目前我国高校的校园卡圈存通常采用传统圈存技术，传统技术接入方式是以太网控器作为接入设备，通过圈存机将交易报文在银行系统和校园一卡通系统中的卡务管理中心子系统之间进行传送，银校圈存系统通过银行卡与校园卡一起插入转账圈存机以达到把用户的银行卡账户下的金额划入校园卡账户中为目的，传统圈存方式的圈存机具有价格昂贵、位置移动不灵活、设计复杂、故障率偏高等不足，而且经常会出现银行和学校交易流水账务不一致的情况；太网是Xerox公司发明的基带LAN标准。它采用带冲突检测的载波监听多路访问协议（CSMA／CD），速率为10Mbps，传输介质为同轴电缆。以太网是在20世纪70年代为解决网络中零散的和偶然的堵塞而开发的，而IEEE802.3标准是在初的以太网技术基础上于1980年开发成功的。现在，以太网一词泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网。以太网2.0版由数字设备公司、Intel公司和Xerox公司联合开发，它与IEEE802.3兼容。鉴于此，在计算机比较普及和计算机网络高度发展的今天，结合高校的实际情况，笔者探索出一种全新的圈存思路和设计，实现校园卡单卡圈存，设计一种基于WEB圈存的方式以克服传统圈存方式的不足，大大降低了系统的开发和材料成本，使其设计与应用真正做到经济、简单、方便、实用和圈存机移动、接入方便。

　　1 圈存流程总体设计原理

　　圈存的过程主要分成2大步骤，步骤就是用户通过学校自主开发的WEB圈存缴费系统和银行开发的网上银行系统把其在银行账户下的指定大小的金额划入学校的银行账户下，成功交易的金额记录再提交给学校转账系统数据库服务器中；第二步骤是用户把步转入的金额在学校WEB圈存缴费系统进行圈存支付，形成圈存等待流水。，用户可在任何一台以太网圈存机上进行刷卡充值，同时后台运行软件会自动实时地上传刷卡之后的圈存流水传至卡务中心，以保证卡库金额一致。其圈存思路设计流程如图1所示。

　　2 系统设计

　　系统主要由圈存机与WEB圈存缴费系统两大部分组成，用户借助于WEB圈存缴费系统把其在银行的钱转入学校系统中，然后进行圈存消费支付，终在服务器数据库中形成等待圈存刷卡流水，圈存机则主要完成读卡并把圈存金额写入校园卡。圈存机是指能够完成圈存操作即在收款单位与银行签订相关协议的情况下，可以通过用户的银行账户向特定消费卡上转账的终端设备。

　　2.1 系统硬件设计

　　圈存机硬件处理单元结构如图2所示。系统由主控板、网络通（wlt）、显示电路板、键盘板、读卡器天线板等主要部分组成。

　　2.1.1 ICR/W 主控电路板

　　ICR/W是圈存机硬件系统的，主要由读卡芯片MFRC500、MCU（STC89C58RD+）、实时时钟芯片（8563T）、蜂鸣电路等部分组成。由它完成数据信号处理及优化，包括键盘输入、显示控制、以及与PC机和网络通信等功能。该系统采用的是STC89C58RD+单片机，其内部有增强型1T流水线/精简指令集结构 8051 CPU、512 B RAM、通用I/O口（27/23个）、ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）、看门狗、2 个16 bit定时器/计数器、2路外部中断等部件，同时具有EEPROM 功能。

　　2.1.2 网络通及底层通信

　　网络通也叫以太网测控网关，主要由单片机与以太网接口芯片组成，负责完成网络层上的以太网TCP/IP协议与测控设备现场总线RS－232、RS－485、并口通信等协议的转换，完成以太网和现场总线网络间的互联，实现不同以太网和现场总线网络之间的数据交换，网络通对单片机没有什么特殊要求，可选用普通单片机，例如89C51等。可用汇编语言在单片机中写入TCP/IP通信协议和RS－232、RS－485等现场总线及并行总线通信协议。它将从以太网接收来的IP包进行拆包取出数据，再按RS－232、RS－485等现场总线或并行总线通信协议重新组成新帧，发送给测控设备；或者将测控设备发来的数据帧，重新打成IP包向以太网发送。

　　硬件部分对各主要功能模块采用基于单片机的模块化设计，即分别设计了显示控制模块、读卡模块以及按键控制模块，这些独立模块与主控芯片（MCU）之间的通信采用串口或I2C通信方式。MCU（Micro Control Unit）中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制  常见存储器件。MCU按其存储器类型可分为无片内ROM型和带片内ROM型两种。对于无片内ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）。带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型（典型芯片为87C51）、MASK片内掩模ROM型（典型芯片为8051）、片内FLASH型（典型芯片为89C51）等类型，一些公司还推出带有片内性可编程ROM（One Time Programming, OTP）的芯片（典型芯片为97C51）。

　　2.1.3 显示板、键盘及感应天线板

　　显示电路板由LPC932A、2块LED数码管显示屏构成，每个显示屏有6个汉字和2排数码管，每排8个带小数点数字； LPC932是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合，可以满足多方面的性能要求； LPC932也集成了许多系统级的功能，这样可以大大减少元件的数目、电路板面积以及系统的成本。键盘采用4×4矩阵形式，共16个键，键盘使用LPC932的键盘中断工作方式，能够完成功能选择和圈存额查询。感应天线是读卡器发送载波信号的关键部件，用于向MF卡提供能量并在读卡器和MF卡之间传送信息，天线板的部分是天线与读卡模块间的耦合电路，为了节约成本、减小系统体积，采用PCB板天线设计，品质因数Q是一个很重要的参数。

　　2.2 圈存机上位机软件和WEB圈存缴费系统的设计

　　这2部分主要采用基于WEB的结构模式，包括2部分，一部分是采用WEB页面形式对圈存机的进行参数修改、状态监控、在线升级等管理；另外一部分是用户圈存、查看消费记录等操作在网上执行（用户仅到了把圈存金额进行写卡这一步聚时才须到圈存机上执行刷卡操作），圈存机控制和数据采集模块则依然使用C/S模式，数据采集模块模块基于远程数据采集模块平台的通信模块，它将通信芯片、存储芯片等集成在一块电路板上，使其具有发送通过远程数据采集模块平台收发短消息、语音通话、数据传输等功能。远程数据采集模块模块可以实现普通远程数据采集模块手机的主要通信功能，也可以说是一个“精简版”的手机。电脑、单片机、ARM可以通过RS232串口与远程数据采集模块模块相连，通过AT指令控制模块实现各种语音和数据通信功能。远程数据采集模块技术相对于GSM是一种更先进的移动通信技术， 除远程数据采集模块辐射小外；在数据传输方面，远程数据采集模块2000 1X 也与GPRS在技术上有明显不同，在传输速率上1X 几乎是GPRS速度的3-4倍。

　　2.2.1 上位机主程序模块结构模型图

　　系统设计采用模块化程序结构，由WEB圈存缴费子系统、圈存机控制和数据采集处理模块、圈存机状态和参数修改模块、后台数据处理组成。上位机部分的主要结构模型如图3所示。

　　2.2.2数据采集

　　圈存机控制、数据采集模块同圈存机的数据通信以及数据采集是本系统中非常关键的部分，必须做到通信数据安全、准确、实时和高效，鉴于此，为了提高通信效率和避免圈存机数量过多而出现的通信瓶颈，故采用不可靠投递数据帧的UDP协议，虽然使用的UDP协议是不可靠的，但通过一定次数的数据帧应答和重发机制来弥补UDP协议的不足，通过记录用户次圈存刷卡时卡内余额，能有效地避免上位机监控程序没有收到用户圈存成功之后的上传应答帧，而此时如果用户再次在圈存机刷卡又会把圈存金额重复写入卡片的情况，使用多线程的监控程序，增大监控程序的通信吞吐量，尽努力避免通信高峰期出现数据包丢失现象；UDP协议的全称是用户数据包协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理UDP数据包。在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。

　　2.2.3 WEB在线监控或修改圈存机的状态和参数

　　WEB在线监控和修改模块前台表现为WEB网页形式（合并于WEB圈存缴费系统后台系统中），后台调用SOCKET通信组件，SOCKET通常也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。SOCKET服务端和SOCKET客户端同属于一个校园网的子网中，所以2个SOCKET程序是基于局域网中的通信，较易实现；当用户进行WEB网页操作时，系统后台调用客户端的SOCKET组件，客户端SOCKET根据自定义的通信规则向服务端SOCKET发出请求，接到请求后，向圈存机发出命令帧，圈存机接到定义帧后，作出应答和处理，结果再逆向返回给用户。

　　2.2.4 测试方法与技巧

　　单元测试、模块测试和集成测试等测试方法严格贯穿于系统开发过程中，由于本系统自身的特点，独辟蹊径地使用了一些较特殊的方法，以达到相应的测试目的，例如模拟下位机的CreditsForLoadDriver的驱动程序、模拟建设银行的网上银行系统的BankStakeAndDDriver驱动和桩程序、模拟卡务中心系统、教务处的学生管理系统和财务处系统的驱动或桩程序等。另外，为了很好地达到通信测试和错误修改的目的，建议尽可能使用市场上一些流行的抓包分析软件。

　　3  试验数据和结果分析

　　根据2.2.4节的方法实现实验过程，下面以网上圈存交易系统和圈存机同圈存机控制、数据采集模块之间的通信为例进行实验，在圈存机通信的测试实验中，把上位机软件部分全部放置在WEB服务器上，测试工作则在其它普通的PC机上进行，使用模拟下位机的creditsForLoadDriver驱动程序测试圈存机控制及数据采集模块的承载力，其实验数据如表1所示。

　　从实验结果来看，证明实验方法正确、理论可行、系统设计良好。通过在学校实际使用和检验，该系统有如下优点。

　　（1）系统运行稳定，操作简单；

　　（2）性能良好，圈存机故障率极低，通信效果十分好。

　　随着计算机迅速普及和计算机网络的快速发展，这给本系统的推广和发展提供了良好的使用背景，系统中的圈存机开发和维护成本十分低廉，其每台材料成本不到400元，售价在10 00元左右，而市场上圈存机的售价普遍在7千元以上，而且传统的圈存机体积大，移动十不便，我们设计出的圈存机体积很小，移动很方便，可以接入校园网范围内的任何地点；

　　从当前和发展的趋势来看，本系统的设计和应用具有十分可观的经济价值和较大的市场发展潜力，部分技术对企事业单位在建设网上支付系统方面也有着一定的借鉴意义。