CN1545052A - 税控收款机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种税控收款机，包括打印模块、显示模块、键盘、IC卡读卡器和开关电源，还包括与上述部件电连接并可以交换数据和控制信号的电路主板；主板上包括16位嵌入式微处理器，存储器和记忆体；所述处理器在机器上电后读取并执行所述boot loader，然后将所述驱动程序、内核程序、嵌入式税控综合软件解压缩并展开到所述存储器中，再执行驱动硬件设备的驱动程序、和实现操作系统基本功能的内核程序，并根据外部指令执行嵌入式税控综合软件。本发明稳定性高，保密性强，升级维护方便，具有防恶意破坏功能。

Description

税控收款机

技术领域  本发明涉及税控收款机，具体地说是一种嵌入式税控收款机。

背景技术  税控收款机的电路结构一般采用51系列或8位单片机为核心，软硬件扩展能力有限；运行速度低；没有规范的内部操作系统；稳定性很难提高，存储容量小，升级困难。

嵌入式计算机自动控制管理系统是近几年发展起来的实用电子及软件技术，一般采用32位或16位处理器(也有8位)，其处理器的速度、扩展能力等均可达到复杂应用环境的要求。同时嵌入式系统采用嵌入式操作系统作为系统支撑平台，应用逻辑与硬件控制逻辑分离，使系统的稳定有较好的保障。嵌入式系统由嵌入式微处理器、内存、外设接口、嵌入式OS、应用软件等组成，其中嵌入式OS针对特定的硬件环境开发，目前广泛应用于PDA、工业控制系统等。

现有收款机均存在以下不足：1、采用8位单片机技术开发，扩展能力不够。2、非嵌入式设计，升级维护困难，软件功能简单。3、操作界面简单，一般采用纯数码显示，仅能利用数字实现信息显示。4、无大容量存储。5、不支持TC/IP网络接口。

因为税控收款机的交易记录用于其用户向国家税务部门的报税额计算，所以其资料的完整性非常重要，因此税控收款机应该具有掉电保护装置；而且还应该具有高可靠性并能防止恶意破坏。

发明方案

针对现有收款机存在的不足，本发明的目的在于设计一种稳定性高，保密性强，升级维护方便的嵌入式税控收款机。本发明的目的还在于，税控收款机具有防恶意破坏功能。

本发明公开的一种税控收款机，包括打印模块、显示模块、键盘、IC卡读卡器和开关电源，还包括与上述部件电连接并可以交换数据和控制信号的电路主板；所述主板上包括16位嵌入式微处理器，以及连接所述微处理器的实现系统运行动态内存的存储器、和固化有BootLoader 80和驱动程序、内核程序和嵌入式税控综合软件的记忆体；所述处理器在机器上电后读取并执行所述boot loader，设置所述打印模块、显示模块、键盘、IC卡读卡器的片选(CS)、GPIO、通用异步接受发送器(UART)、系统集成模块(SIM)，然后将所述驱动程序、内核程序、嵌入式税控综合软件解压缩并展开到所述储器)中，再执行驱动硬件设备的驱动程序、和实现操作系统基本功能的内核程序，并根据外部指令执行嵌入式税控综合软件。

本发明公开的技术方案，由于使用嵌入式处理器，其速度、扩展能力均可达到复杂应用环境的要求；由于使用嵌入式系统采用嵌入式操作系统为平台，应用逻辑与硬件分离，提高了系统运行的稳定性；由于系统的硬件和软件采用模块化设计，具有标准键盘接口和可编程功能键，可对不同行业、地域和不同要求组合高、中、低等各种不同配置的硬件环境机型；能满足税务系统的业务需要及扩展要求，具备实时时钟，标准串行接口、标准网络接口、条形码识别接口，远程报税和IC卡报税功能，具有简便实用的联网功能。由于电路结构采用32位单片机为核心，软硬件扩展能力强，运行速度快，有规范的内部操作系统uClinux，稳定性好。

本发明的技术方案，由于具有读卡器外围电路，在读卡器的卡座被短路时，能够有效防止短路电流的冲击，具有防止恶意破坏的功能。

附图说明  本发明包括如下附图：

图1是本发明税控收款机的模块图；

图2是本发明电路主板原理框图；

图3是本发明IC卡及断电保护电路原理图；

图4是本发明税控收款机的软件系统架构图；

图5是本发明软件工作流程图；

图6是本发明嵌入式税控综合软件流程图；

图7是本发明设置销售管理流程图；

图8是本发明编程配置流程图；

图9是本发明税控管理流程图；

图10是本发明系统管理流程图。

实施方式

本发明的嵌入式税控收款机，由嵌入式硬件及软件组成，硬件部分如图1，包括：主板1，显示模块3，打印模块2，开关电源7，键盘4，IC卡读卡器6，机壳5等。软件包括：Boot Loader，嵌入式系统，嵌入式税控综合应用软件等如图4。

本发明的嵌入式税控收款机，采用32位嵌入式的中央处理器(CPU)，位于主板1上；同时采用嵌入式操作系统uClinux实现一个稳定可靠的嵌入式工作环境，保证机器工作的稳定可靠。

如图1可见，本发明的嵌入式税控收款机采用模块化设计，其中显示模块可以采用LED(光能放射二极管，Light Emitting Diode)，LCD(液晶显示屏，Liquid Crystal Display)，VFD(真空荧光显示屏，Vacuum Fluorescent Display)等；键盘4可以采用小于64键的多种键盘，打印模块2支持标准并口或串口的接口的微型打印机，开关电源7也可以根据需要选用相应尺寸的电源模块。

本发明的嵌入式税控收款机，具有防止恶意破坏功能，IC卡读卡器设计有防短路保护机制，在使用金属片对IC卡进行短路破坏时，可以保护机器不受破坏。

本发明的嵌入式税控收款机具有断电保护功能，在电路上设计有高容量的法拉电容，同时在操作系统中保证断电后的事务完整性，并保证数据完整性及准确性。

本发明的嵌入式税控收款机，内有嵌入式综合税控管理系统，完成税控管理及商业自动化功能。

本发明的嵌入式税控收款机采用固化于ROM中的Boot Loader完成系统的启动初始化操作。

本发明的嵌入式税控收款机操作系统，增加了对各种外围器件的驱动支持，并实现了使用jffs2(日志式快闪文件系统，版本2，Journaling Flash File System，Version 2)文件系统的数据存储方案。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1是本发明的模块组成图。嵌入式税控收款机由主板1、打印模块2、显示模块3、键盘4、机壳5、IC卡读卡器6开关电源7组成。主板1、打印模块2、显示模块3、键盘4、IC卡读卡器6、开关电源7安装固定在机壳5中。机壳5设计通过不同的托架及固定孔位来安装打印模块2、显示模块3、键盘4、开关电源7。

如图2是本发明税控收款机的主板电路框图，它由以下部分组成：处理器100，存储器101，记忆体102，CPLD(复杂可编程逻辑器件，Complex Programmable Logic Device)103，CPLD104，LCD接口105，IC读卡器接口106，打印机接口107，键盘108，以太网109，实时时钟120，IDE接口121，两个RS232接口122和123，电源接口124，后备电池125。

处理器100集成了对RS232、以太网等的支持。

存储器101实现系统运行时的动态内存。

记忆体102存储Boot Loader、嵌入式OS(operating system)和嵌入式税控综合软件。

CPLD103实现标准并口暨打印机接口107。CPLD103采用16位的访问方式，将其中8位用作数据传输，4位用作打印控制信号STROBE、AUTO_LINEFED、SELECT_IN、INIT的输出，4位用作状态信号BUSY、PE(paper error)、SELECT、ERROR的输入。通过打印驱动程序817对控制信号、状态信号和数据的读写实现打印功能。

CPLD104实现键盘接口。当CPLD104接收完一个扫描码的11位数据后，CPLD104产生中断，由操作系统中的键盘驱动810通知微处理器100读取8位扫描码数据，并完成扫描码到键盘码的转换，并写入键盘缓冲区，然后再调用该键盘码对应的功能。因此在键盘上具有可编程功能键，根据用户需要通过软件编写设定不同的所述可编程功能键的功能。

CPLD104实现了IDE接口121，IDE接口121与处理器100之间采用PIO(Programmed Input/Output)数据传输模式，每次传送16位数据。使用到的处理器100信号线包括：CS5，OE，WE，以及地址线A0～A4，数据线D16～D31。由CS5与OE、WE相与生成读写控制信号DIOR、DIOW，与A3、A4相与生成IDE控制器两个寄存器组的片选信号CS0、CS1。A0～A2给出寄存器地址。由IDE驱动程序814完成对接口上所接设备(硬盘、电子盘)等的软件读写驱动。

CPLD104实现了LCD接口105，处理器100信号线包括：CS6、OE、WE、A0和数据线D31～D24。由LCD驱动程序811完成LCD的显示操作。

读卡器接口106直接使用处理器100的6个GPIO对IC(Integrated Circuit集成电路)卡信号进行通讯与控制，CLOCK由CPLD103输出得到。

实时时钟120用处理器100的GPIO(普通操作输入输出，GeneralPurpose Input/Output)作为其IO(输入输出，Input/Output)及CLOCK，由后备电池125提供在系统未加电时的电源，保证时钟正常运行。在系统加电时，后备电池125处于充电状态。实时时钟驱动程序815实现对时钟的操作，在系统启动后，将实时时钟记录的实时时间设为系统时间，保证系统时间的准确。

两个RS232接口122和123以及以太网接口109由处理器100集成资源实现，串口驱动程序819完成串口数据的收发。网卡驱动程序821实现以太网网卡的驱动。

如图3为读卡器电路及断电保护电路原理图。读卡器电路为双卡座U1和U2，其RESET、I/O由处理器100的GPIO直接通过软件提供相应的IC卡驱动程序816进行读写操作，由CPLD103产生CLOCK信号提供给两个卡座U1和U2。

在读卡器电路中，设计了外围电路防止恶意破坏，在两个卡座U1和U2的电源端VDDA、VDDB和地端GND之间分别使用了两个三极管Q1、Q2和Q3、Q4来控制电源的状态，同时还分别使用了6个二极管来保护其I/O、CLK和RESET信号，并使用7407芯片U26隔离RESET、CLOCK信号。这样如果有人恶意地在卡座U1(U2)插入金属片，两个卡座U1和U2的I/O、CLK和RESET就会与地、+5V电源和VDD短路，此时三极管Q2(Q4)处于截止状态，避免了电源和地直接短路的电流冲击主板而造成的机器损坏。二极管D1、D3实现在电源VDD或者地与两个卡座U1和U2的IO_A、IO_B、REST_A、RESET_B、CLK_A、CLK_B短路时对主板的保护。CN4、CN22分别为两个卡座与主板之间的连线插座。

如图3所示，三极管Q1、Q2和Q3、Q4的短路保护电路结构完全一样，下面以三极管Q1、Q2为例描述电路结构：三极管Q1、Q2的发射极接5V电源，三极管Q1的集电极接二极管Q2的基极并通过22K电阻R2接地、通过电阻R6接三极管Q2的发射极；三极管Q1的基极通过51K电阻R1接卡座U1的来自主板1的电源VDD_A；二极管Q2的集电极接电源VDD_A并经过10uF和104pF两个并联电容C1、C2接地；两个电阻R6分别连接于三极管Q2的基极和发射极、以及发射极和集电极之间；三极管Q2的+5V电源还通过102p的电容C3接地。6个二极管D1和D3反向串接于卡座U1、U2的端点电源VDD和地GND之间，而卡座U1、U2的IO口皆连接于二极管D1和D3之间。

如图3所示，本发明在电路设计中提供了断电保护功能。主板1上还包括断电保护模块，所述断电保护模块包括串联于电源和地之间的二极管D2、和电容C4、C5；在电源和地之间还串联下拉电阻R7和R8，在下拉电阻R7和R8之间引线并经过逻辑电路(非门U3A)产生中断信号INT3，当中断信号INT3为低电平时启动对数据的读、写保护操作的电源监控驱动程序820。键盘4上包括触发CPLD104产生中断、从而调用能实现用户需要的不同功能的可编程功能键。

由C4、C5提供断电后的电源供应，二极管D2阻断在系统断电时25V10p电容C4、C5对U3A的供电，通过下拉电阻R8在系统断电时产生中断信号，由电源监控驱动程序820来接受中断INT3，实现对数据的读、写保护操作。当机器正常工作时，电源对机器内部后备电容C4、C5充电，INT3处于高电平。当电源突然断开时，INT3中断信号被下拉电阻接地钳位于底电平，产生一个中断信号，处理器100接收到中断信号后，进入掉电工作模式，此时由后备电容提供系统电源，电源监控驱动程序820关闭键盘及显示，通知嵌入式税控综合软件程序83结束当前事务，对数据进行保存，在处理完成后，执行关机程序，从而实现税控收款机的断电保护功能。

如图4是嵌入式软件架构，具体包括嵌入式税控综合软件83、内核程序82、驱动程序81和boot loader 80。具体的驱动程序81包括：键盘驱动程序810、LCD驱动程序811、LED驱动程序812、VFD驱动程序813、IDE驱动程序814、实时时钟驱动程序815、IC卡驱动程序816、打印驱动程序817、FLASH驱动程序818、RS232驱动程序819、电源监控驱动程序820及网卡驱动程序821。内核程序82包括：内存管理进程管理820、文件系统VFAT EXT2 ROMFS JFFS2821、系统启动init823、远程调用IPC 824、网络协议栈825、系统调用826等。嵌入式税控综合软件83包括：销售管830、编程配置831、查询832、报表833、税控834、系统管理835等。

Boot Loader 80负责机器启动时的引导及初始化工作。驱动程序81实现对硬件设备的驱动。内核程序82实现操作系统的基本功能，完成对硬件体系的驱动及对应用软件的支持。嵌入式税控综合软件83实现商业收款机功能及税控管理功能。

如图5所示是本发明软件系统运行流程图，在税控机上电后，首先加载引导程序，其次加载内核程序，然后启动Init进程，然后启动税控应用程序，关机时软件系统的运行终止。

Boot Loader 80存储在主板上的记忆体102，在机器上电后，处理器100执行引导指令，读取记忆体102上的boot loader 80并执行它，boot loader 80首先进行系统初始化，设置其CS(片选，chip select)、GPIO、UART(通用异步接受发送器，Universal AsynchronousReceiver/Transmitter)、SIM(系统集成模块，System IntegrationModule)，然后将存储在记忆体102上压缩打包后的驱动程序81、内核程序82、嵌入式税控综合软件83展开到存储器101中，展开后将执行指令跳转到存储器101中的内核程序82的起点：系统启动init823，将执行权交给系统内核后Boot Loader 80执行结束。

内核程序82功能：初始化硬件中断，初始化软中断，初始化定时器，初始化内存，加载网络协议栈，初始化信号量，初始化进程调度，初始化虚拟文件系统，加载设备驱动，启动init进程。

如图6所示嵌入式税控综合软件83的流程图，循环等等用户指令，并根据指令分别进入销售子系统、编程子系统、查询子系统、税控子系统、或者管理子系统。

如图7是本发明销售管理830子系统的流程图，销售管理830实现销售数据录入、保存、进销管理、发票打印、记录发票和交易数据等功能，同时在交易处理过程中通过与税控IC卡交互更新税控IC卡中的交易数据，确保税控机中的数据和税控IC卡上的数据一致。

如图8是本发明编程配置831子系统流程图，编程配置831用以设置机器的基本信息、外设参数与修改商业信息。该系统的编辑功能可对记录商品、服务的数据进行浏览记录、新增记录、修改记录、删除记录、查询记录操作；对文本文件可进行编辑、修改操作。

查询833子系统、报表832子系统实现商业数据的查询、统计和报表功能。具体包括按日、按月交易的销售统计；按部门和按PLU(价格一目了然，Price Look Up)销售的统计报表；按营业员和收款员的营业状况统计报表；以及反映商户纳税情况的报表，并可在清除历史记录前生成记录的硬拷贝备份。销售查询模块可通过查询按部门或按PLU销售情况为用户的进销存管理提供依据，同时也可查询营业员或收款员的营业状况。

如图9所示是税控834子系统的流程图，实现税控卡的初始化，发票的登记，税务申报和税务稽查功能。

如图10所示是系统管理835子系统的流程图，实现软件通过网络/串口升级；故障检测功能可对收款机的LCD/LED显示器、键盘、串口、并口、IC卡读卡器进行检测以定位故障；设置运行模式主要是为了方便用户培训，通过将系统设置为培训模式为用户培训提供手段。

Claims (10)

1、一种税控收款机，包括打印模块(2)、显示模块(3)、键盘(4)、IC卡读卡器(6)和开关电源(7)，还包括与上述部件电连接并可以交换数据和控制信号的电路主板(1)；其特征在于：所述主板(1)上包括16位嵌入式微处理器(100)，以及连接所述微处理器(100)的实现系统运行动态内存的存储器(101)、和固化有Boot Loader 80和驱动程序(81)、内核程序(82)和嵌入式税控综合软件(83)的记忆体(102)；所述处理器(100)在机器上电后读取并执行所述bootloader(80)，设置所述打印模块(2)、显示模块(3)、键盘(4)、IC卡读卡器(6)的片选(CS)、GPIO、通用异步接受发送器(UART)、系统集成模块(SIM)，然后将所述驱动程序(81)、内核程序(82)、嵌入式税控综合软件(83)解压缩并展开到所述储器(101)中，再执行驱动硬件设备的驱动程序(81)、和实现操作系统基本功能的内核程序(82)，并根据外部指令执行嵌入式税控综合软件(83)。

2、如权利要求1所述的税控收款机，其特征在于，所述主板(1)还包括实现标准并口和打印机接口(107)的CPLD(103)；实现键盘接口(108)、IDE接口(121)、LCD接口(105)的CPLD(104)；还包括由处理器(100)支持的以太网(109)和两个RS232接口(122)和(123)，以及直接连接所述处理器(100)的6个GPIO进行通讯与控制的所述IC卡读卡器(6)的IC读卡器接口(106)；还包括用连接处理器(100)的GPIO作为IO及CLOCK、由后备电池(125)提供在系统未加电时的电源的实时时钟(120)。

3、如权利要求2所述的税控收款机，其特征在于，所述驱动程序(81)包括分时工作的键盘驱动程序(810)、LCD驱动程序(811)、LED驱动程序(812)、VFD驱动程序(813)、IDE驱动程序(814)、实时时钟驱动程序(815)、IC卡驱动程序(816)、打印驱动程序(817)、FLASH驱动程序(818)、RS232驱动程序(819)、电源监控驱动程序(820)及网卡驱动程序(821)。

4、如权利要求3所述的税控收款机，其特征在于，所述内核程序(82)包括并行工作的内存管理进程管理(820)、文件系统VFATEXT2 ROMFS JFFS2(821)、系统启动init(823)、远程调用IPC(824)、网络协议栈(825)、系统调用(826)等。

5、如权利要求4所述的税控收款机，其特征在于，所述嵌入式税控综合软件(83)包括根据不同的用户指令分别调用的实现销售数据录入、保存、进销管理、发票打印、记录发票和交易数据等功能销售管理(830)子系统；还包括用以支持设置、修改所述收款机的基本商业信息、外设参数，支持浏览、新增、修改、删除、查询有关商品、服务的记录数据，支持编辑、修改文本文件的编程配置(831)子系统；还包括实现商业数据的查询、统计和报表功能的查询子系统(832)；还包括实现税控卡初始化、发票登记、税务申报和税务稽查功能的报表子系统(833)；还包括实现税控卡的初始化，发票的登记，税务申报和税务稽查功能的税控子系统(834)；还包括实现软件升级、故障检测功能的系统管理(835)子系统。

6、如权利要求5所述的税控收款机，其特征在于，所述IC卡读卡器(6)包括由所述处理器(100)通过驱动程序(816)控制其读写操作的卡座U1和外围电路；所述卡座U1的电源端VDD_A、RESET端、I/O端口和Clock端连接所述处理器(100)，所述外围电路包括：所述电源端VDD_A还联接三极管Q2的集电极、并通过电阻R1接三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极接三极管Q2的基极并通过电阻R2接所述卡座U1的地GND；三极管Q2的集电极经过两个并联电容C1、C2接所述地GND；两个电阻R6分别连接于三极管Q2的基极和发射极、以及发射极和集电极之间；三极管Q1、Q2的发射极分别接5V电源，三极管Q2的发射极还通过102p的电容C3接所述地GND。

7、根据权利要求6所述的税控收款机，其特征在于：所述外围电路还包括多个反向串接于所述电源端VDD和地GND之间的二极管D1和D3，所述卡座U1的IO A、RESAT A和CLOCK A端口分别连接于不同的二极管D1和D3之间。

8、如权利要求7所述的税控收款机，其特征在于，所述IC卡读卡器(6)还包括与卡座U1及其外围电路相同的卡座U2及其外围电路。

9、根据权利要求8所述税控收款机，其特征在于：所述主板(1)上还包括断电保护模块，所述断电保护模块包括串联于电源和地之间的二极管D2、和电容C4、C5；在电源和地之间还串联下拉电阻R7和R8，在所述下拉电阻R7和R8之间引线并经过逻辑电路产生中断信号INT3，当所述中断信号INT3为低电平时启动对数据的读、写保护操作的电源监控驱动程序(820)。

10、如权利要求2所述的税控收款机，其特征在于，所述键盘(4)上包括触发CPLD(104)产生中断、从而调用能实现用户需要的不同功能的可编程功能键。

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