发明通过持卡人在充值装置上刷卡，触发后台定制的资金划转流程实现实时定额充值，无需现金付款和排队等待，大大提高了充值的安全性和便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及一种充值装置及其充值方法，尤其涉及一种智能IC卡充值装置及其充值方法。
背景技术
在现有的公交卡以及其他智能IC卡的使用过程中，当出现余额不足的时候，通常的做法是去充值网点人工充值，或者在手机账户充值后，使用可以实时通信的刷卡设备给IC卡充值。上述两种方法都存在一定的缺点，比如人工充值点少，等候时间长，程序繁琐，占用一定的人力物力和场地设备等；实时通信的刷卡设备每次充值都需要操作手机进行转账等，该方法对于接受力较强的年轻人尚可，对于年纪稍大一点的人群显然不合适。尤其是后一种方法虽然在一定程度上缓解了人工充值点排队等候的一系列问题，但也暴漏出了不少其他问题，比如设备丢失就会造成密码泄露等新的严重问题。因此，有必要提供一种智能IC卡充值装置及其充值方法，使智能卡的充值过程变得更加安全和便捷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能IC卡充值装置及其充值方法，通过刷卡触发后台定制的充值流程(无输入)，就能方便地实现IC卡实时定额充值，无需现金付款和等待，且结构简单，易于扩展，大大提高使用安全性和便捷性。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种智能IC卡充值装置，包括微处理器，所述微处理器通过内部控制总线和时钟模块相连，所述微处理器的电源端和电源模块相连，输入端和触摸屏感应电路相连，输出端和TFT显示驱动电路相连，其特征在于，所述微处理器通过SPI接口和RFID射频读卡电路相连获取IC卡的数据信息，所述微处理器的串口端通过GPRS/RJ45/WiFi通讯模块和后台服务器相连传送充值信息，所述后台服务器和智能卡发卡机构服务器及银行支付方相连；所述电源模块包括开关电源稳压芯片UU1、第一降压芯片Uu2和第二降压芯片Uu3，所述开关电源稳压芯片UU1的输出端和调节端之间连接有二极管DD2、电感LL1、调节电阻Rr6和调节电阻Rr7，所述电感LL1、调节电阻Rr6和调节电阻Rr7串联后再与所述二极管DD2相并联，所述开关电源稳压芯片UU1的电压调节范围为1.23V-35V，所述第一降压芯片Uu2的输出电压为5V，所述第二降压芯片Uu3的输出电压为3.3V。
上述的智能IC卡充值装置，其中，所述微处理器采用Cortex-M3处理器，所述微处理器上设有复位电路和时钟电路并通过内部数据总线和音频处理电路相连，所述时钟电路的晶振频率为8MH。
上述的智能IC卡充值装置，其中，所述微处理器的网络端通过GPRS/RJ45/WiFi通讯模块和后台服务器相连传送充值信息。
上述的智能IC卡充值装置，其中，所述IC卡为无源IC卡，所述无源IC卡内设有LC串联谐振电路，所述RFID射频读卡电路的发射频率和LC串联谐振电路的谐振频率相同。
上述的智能IC卡充值装置，其中，所述RFID射频读卡电路和IC卡之间的射频波频率为13.56MHZ。
本发明为解决上述技术问题还提供一种智能IC卡充值方法，采用上述的智能IC卡充值装置，其中，包括如下步骤：将用户IC卡放置到前端IC卡充值装置的指定刷卡区后，所述前端IC卡充值装置和用户IC卡进行双向认证，如果通过双向认证，所述前端IC卡充值装置和后台服务器进行通讯发送充值请求；所述后台服务器接收到充值请求后，利用同步短连接方式将交易信息直接发送至银行支付方服务端，银行支付方服务端实时返回结果；若通讯超时，所述后台服务器利用同步短连接方式发起交易状态查询，若交易状态为失败，重复发送交易信息至银行支付方服务端，直至交易成功；所述后台服务器发送消息指令告知前端IC卡充值装置具体操作方式并提示语音，同时发送读写权限；所述前端IC卡充值装置根据指令进行卡片相应扇区的操作，从而完成一次充值动作。
上述的智能IC卡充值方法，其中，所述前端IC卡充值装置和用户IC卡进行双向认证过程包含：后台服务器对比卡片序列号是否已经存在，以及判断卡片是否合法。
上述的智能IC卡充值方法，其中，还包括在进行充值前，将所述用户IC卡和银行卡进行绑定，并预设缺省充值金额。
上述的智能IC卡充值方法，其中，所述前端IC卡充值装置的微处理器使用RFID射频读卡电路发射射频信号读取用户IC卡序列号，将读到的卡片序列号以及余额发送到后台服务器，所述后台服务器在数据库中查找对应的数据库，获取该卡绑定的银行卡号及默认单次充值金额；若该卡已经绑定，先比对卡内余额与系统设置的最小余额，若卡内余额大于系统设置的最小余额，则回复前端IC卡充值装置余额充足无需充值；若卡内余额小于系统设置的最小余额则后台服务器和银行支付方服务端进行通信，申请定额的单次充值金额；在得到银行支付方服务端扣款成功的回复指令后发送相应的指令给前端IC卡充值装置，使前端IC卡充值装置读写卡片相应扇区内的数据，前端IC卡充值装置在写卡充值成功后，返回后台服务器充值对应信息，同时提示用户充值已经成功。
本发明对比现有充值方法有如下的有益效果：本发明提供的智能IC卡充值装置及其充值方法，通过RFID射频读卡电路获取IC卡的卡片信息，经过微处理器处理加密，使用GPRS/RJ45/WiFi通讯模块将充值数据传输到后台服务器，后台服务器通过网络设备和智能卡发卡机构服务器及银行支付方进行通信从而能够方便地实现IC卡有条件的实时定额充值，无需现金付款和等待，且结构简单，易于扩展，大大提高使用安全性和便捷性。
附图说明
图1为本发明智能IC卡充值装置架构示意图；
图2为本发明智能IC卡充值装置的一个实施例结构示意图；
图3为本发明智能IC卡充值装置的电源模块结构示意图；
图4为本发明智能IC卡充值装置的信号交互示意图；
图5为本发明智能IC卡充值过程示意图；
图6为本发明采用短信验证银行卡号交互示意图。
图中：
1微处理器 2RFID射频读卡电路 3TFT显示驱动电路
4触摸屏感应电路 5音频处理电路 6GPRS/RJ45/WiFi通讯模块
7后台服务器 8银联服务端 9前端IC卡充值装置
10用户IC卡
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明智能IC卡充值装置架构示意图；图2为本发明智能IC卡充值装置的一个实施例结构示意图。
请参见图1和图2，本发明提供的智能IC卡充值装置包括微处理器1，所述微处理器1通过内部控制总线和时钟模块相连，所述微处理器的电源端和电源模块相连，输入端和触摸屏感应点路4相连，输出端和TFT显示驱动电路3相连，其中，所述微处理器1通过SPI接口(Serial Peripheral interface，串行外围设备接口)和RFID射频读卡电路2相连获取IC卡的数据信息，所述微处理器1的串口端通过GPRS/RJ45/WiFi通讯模块6和后台服务器相连传送充值信息，所述后台服务器和智能卡发卡机构服务器及银行支付方相连。
本发明提供的智能IC卡充值装置，其中，所述微处理器采用Cortex-M3处理器，所述微处理器上设有复位电路和时钟电路并通过内部数据总线和音频处理电路5相连，所述时钟电路的晶振频率为8MH。所述微处理器的网络端通过通讯模块(GPRS/RJ45/WiFi)和后台服务器相连传送充值信息。所述IC卡为无源IC卡，所述无源IC卡内设有LC串联谐振电路，所述RFID射频读卡电路的发射频率和LC串联谐振电路的谐振频率相同；所述RFID射频读卡电路和IC卡之间的射频波频率为13.56MHZ。所述电源模块为线性稳压系统，该部分可以给整个系统提供3路输出电压，分别为3.3V、4V和5V的直流电压，如图3所示。UU1为开关电源稳压芯片，能提供降压开关稳压器的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性负载调整能力，本发明电路使用的是具有调节电压能力的ADJ芯片，电压调节范围为1.23V-35V，调节电阻R6、R7的阻值比例即可调节器输出电压值。其计算调节公式为Vout＝(1+R7/R6)*1.23(V)选择合适的R6、R7使输出电压保持在4.0V，这样可满足GPRS通讯模块处于稳定的工作电压状态，并使UU1能提供较大的输出电流。其中，LL1和DD2的作用是UU1的外围电路元件，配合UU1工作，LC的作用是使输出的高频震荡信号转化为波形较为平稳的直流DC电压。该电路使用的DD2为SS110二极管，LL1为功率电感330mH。UU2为第一降压芯片，输出电压5V，UU3为同家族系列的第二降压芯片，输出3.3V。第一降压芯片UU2选择LM1117芯片，由于系统显示屏背光需要较为稳定的电压和电流，电路设计为专用低压差电压调节器LM1117，其1脚接地，2脚输出，3脚为电源输入，该电压转换芯片具有电流限制和过流过热保护。另外，其SOT-223的封装可以节省电路板的设计空间。使用温度范围可在-40～125℃；电压输出范围具有1.8V 2.5V3.3V5V和ADJ可调节输出等。这些都是选择该芯片的原因。
本发明提供的智能IC卡充值装置，在检测到有智能IC卡进入检测范围内之后，主控器控制显示屏显示读取到的卡内信息并语音提示用户，提示的内容有卡号、卡余额。根据读取到的信息，主控器通过TTL串口控制(GPRS/RJ45/WiFi)通信电路通过TCP/IP协议发送内容给后台服务器，从而实现信息的实时传递。后台经过检索数据库的内容，通过同样的协议返回给前端人机交互设备。主控器收到(GPRS/RJ45/WiFi)接收到的信息并经过解密处理后，控制显示屏和语音电路提示用户进行下一步的操作。其中输入设备为电容屏触摸，点击提示到区域输入不同的内容。
图4为本发明智能IC卡充值装置的信号交互示意图。
请参见图4，本发明提供的智能IC卡充值装置，所述时钟电路是整个主控器的时序提供部分，所有的数字操作都以该电路提供的脉冲为基准。系统在复位电路复位以后，主控器控制显示屏电路首先显示开机信息，包括内部硬件就绪情况，该过程为自检过程。在所有硬件就绪的情况下，设备通过TTL串口控制(GPRS/RJ45/WiFi)通信电路向后台服务器发送签到请求。核心CPU的47引脚为串口RX信号线，48引脚为串口的TX线，在程序的引导下通过9600的波特率向GPRS模块发送AT指令，从而发送一个加密的数据包来完成上述动作。在签到成功后，前端设备进入待机状态，系统循环播报设备使用方法和注意事项。刷卡设备在检测到有IC卡进入到检测区域以后，通知CPU进行数据的读取和显示操作。CPU与读卡设备(RFID)的连接方式为SPI通信方式。其中35引脚、36引脚、37引脚、38引脚为数据通信端，分别为CLK引脚、SDA引脚、MISO和MOSI引脚。读卡设备(RFID)的SPI通信另外的CS选通端口直接接地，保持长选通状态。在主控器的SPI控制下，读卡设备(RFID)发出13.56MHZ的射频波和IC卡进行数据交互，得到的数据又经过SPI通信的方式返回给主控器。主控器在得到数据后，经过相应的处理和提示用户，同时经过加密，然后再经过(GPRS/RJ45/WiFi)通信电路发送出去。
图5为本发明智能IC卡充值过程示意图。
请继续参见图5，本发明还提供一种智能IC卡充值方法，采用上述的智能IC卡充值装置，其中，包括如下步骤：
将用户IC卡放置到前端IC卡充值装置的指定刷卡区后，所述前端IC卡充值装置和用户IC卡进行双向认证，如果通过双向认证，所述前端IC卡充值装置和后台服务器进行通讯发送充值请求；
所述后台服务器接收到充值请求后，利用同步短连接方式将交易信息直接发送至智能卡发卡机构服务器及银行支付方服务端，智能卡发卡机构服务器及银行支付方服务端实时返回结果；若通讯超时，所述后台服务器利用同步短连接方式发起交易状态查询，若交易状态为失败，重复发送交易信息至智能卡发卡机构服务器及银行支付方服务端，直至交易成功；
所述后台服务器发送消息指令告知前端IC卡充值装置具体操作方式并提示语音，同时发送读写权限；所述前端IC卡充值装置根据指令进行卡片相应扇区的操作，从而完成一次充值动作。
本发明提供的智能IC卡充值方法，其中，所述前端IC卡充值装置和用户IC卡进行双向认证过程包含：后台服务器对比卡片序列号是否已经存在，以及判断卡片是否合法。这个过程来判断该卡片是否属于本系统服务范围内，因为一个交通系统的服务权限是唯一的。如果在服务范围，前端设备开启GPRS或者其他网络连接，通过TCP通讯协议方式向后台服务器主机发送此智能卡的序列号ID。服务器拿着该ID在自身数据库中查找该ID是否已经绑定，这样就会出现以下两种情况：已经绑定和未绑定。
第一种情况，未绑定。在未绑定的情况下，后台服务器给前端发送该卡未绑定的指令，前端设备15通讯电路通过网络连接接收到该指令后，13模块中央处理器进过解密运算分析该指令，驱动14TFT显示设备提示用户，该卡未绑定，请输入相应银行卡信息。此时前端设备12触摸屏驱动电路开始工作，用以接收持卡人的输入银行卡和手机号码信息。在持卡人输入并确定上述信息正确无误的情况下，前端设备通过15通信电路将用户输入信息进行加密后发送给后台服务器，后台服务器32解密并提取相应的有用信息，将信息发送给银行支付方服务器33，同时，在本系统内部建立相应的数据库用于保存用户存储的信息和卡片信息。等待银行支付方返回对应的信息，根据返回的信息回复不同的消息到前端。此时又会遇到两种情况。情况1，银行服务器回复消息给系统后台服务器没有此银行卡的信息代码，那么服务器就回复给前端设备对应的代码，前端设备通过GPRS或者其他通信模块收到该代码后，经过前端中央微处理器分析，在TFT显示设备14上面做出对应提示，比如绑定失败等界面来提示持卡人信息输入错误等消息；情况2，银行支付方服务器回复消息给系统后台服务器，在所属银行系统中，包含此银行卡号的信息，做出判断该卡号合法，这样会给后台服务器发送卡号存在等待绑定的指令代码。在这一过程，本发明设计了两种形式的合法判断方法。其一，银行给待绑定银行卡所对应的手机发送动态密码，持卡人手机接收到该动态密码后，在前端设备上输入该动态密码，如图6所示，并点击确认后，前端设备的GPRS或其他通信设备开始工作并传递信息到后台服务器，后台服务器在接收到该信息后，解码加密后上送给银行服务器，供其校验该卡的持卡人和该手机的持有者是否一致。如果校验密码一致则通过校验并认为绑定成功。在做出这些判断后，会返回绑定成功的信息给后台服务器。后台服务器将进行数据库的更新。后台服务器在完成上述动作后，也会向前端设备发送指令来使前端设备进行界面更新提示。其二，在银行的监管下，上述校验码的发送工作由后台服务器来完成，校验码的对比也是由后台服务器来完成。这样一来短信发送的硬件设施由系统后台来布置，减轻了银行方端口的负担。通过校验的用户，会认为是合法用户，上送同意进行绑定请求到银行服务器，同时后台服务器会更新数据库信息并发送消息代码给前端设备提示用户已经完成绑定。以上两种方式都可以完成智能卡和银行卡的绑定工作。在完成上述绑定工作之后，紧接着就进入下一种情况，同样的，下面一种情况也是整个充值流程所必须经过的也是最重要的一步。
第二种情况，已绑定。当用户持卡使用前端设备时，所述前端IC卡充值装置9的微处理器使用RFID射频读卡电路发射射频信号读取用户IC卡序列号，将读到的卡片序列号以及余额发送到后台服务器7，所述后台服务器7在数据库中查找对应的数据库，获取该卡绑定的银行卡号及默认单次充值金额；若该卡已经绑定，先比对卡内余额与系统设置的最小余额，若卡内余额大于系统设置的最小余额，则回复前端IC卡充值装置余额充足无需充值；若卡内余额小于系统设置的最小余额则后台服务器和银联服务端进行通信，申请消费掉该卡的单次充值金额；在得到银联服务端8扣款成功的回复指令后发送相应的指令给前端IC卡充值装置9，使前端IC卡充值装置读写卡片相应扇区内的数据，前端IC卡充值装置在写卡充值成功后，返回后台服务器充值对应信息，同时提示用户充值已经成功，请取卡等信息。这一过程为已经绑定卡片的整个操作流程的最后一步。经过上述最小余额比对的过程后，系统会做出是否需要给该卡充值的选择，在保证用户利益的前提的同时也保证了卡内资金的安全。
在上述充值过程中，所有内部看不到的程序流程都是通过系统流程图的程序自动控制完成的。当然，在充值过程中会遇到很多分支情况，同样的，上述实例描述仅仅是顺利通过绑定并充值的一种简单的情况。但是，这并不代表所有的充值方式都是在这种情况下完成的，也不代表用户在使用过程中只会有这么多的人机交互信息。比如前端设备自带的语音提示电路和TFT显示屏显示功能，都可以作为人机交互信息的一种方式。另外，该系统还可以有其他一些人机交互方式比如蜂鸣器、数码管、手机短信等一系列方式。当然，在目前设备现有的硬件条件下，TFT显示屏的界面提示是最为大家所熟悉也是较为友好的一种人机交互方式。
为了使本发明功能更加人性化、合理化，在充值完成后，会询问用户是否需要修改每次充值金额，如果用户不需要修改，那么直接拔卡走人就行了；如果想修改，只需要根据提示进行相应的简单操作就行。具体操作如下：当前端设备判断出该卡片需要充值的时候，如果所有卡片的单次充值金额都是一个固定值，比如都是50.00元人民币，然而某一个公交卡用户觉得每次充值50太少了，很麻烦，想一次充值多一些，这时候就需要修改单次充值金额。为了应对这种情况，完成了上述流程的开发工作。
进一步的，为了完善整个设备的每一个功能，并且使该发明更加具有使用性、便捷化，本发明在完成最基本的绑定充值功能的基础上，整个系统还提供解除绑定的功能方案，比如，公交用户认为自己的交通卡不再需要和银行卡进行绑定，或者，公交卡丢失，有或者，银行卡挂失等。那么，在前端设备进行相应的操作可以进入解除绑定银行卡功能的界面。具体实现方法为，前端设备和后台系统通过GPRS或者其他通信线路进行对应的代码信息传递，从而引导并帮助用户进行解除绑定的操作。
本发明提供的智能IC卡充值方法，除了可以实现无人值守的智能卡使用前端充值的应用效果外，也可用于前端刷卡或填写卡号进行绑定银行卡的充值方式，在此不再一一赘述。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种智能IC卡充值装置，包括微处理器，所述微处理器通过内部控制总线和时钟模块相连，所述微处理器的电源端和电源模块相连，输入端和触摸屏感应电路相连，输出端和TFT显示驱动电路相连，其特征在于，所述微处理器通过SPI接口和RFID射频读卡电路相连获取IC卡的数据信息，所述微处理器的串口端通过GPRS/RJ45/WiFi通讯模块和后台服务器相连传送充值信息，所述后台服务器和智能卡发卡机构服务器及银行支付方相连；所述电源模块包括开关电源稳压芯片UU1、第一降压芯片Uu2和第二降压芯片Uu3，所述开关电源稳压芯片UU1的输出端和调节端之间连接有二极管DD2、电感LL1、调节电阻Rr6和调节电阻Rr7，所述电感LL1、调节电阻Rr6和调节电阻Rr7串联后再与所述二极管DD2相并联，所述开关电源稳压芯片UU1的电压调节范围为1.23V-35V，所述第一降压芯片Uu2的输出电压为5V，所述第二降压芯片Uu3的输出电压为3.3V。
2.如权利要求1所述的智能IC卡充值装置，其特征在于，所述微处理器采用Cortex-M3处理器，所述微处理器上设有复位电路和时钟电路并通过内部数据总线和音频处理电路相连，所述时钟电路的晶振频率为8MH。
3.如权利要求1所述的智能IC卡充值装置，其特征在于，所述微处理器的网络端通过GPRS/RJ45/WiFi通讯模块和后台服务器相连传送充值信息。
4.如权利要求1所述的智能IC卡充值装置，其特征在于，所述IC卡为无源IC卡，所述无源IC卡内设有LC串联谐振电路，所述RFID射频读卡电路的发射频率和LC串联谐振电路的谐振频率相同。
5.如权利要求4所述的智能IC卡充值装置，其特征在于，所述RFID射频读卡电路和IC卡之间的射频波频率为13.56MHZ。
6.一种智能IC卡充值方法，采用如权利要求1～5任一项所述的智能IC卡充值装置，其特征在于，包括如下步骤：
将用户IC卡放置到前端IC卡充值装置的指定刷卡区后，所述前端IC卡充值装置和用户IC卡进行双向认证，如果通过双向认证，所述前端IC卡充值装置和后台服务器进行通讯发送充值请求；
所述后台服务器接收到充值请求后，利用同步短连接方式将交易信息直接发送至银行支付方服务端，银行支付方服务端实时返回结果；若通讯超时，所述后台服务器利用同步短连接方式发起交易状态查询，若交易状态为失败，重复发送交易信息至银行支付方服务端，直至交易成功；
所述后台服务器发送消息指令告知前端IC卡充值装置具体操作方式并提示语音，同时发送读写权限；所述前端IC卡充值装置根据指令进行卡片相应扇区的操作，从而完成一次充值动作。
7.如权利要求6所述的智能IC卡充值方法，其特征在于，所述前端IC卡充值装置和用户IC卡进行双向认证过程包含：后台服务器对比卡片序列号是否已经存在，以及判断卡片是否合法。
8.如权利要求6所述的智能IC卡充值方法，其特征在于，还包括在进行充值前，将所述用户IC卡和银行卡进行绑定，并预设缺省充值金额。
9.如权利要求8所述的智能IC卡充值方法，其特征在于，所述前端IC卡充值装置的微处理器使用RFID射频读卡电路发射射频信号读取用户IC卡序列号，将读到的卡片序列号以及余额发送到后台服务器，所述后台服务器在数据库中查找对应的数据库，获取该卡绑定的银行卡号及默认单次充值金额；若该卡已经绑定，先比对卡内余额与系统设置的最小余额，若卡内余额大于系统设置的最小余额，则回复前端IC卡充值装置余额充足无需充值；若卡内余额小于系统设置的最小余额则后台服务器和银行支付方服务端进行通信，申请定额的单次充值金额；在得到银行支付方服务端扣款成功的回复指令后发送相应的指令给前端IC卡充值装置，使前端IC卡充值装置读写卡片相应扇区内的数据，前端IC卡充值装置在写卡充值成功后，返回后台服务器充值对应信息，同时提示用户充值已经成功。
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