CN1804907A

CN1804907A - 税控收款机

Info

Publication number: CN1804907A
Application number: CN 200610020169
Authority: CN
Inventors: 刘楷; 江海波
Original assignee: CHENGDU CHIFFO ELECTRONICS (GROUP) Co Ltd
Current assignee: CHENGDU CHIFFO ELECTRONICS (GROUP) Co Ltd
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: CN100442317C

Abstract

本发明公开了一种税控收款机，所述电源系统中开关电源的5V电压输出端连接税控收款机系统的电源输入端，所述开关电源的12V电压输出端分别连接税控收款机打印机和税控收款机系统的电源输入端，所述数据存储器中的Flash存储器用来存储大量数据；EEPROM存储器用来存储缓冲数据；FRAM铁电存储器用来存储使用最频繁的数据或又必须在没有电源供应的情况下加以保存的数据，Flash存储器、EEPROM存储器、FRAM铁电存储器分别与MCU中心处理器交换数据信息。本发明提高了数据存储的可靠性，而且在遭遇突然断电时，能保证用户信息和数据的准确性和完整性。它主要用于商业单位。

Description

税控收款机

技术领域

本发明涉及一种税控收款机。

背景技术

目前，税控收款机是一种具有法律严肃性和不可破坏性的带有计税功能的收款机，它具有双重功能，一方面它是商业单位经营管理的得力助手，同时也是税务人员常驻店内采集销售数据的执法代表。它内部装有自动记录但不能更改和抹掉记录数据的税控存储器(Fiscal Memory)，记录着每日的营业数据，就像民航飞机上的“黑盒子”一样忠实地执行着政府部门的监查职责。它采用特殊铅封手段固定在机器内部，除税务和专职注册维修人员外任何人不能打开。税控收款机是国家征收税收重要工具，税控收款机的安全性能直接影响国家税收，所以税控收款机的安全是国家企业用户共同关心的问题。影响税控收款机安全因素很多，如存储税务或发票数据的存储器遭到破坏、原始数据丢失、存入存储器的税务或发票数据不正确、税务数据传输的准确性等。由于所有的税务或发票数据都是存储在存储器中，所以存储器的存储可靠性直接影响税控收款机的安全性能。在传统的数据存储系统中大都会用FLASH存储历史数据，用EEPROM存储设计资料和启动资料，用SRAM存储系统和运算的变量掉电后用电池来保存SRAM中的数据，开机后，如果SRAM的数据没有丢失，MCU利用SRAM的参数首先恢复现场，然后MCU从把EEPROM或FLASH中的一些相关数据读入SRAM中。进入正常的工作，如果SRAM的数据丢失，MCU从把EEPROM或FLASH中的一些启动资料和设计资料读入SRAM中，首先初始化，然后进入正常的工作，系统在突然停电时，系统在检测到掉电时，把SRAM中的相关数据写入EEPROM和FLASH。从图1原理分析可知，系统对电源管理IC的要求很高。因为SRAM的数据保护和EEPROM和FLASH数据的存储都依赖电源管理IC，其原因有二：1、系统掉电后SRAM的供电由电池供给，为了数据的可靠性，系统在停电时必需把一些重要数据写入EEPROM和FLASH中。2、为了保证SRAM数据的可靠性和省电，SRAM在停电后要进入省电模式。从图1分析，影响数据可靠性的元器件很多，电路比较复杂，虽然这种数据存储方式在很多系统中属于比较成熟的方案。但还是有一些问题，如电池有寿命问题，SRAM容易受到干扰，EEPROM和FLASH的擦写次数有限。

在图2中，由于FRAM的擦写次数多，读写次数100亿次和写入速度快的特性，系统可以把一些重要的数据实时写入FRAM，从而降低系统对电源管理IC依赖和电源掉电的影响，提高可靠性。但是如果系统要完全解决电池的寿命问题，SRAM容易受到干扰以及EEPROM和FLASH的擦写次数有限的问题。

另外，税控机在对某些数据的操作任务，必须在不间断的情况下完成，如税控收款机的发票打印，然而电源稳定是税控收款机能顺利完成发票打印的根本保障，但是，如果在打印过程中突然断电，发票数据打印的完整性方面就会存在一定的缺陷，这就要求在突然断电的情况下，保证防伪税控码的完整性和此时税控收款机对存储数据的完整性。

发明内容

本发明的目的是提供一种不仅数据存储可靠性高，而且在遭遇突然断电时，能保证用户信息和数据的准确性和完整性的税控收款机。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种税控收款机，包括数据存储器、税控处理模块、电源系统、中心处理器、打印机，所述电源系统中开关电源的5V电压输出端连接税控收款机系统的电源输入端，所述开关电源的12V电压输出端分别连接税控收款机打印机和税控收款机系统的电源输入端，在开关电源的12V电压输出端与税控收款机系统的电源输入端之间有稳压电路，在开关电源12V电压输出端与税控收款机系统和税控收款机打印机的电源输入端之间连接有蓄电池，该蓄电池由放电回路和开关电路控制，所述数据存储器中的

Flash存储器，用来存储大量数据，在存储过程中，擦写操作依次循环均匀地分布在Flash存储器的每个擦写块上；

EEPROM存储器，用来存储缓冲数据，当EEPROM中的数据积累到足够F1ash存储器的一个块的数据量后再集中写入Flash存储器的某个擦写块上；

FRAM铁电存储器，用来存储使用最频繁的数据或又必须在没有电源供应的情况下加以保存的数据；

其中，Flash存储器、EEPROM存储器、FRAM铁电存储器分别与MCU中心处理器交换数据信息。

本方案中由于开关电源的5V电压输出端连接税控收款机系统的电源输入端，该5V电压可以直接给税控收款机系统提供工作电压，开关电源的12V电压输出端分别连接税控收款机打印机和税控收款机系统的电源输入端，在开关电源的12V电压输出端与税控收款机系统的电源输入端之间有稳压电路，此12V电压可以直接给税控收款机打印机提供工作电压，同时，当遇到突然停电时，此12V电压降压为5V电压后也可以给税控收款机系统提供一定时间的工作电压。在开关电源12V电压输出端与税控收款机系统的电源输入端之间连接有蓄电池，同时在开关电源12V电压输出端与税控收款机打印机的电源输入端也连接同一蓄电池，这样，当遇到突然停电情况时，此蓄电池可以同时为税控收款机的打印机和税控收款机系统应急供电。因而该方案采用了3级供电的保护方案：首先由开关电源输出的5V电压提供系统工作电压，另外一组11V电压输出是提供给打印机使用的；当系统电源遭遇突然断电，电源电压开始下降的时候，如果此时打印机没有打印动作，则由于12V电压跌落较5V电压慢，其输出经由7805稳压后接替5V输出组为系统供电；当遭遇最坏情况时，既断电的时候打印机恰巧也在工作，则由BG1、BG2组成的开关将打开备用蓄电池组BT1，该电池组可以提供给打印机和系统短时间的应急供电。该延迟时间可以由C1、R4组成的放电回路的参数通过试验和测试具体确定。在本方案中为了提高电源效率、负载能力，我们选用了开关电源的供电方式，相对线性电源，开关电源在断电时能提供较长的供电时间。本发明税控收款机断电保护电路使税控收款机在断电保护上采取一定的措施，通过添加后备电源在最大程度上保证了本机在遭遇突然断电时，用户信息和数据的准确性和完整性，为税控收款机的安全性和严肃性提供了有力的保障。而且在突然断电的情况下，后备电源启动，后备电源的电能能够提供大于完成这些任务所需要的最长时间的电能保障，即使是在发票打印时突然断电的情况下，也能保证防伪税控码的完整性和此时机器对存储数据的完整性。

另外，目前在众多税控收款机的存储方案中广泛运用Flash存储器存储大批量的数据，因为Flash存储器具有体积小，不怕振动，便于安装，数据可稳定保存10年以上等优点，但擦写寿命有限，而Flash存储器的使用寿命是由擦写块的最大可擦写次数来决定。如果超过了最大可擦写次数，这个擦写块就成为坏块。因此本发明中当EEPROM中的数据积累到足够Flash存储器的一个块的数据量后再集中写入Flash存储器的某个擦写块上，而擦写操作是按一定循环顺序方式依次均匀地分布在Flash存储器的每个擦写块上，这样，在操作Flash存储器的时候就避免频繁地读写某个区域，因而在设计上，一般要求让擦写操作均匀的分布在每个擦写块上，即达到“磨损平衡”。

另外，由于税控机的使用特点，需要存储的数据是随着用户的操作逐渐生成，而Flash存储器的数据写入又必须是以“块”为操作单位的(即一次性操作的大小不一定是一个字节)，即使只需要修改该块中的一个字节的数据，也需要将该块中所有的数据全部重新再次写入，如果修改或者写入的数据不是按照块来处理的话，就会加重Flash存储器的负担，减少使用寿命。针对上述情况，认真分析了税控收款机的使用特点和存储器的特性的基础上提出了延长存储器的读写寿命的方案(缓冲和滚动存储)，即用Flash存储器来存储大量数据，当EEPROM中的数据积累到足够Flash存储器的一个块的数据量后再集中写入Flash存储器的某个擦写块上。这种缓冲和滚动存储方式与磨损平衡法共同提高Flash存储器的读写寿命，进而提高数据存储的可靠性和存储器读写寿命。EEPROM也是一种电可擦写存储器，与Flash存储器不同，存储在EEPROM存储器中的数据可以逐个修改，而不必被“块”限制，而其擦写寿命也比Flash要高1个数量级。在税控的应用中，我们采用增加一块EEPROM作为Flash的缓冲，当EEPROM中的数据积累到足够Flash存储器的一个块的数据量后再集中写入到Flash存储器中。当然，对于EEPROM也要采用“磨损平衡”的方法来减少其磨损速度。

再者，由于税控收款机每次操作所生成的数据量很小，但在交易完结之前，数据可能随时需要变更，例如客户在操作过程中可能敲错按键，顾客可能在结帐的最后一刻决定不购买该商品，购买回的发票可能需要分多次分发并录入到税控收款机中，如果把这些数据直接存储在Flash存储器之中，会造成其读写的压力过重，影响使用寿命。因而本发明采用FRAM铁电存储器用来存储使用最频繁的数据或又必须在没有电源供应的情况下加以保存的数据。FRAM铁电存储器是一种擦写寿命更加长的非易失性电可擦写存储器，其擦写寿命达到了上亿次，完全满足实际的使用应用，同时写入速度快，数据的保存不需要外加电能。由于Flash、EEPROM、FRAM的成本依次升高，我们用Flash来存储大量数据，用EEPROM作为存储缓冲数据，用FRAM来存储使用最频繁的数据，又必须在没有电源供应的情况下加以保存的数据。相应的程序软件则在数据的写入方式上保证上述滚动操作的完成。

综上所述，利用EEPROM的缓冲和引入了FRAM存储器，FLASH的擦写寿命得到了大大提高，本方案兼顾了成本、速度、寿命、存储数据的方便性，大大提高了数据存储的可靠性。而且，在本发明中采用FRAM代替了SRAM和电池的方案，提高数据存储可靠性，并且，我们的税务数据通过FRAM缓存了税务或者发票数据，减少了对FLASH的操作次数，增加了FLASH的操作寿命和数据的存储安全性。采用铁电存储器代替SRAM的存储，简化对电池的管理和电源的管理，很有代表性的体现了“简单就是可靠”的设计理念。同时，也很好的对成本进行控制。

附图说明

图1是第一种传统的税控收款机数据存储系统的原理框图；

图2是第二种传统的税控收款机数据存储系统的原理框图；

图3是本发明的结构框图；

图4是本发明中数据存储器的原理框图；

图5是本发明中电源系统的电路图，该电路对税控收款机有断电保护的作用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明：

本发明税控收款机如图3、图4、图5所示：一种税控收款机，主要由数据存储器、实时时钟、显示器、键盘、税控卡、用户卡接口、银行支付模块、密码键盘、拨号网络接口、外部接口、税控模块、电源系统、中心处理器、打印机构成，其中数据存储器、实时时钟、税控模块、银行支付模块、外部接口分别与中心处理器互换信息，显示器、打印机从中心处理器接受到信息，键盘输送信息给中心处理器，税控卡、用户卡接口分别与税控模块互换信息，银行支付模块与拨号网络接口互换信息，密码键盘输送信息给银行支付模块。所述电源系统中开关电源的5V电压输出端连接税控收款机系统的电源输入端，所述开关电源的12V电压输出端分别连接税控收款机打印机和税控收款机系统的电源输入端，在开关电源的12V电压输出端与税控收款机系统的电源输入端之间有稳压电路，在开关电源12V电压输出端与税控收款机系统和税控收款机打印机的电源输入端之间连接有蓄电池，该蓄电池由放电回路和开关电路控制，所述数据存储器主要由Flash存储器，EEPROM存储器，FRAM铁电存储器构成。数据存储器中的Flash存储器，用来存储大量数据，在存储过程中，擦写操作依次循环均匀地分布在Flash存储器的每个擦写块上，即当第一次EEPROM中的数据积累到足够Flash存储器的一个块的数据量时就写在Flash存储器的1分区，那下次就写在Flash存储器的2分区，依次写下去，直到写完所有的分区，接着再写在Flash存储器的1分区上，这样依次循环均匀分布，避免操作Flash存储器的时候就频繁地读写某个区域，要求让擦写操作均匀的分布在每个擦写块上，即达到“磨损平衡”；EEPROM存储器，用来存储缓冲数据，当EEPROM中的数据积累到足够Flash存储器的一个块的数据量后再集中写入Flash存储器的某个擦写块上，Flash存储器的数据写入必须是以“块”为操作单位，EEPROM存储器主要存储主要的信息数据；FRAM铁电存储器，用来存储使用最频繁的数据或又必须在没有电源供应的情况下加以保存的数据，例如客户在操作过程中可能敲错按键，顾客可能在结帐的最后一刻决定不购买该商品，购买回的发票可能需要分多次分发并录入到税控收款机中，如果把这些数据直接存储在Flash存储器之中，会造成其读写的压力过重，影响使用寿命。因而本发明采用FRAM铁电存储器用来存储使用最频繁的数据，由于FRAM铁电存储器是一种擦写寿命更加长的非易失性电可擦写存储器，其擦写寿命达到了上亿次，完全满足实际的使用应用，同时写入速度快，数据的保存不需要外加电能，因而可以在没有电源供应的情况下加以保存的数据，其中Flash存储器、EEPROM存储器、FRAM铁电存储器分别与MCU中心处理器交换数据信息，时间/其他控制单元主要是对MCU中心处理器进行时钟等控制。

见图3、图4、图5所示：所述放电回路由电阻R4、电容C1构成，其中电容C1的一端连接有开关电源的12V电压输出端和蓄电池BT1的正极，电容C1的另一端连接蓄电池BT1的负极和接地；电阻R4的一端连接有开关电源的12V电压输出端，电阻R4的另一端连接开关电路中第二三极管BG2的基极。所述开关电路由第一三极管BG1、第二三极管BG2构成，其中第一三极管BG1的发射极连接蓄电池BT1的正极，第一三极管BG1的集电极连接稳压电路IC1的输入端和开关电源12V电压的输出端，第一三极管BG1的基极连接第二三极管BG2的集电极和蓄电池BT1的正极；第二三极管BG2的基极连接电阻R4，第二三极管BG2的发射极接地以及连接蓄电池BT1的负极。所述稳压电路IC1采用芯片7805，该芯片的输入端连接开关电源12V电压的输出端，该芯片的输出端连接税控收款机系统的电源输入端。

本发明是这样来对税控收款机实现断电保护电路，该方案采用了3级供电的保护方案：

首先由开关电源输出的5V电压提供系统工作电压，另外一组11V电压输出是提供给打印机使用的。

当系统电源遭遇突然断电，电源电压开始下降的时候，如果此时打印机没有打印动作，则由于12V电压跌落较5V电压慢，其输出经由7805稳压后接替5V输出组为系统供电。

当遭遇最坏情况时，既断电的时候打印机恰巧也在工作，则由BG1、BG2组成的开关将打开备用蓄电池组BT1，该电池组可以提供给打印机和系统短时间的应急供电。该延迟时间可以由C1、R4组成的放电回路的参数通过试验和测试具体确定。

其它方面的断电保护如下：

1、发票分发过程中的断电保护：

当用户购买发票后，需将用户卡中的文件数据发送到税控收款机的相应单元中，以完成发票的分发工作。

如果在分发发票的过程中发生断电而不采取任何保护策略，将导致用户所购买的发票信息丢失。为此，我们利用了发票分发中的临时备份文件，即文件标示符为EF07(H)的文件来保证这个过程的安全性。

同时，我们在硬件电路上设计的掉电信号。在市电掉电之后，Mcu会收到该信号，可以保证在关键流程前，截住程序，保证数据的完整可靠。

如果在分发发票的过程中发生了突然断电，首先，备用电源会启动，保证这个过程的顺利完成，本过程最长需要约3秒时间。

如果在分发过程中掉电，则机器将通过所记录的发票卷数信息和临时文件相配合比较。如果卡中数据和机器中存储的数据不一致，继续从卡中读取发票信息，来保证该信息的完整性。

2、初始化过程中的断电保护：

在初始化中，最关键的是保护在MAC2校验合法后，PIN的存放和置注册成功标志。若在注册标志已经设置，而PIN又没有被收款机记录的时候，将导致本次注册的失败，而且该卡不能再次注册。我们采用掉电标志来解决这个问题，在EEPROM中设置一个掉电标志位，如果在注册中如果发现前次注册中掉过电，从税控卡、用户卡读取相关信息到税控收款机，再继续进行注册。

该过程并不会造成一张注册过的卡或者使用他人的卡利用掉电的方式“蒙骗”机器达到注册的目的。因为使用没有注册的卡，税控机会发现该卡没有注册而拒绝开发票；如果使用他人的卡，将无法通过PIN的检验流程。

如果在将PIN写入存储单元时MCU发生掉电，我们的后备电源也会保证数据的写入。注册过程大概需要3秒时间，备用电源将尽可能保证该过程的完成。

3、在打印过程中的断电保护：

在打印中，我们要保护的是防伪税控码。因为没有打印防伪税控码的发票不能在实际使用中生效，但是已经被取过的防伪税控码的发票，卡片又会被认为是使用过的。

针对这种情况，我们采用的保护措施是：使用备用电源，保证防伪税控码的打印完成，同时由软件流程保证能在最短时间内完成防伪税控码的取得和存储工作。

我们在打印防伪税控码之前才去取，并在本机存储该数据，之后送打印机的打印，在最坏的情况下，上面3个步骤工作可以完全由备用电池提供的电能完成。

这样，就保证了防伪税控码不会因为断电而造成已经取出，却没有来得及打印，造成废票。或者打印了防伪税控码而没有完成数据纪录。

4、在申报流程中的断电保护：在汇总过程中，我们要保护的是汇总标志。如果汇总标志被写入，而程序没有顺利执行完毕。则会造成汇总数据的错误。由于汇总操作是由用户卡来完成的，我们只有在外部后备电源的供应，以避免这种情况的出现。

整个申报的过程大约需要3秒时间，我们采用备用电源来保证这一过程的顺利进行。

综上所述，通过硬件和软件相结合的方法，我们在最大程度上保证了税控机的稳定运行。保护了关键操作中数据的完整，实现了掉电保护功能。

Claims

1、一种税控收款机，包括数据存储器、税控处理模块、电源系统、中心处理器、打印机，其特征在于：所述电源系统中开关电源的5V电压输出端连接税控收款机系统的电源输入端，所述开关电源的12V电压输出端分别连接税控收款机打印机和税控收款机系统的电源输入端，在开关电源的12V电压输出端与税控收款机系统的电源输入端之间有稳压电路，在开关电源12V电压输出端与税控收款机系统和税控收款机打印机的电源输入端之间连接有蓄电池，该蓄电池由放电回路和开关电路控制，所述数据存储器中的

EEPROM存储器，用来存储缓冲数据，当EEPROM中的数据积累到足够Flash存储器的一个块的数据量后再集中写入Flash存储器的某个擦写块上；

2、根据权利要求1所述的税控收款机断电保护电路，其特征在于：放电回路由电阻(R4)、电容(C1)构成，其中电容(C1)的一端连接有开关电源的12V电压输出端和蓄电池(BT1)的正极，电容(C1)的另一端连接蓄电池(BT1)的负极和接地；电阻(R4)的一端连接有开关电源的12V电压输出端，电阻(R4)的另一端连接开关电路中第二三极管(BG2)的基极。

3、根据权利要求1所述的税控收款机断电保护电路，其特征在于：开关电路由第一三极管(BG1)、第二三极管(BG2)构成，其中第一三极管(BG1)的发射极连接蓄电池(BT1)的正极，第一三极管(BG1)的集电极连接稳压电路(IC1)的输入端和开关电源12V电压的输出端，第一三极管(BG1)的基极连接第二三极管(BG2)的集电极和蓄电池(BT1)的正极；第二三极管(BG2)的基极连接电阻(R4)，第二三极管(BG2)的发射极接地以及连接蓄电池(BT1)的负极。

4、根据权利要求1所述的税控收款机断电保护电路，其特征在于：稳压电路(IC1)采用芯片7805，该芯片的输入端连接开关电源12V电压的输出端，该芯片的输出端连接税控收款机系统的电源输入端。