1.简介

  基于RFID技术的公交卡充值消费系统，以其高效快速、安全可靠、方便快捷、易于管理和环保节能等特点，为用户带来优质的公交出行体验。通过非接触式的数据读写，该系统实现了快速充值和消费，同时采用先进的加密和防碰撞算法确保数据安全。24小时自助服务为用户提供了极大的便利性，实时跟踪和记录功能则帮助管理者进行数据分析和决策。此外，RFID公交卡减少了物理磨损，延长了使用寿命，并降低了能源消耗，具有显著的环保节能优势。这些特色使得基于RFID的公交卡充值消费系统在现代公共交通领域中具有广泛的应用前景。
  本系统设计选择以Cortex-M3为核心的STM32F103C8作为核心控制器，1.4寸显示屏幕用于扣款信息和乘车信息，设计有充值、消费两个界面。可通过按键输入充值或消费金额。选择RC522射频刷卡模块，IC卡进行模拟消费充值，通过蜂鸣器提示刷卡状态。

  整体功能展示如视频所示：

2.背景意义

  随着城市公共交通的快速发展，公交卡作为一种便捷的支付工具，已经广泛应用于人们的日常生活中。然而，传统的公交卡充值消费系统往往存在着操作繁琐、效率低下、安全性不足等问题[1]。为了解决这些问题，提高公交服务的效率和质量，基于RFID技术的公交卡充值消费系统应运而生。
  RFID（无线射频识别）技术作为一种先进的自动识别技术，具有非接触式、高效快速、安全可靠等优点，非常适合应用于公交卡充值消费系统中。通过引入RFID技术，可以实现对公交卡的快速识别和数据读写，从而提高充值和消费的效率，提升用户体验。
  目前，基于RFID的公交卡充值消费系统已经在一些城市的公共交通系统中得到了应用。这些系统通过采用RFID技术，实现了公交卡的快速充值和消费，提高了公交服务的效率和质量。同时，这些系统还采用了先进的加密和防碰撞算法，保证了公交卡数据的安全性。

3.方案设计

  基于RFID的公交卡充值消费系统是一种新型的IC卡消费系统。本系统采用RFID技术，非接触式数据通讯，实现充值消费功能。以单片机作为微控制器，LCD显示屏幕实现人机交互界面设计，矩阵按键实现充值消费数据输入，WIFI模块完成设备联网，实现远程数据共享。

  选择STM32F103C8T6作为主控制器，RC522为RFID射频刷卡设备，LCD屏幕完成人机交互界面设计，矩阵键盘用来输入消费或者充值金额信息，WIFI设备完成联网功能，将本地数据同步至云端，LED灯指示当前系统工作状态，蜂鸣器模块在进行充值或消费时发出提示音。系统总体框图如下所示：

  根据系统设计要求，系统硬件选型为主控制器为最新系统板STM32F103C8T6、射频刷卡模块RC522、4*4矩阵按键、有源蜂鸣器2.4GHz ESP8266WIFI、1.4寸TFTLCD屏幕和一个电源状态指示LED灯。整体硬件原理图设计如2-1所示：

4.程序设计

  本系统运行流程如下：首先接通电源，完成各个模块初始化(RC522、LCD屏幕、4*4矩阵键盘、2.4G ESP8266WIFI、蜂鸣器、LED灯)，初始化LCD界面，默认显示消费界面。通过WIFI连接，将设备连接到物联网平台，至此，系统初始化完成，进入系统主体。接着可通过矩阵键盘选择消费或者充值功能，输入消费或者充值金额，确认后IC靠近RC522模块即可消费或者充值完成，蜂鸣器提示操作状态，LCD屏幕显示显示IC卡信息和剩余金额。并将本次操作数据上传至云端保存。当超过30s未进行任何操作，这屏幕背光自动熄灭，系统进入待机模式。整体运行流程如3-1所示：

5.功能分析

  本次设计采用了PCB电路板作为载体，PCB板即印刷电路板，从一开始的原理图绘制，元原理图库绘制，然后完成封装库绘制、PCB布局，再到最后的投板制作，元器件焊接，软件编程，硬件调试。通过PCB布局可以很好的保证硬件的设备的稳定性。整体硬件实物如图4-1所示：

  硬件组成部分有RFID射频模块、1.4寸LCD显示屏幕、ESP8266wifi模块、主控制器STM32F103C8T6最小系统板、有源蜂鸣器、44矩阵键盘已经LED状态指示灯。设备上电完成各个硬件初始化，LCD屏幕显示系统实时时间，支持串口时间校准，时间显示如图4-2所示：

  时间获取成功，则整个系统初始化完成，进入主循环。接下来可通过矩阵键盘上的A、B、C、D按键切换界面。其中按键A对应消费界面，按键B对应充值界面，按键C对余额查询界面，按键D对应日志记录查询界面，按键#则回到时间显示界面，各个界面效果如下：

  通过按键B进入充值界面，在充值界面可通过矩阵键盘输入充值金额，设置的充值金额范围为0~999，界面效果如下：

  通按键D进入日志查询界面，日志消息保存格式为”时间+卡号+操作记录”方式，单个界面最多小时4条日志信息，当日志信息超过4条则可通过和#进行上下翻页显示，界面效果如下：