Monnayeur électronique à carte à puce

7/16/2019 Monnayeur électronique à carte à puce

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CARTES

ELECTRONIQUE magazine - n° 614

oici un appareil très utilepour tous ceux qui ont lacharge de la gestion dedistributeurs automa-tiques de services

dont le fonctionnement doit être

limité dans le temps. Celapeut être des appareils àbronzer, des téléphones,des ordinateurs, des jeuxvidéo, des aspirateurs pour sta-tions services, etc.

C o m m e nt ç a m a r c he ?

Il s’agit d’un système de contrôle pour de petites machinesautomatiques, basé sur des cartes à puce rechargeables.Le relais de sortie n’est pas activé durant une période déter-minée, comme dans certains systèmes, mais à l’introduc-

tion d’une carte dans l’appareil. Il reste ensuite dans cetétat, tant que la carte n’est pas extraite ou, du moins, jus-qu’à l’épuisement du crédit d’unités disponibles. En effet,le crédit est automatiquement débité d’une unité de temps(déterminée en phase de programmation entre 5 et 255secondes).

Le système est destiné à l’auto-matisation d’appareils destinés au

public et il est très pratique car il évited’avoir recours aux pièces de monnaie

ou aux traditionnels jetons. Cela permetaux clients d’accéder aux différents ser-

vices un certain nombre de fois, ou pourun temps donné, simplement en acquérantdes crédits (unités de temps). Lorsque le cré-

dit est épuisé, il suffit de faire recharger lacarte.

Précisons que, par rapport à d’autres monnayeursanalogues où les unités sont décomptées, les cartes

à puce utilisées dans ce monnayeur sont, en plus, éga-lement rechargeable d’un certain nombre d’unités (0 à

255). La différence est dans le fait que, dans cette applica-tion, une unité de temps n’est pas débitée simplement à l’in-troduction et à l’extraction de la carte dans le lecteur, maisaprès l’introduction dans le lecteur, le microcontrôleur pro-

cède au comptage du temps passé, débitant une unité àchaque intervalle de temps programmé pour cela. En pra-tique, si le dispositif est préparé (nous verrons comment parla suite) pour disposer d’unités d’une durée de 5 secondes,si la carte reste introduite une minute, celle-ci perd 12 uni-tés (60 : 5 =12), pour 2 minutes cela fait 24 unités, etc.

Un monnayeurn monnayeur

électrectroniqueniqueà carcar tee à pucepuce

Dans cet article, nous vous proposons un système de contrôle électronique pourla gestion d’unités de temps, adapté aux distributeurs automatiques de servicespayants. L’insertion, dans un lecteur, d’une carte à puce dûment chargée enunités, actionne un relais qui reste activé tant que la carte dispose d’unités àconsommer ou tant qu’elle n’est pas extraite du lecteur. Les applications sonttellement nombreuses que nous laissons libre cours à votre imagination!



CARTES


En résumé, à chaque introduction dela carte dans le lecteur, le systèmedébite une unité et active le relais pourla durée de l’unité de temps imposée.Passé ce délai, le système peut

désactiver le relais si la carte a étéextraite ou si le nombre d’unités dis-ponibles est arrivé à zéro. Le systèmepeut également laisser le relais actif (pour l’unité de temps imposée) etdébiter d’une unité le crédit de lacarte. En pratique, le crédit de la carte

est débité à chaque unité de tempsutilisée jusqu’à l’extraction de la cartedu lecteur. Lorsque le crédit estépuisé, le circuit signale à l’utilisateurqu’il faut procéder à une recharge, cequi revient à devoir acquérir de nou-velles unités.

P r ép a r a t io n de la c a r t e

Ce que vous venez de lire est la syn-thèse du fonctionnement du systèmedécrit dans ces pages. Nous avons ditque le système fonctionne en lecteurde cartes et procède également à l’écri-ture des données d’utilisation lorsqueles unités sont débitées. Il faut préci-ser que, pour être utilisée, une cartedoit être initialisée. En d’autres termes,afin d’obtenir une carte compatible

avec notre système de prépaiementélectronique, il faut que cette carte soitconfigurée avec les informations appro-priées.

La première de toutes ces informa-tions, est le Programmable Security

Code (code programmable de sécu-rité). Mais pas seulement, car aprèsce formatage, il est prévu une autreopération de chargement des unitésde crédit. Il faut noter que l’initialisa-tion est effectuée une seule fois; parcontre la recharge est effectuéechaque fois que cela est nécessaire(chaque fois que la totalité du créditest épuisée). Avant la préparation desfutures cartes, il faut introduire dansle lecteur puis extraire une troisièmecarte d’initialisation, la Master Temps(les deux premières sont la MasterPSC et la Master Crédit), qui commu-nique au microcontrôleur la durée àattribuer pour chaque unité de crédit,autrement dit, la durée pour laquelleune unité doit être débitée.

Il faut se rappeler que, pour le sys-

tème, toutes les cartes ne sont pasidentiques et qu’il faut obligatoirementutiliser celles de 2 kbit basées sur leSLE4442 de Siemens. Ces cartes doi-vent être préconfigurées pour la pro-cédure d’initialisation caractérisée parun PSC (code programmable de

Figure 1 : Schéma électrique du circ uit principal du monnayeur.



CARTES


Il s’agit d’une carte à puce ISO7816basée sur le composant SLE4442 deSiemens, une mémoire intelligentede 2048 bit (2 kbit) accessible parl’introduction et la comparaison d’uncode de sécurité. Son schéma synop-tique est donné en figure 8.

La mémoire est une EEPROM mêmesi une partie de celle-ci fonctionne àla manière d’une PROM permettant

d’enregistrer des données, lesquelles,après avoir brûlé un fusible de pro-tection, ne pourront plus être modi-fiées.

Elle dispose d’un espace mémoireégal à 256 kbit sur lesquels unegrande partie est disponible pourmémoriser des informations à utili-ser. Dans notre cas, pour lenombre d’unités, il y a éga-lement de petits espacesmémoire réservés à la pro-tection (voir le tableau 1).

La première partie de l’EE-PROM, de l’octet d’adresse0 à 31, constitue la mémoirepermanente, laquelle, aprèsavoir configuré le bit de pro-tection approprié peut êtredestinée uniquement à lalecture. Les données écritesdans cette zone pourrontêtres uniquement lues, maisni modifiées, ni effacées(fonction PROM). La zone

mémoire initiale (octet 0) estuniquement réservée à l’écri-ture du code fabricant.

A partir de la zone 32, lamémoire est utilisable sansaucun problème, ni limita-tion. Par contre, pour pou-voir écrire, il convient d’in-troduire et de comparer lecode programmable de sécu-rité (PSC) contenu dans unezone supplémentaire de lamémoire EEPROM appelée

mémoire de sécurité. Cettedernière est composée dequatre zones qui contiennentl’état du compteur d’erreur(bit 0 à 2) et le code d’ac-

cèsréel décomposé

et exprimé, comme d’habi-

tude, en groupe de chiffres hexadéci-maux du type AA AA AA ou FF FF FF. Laséquence d’accès à l’écriture et à l’ef-facement de l’EEPROM consiste à intro-duire le PSC et à effectuer la compa-raison avec celui résident dans la carteà puce. Si la comparaison est positive,les opérations de lecture/écriture peu-vent être effectuées. Dans le cas

contraire, l’accès est refusé et lecompteur d’erreur décrémenté de 1.Après trois échecs de comparaisondu code de sécurité, le compteur d’er-reur est égal à zéro et il n’est pluspossible de changer l’état de l’EE-PROM qui ne peut plus être que lue.Pour cette raison, à chaque opérationqui requiert la comparaison du PSC,il convient de remettre à zéro le comp-teur d’erreur, donc à remettre au 1

logique, par l’intermédiaire d’une com-mande appropriée, les trois bits quile représentent.

Notez que pour toutes les sectionsde la puce, effacer un bit signifie lemettre au 1 logique, à l’inverse,écrire un bit revient à le mettre àzéro. Il faut observer que, dans le

cas du compteur d’erreur,les trois bits qui le com-posent ne permettent pas8 possibilités (2 à la der-nière) mais seulement

trois, étant donné que cha-cun d’eux est positionnéau niveau bas à chaquecomparaison du PSC.L’opération de passage de0 à 1 d’un bit est appeléeremise à zéro (erase).

En ce qui concerne laméthode utilisée pour l’ac-cès à la mémoire, elle uti-lise seulement deux filsplus un pour l’horloge

(input, C3). Le premierconstitue la ligne des don-nées (I/O, contact C7) bidi-rectionnel utilisée pourrecevoir et envoyer lesinformations sous formesérie avec un niveau com-patible TTL. L’envoi descommandes et des don-nées d’entrée/sortie (I/ O)intervient toujours durantle front descendant dusignal d’horloge. Il existeégalement un canal de

remise à zéro (input C2) quiest géré par le dispositif decommunication externeavec lequel est interfacéela puce (voir le tableau2).

que nous avons mis au point exécutel’opération d’initialisation en suppo-sant que le PSC est FF FF FF. L’utili-sation d’autres cartes aurait pour

sécurité) égal à FF FF FF en hexadé-cimal. Ne tentez pas d’utiliser d’autrescartes compatibles mais comportantun PSC différent, car le programme

résultat, si les deux codes sont dif-férents, à la troisième tentative decomparaison, de les rendre inutili-sables.

40 hex 0 à 255 Nombre d'unités disponibles

50 hex 0A Reconnaissance cartes Master

51 hex 0A Master PSC

52 hex 0A Reconnaissance carte Master Crédit53 hex 3 à 255 Nombre d’unités de crédit Master C.

54 hex 0A Reconnaissance carte Master Temps

55 hex 5 à 255 Durée unités de crédit (sec) Master T.

Figure 8 : Schéma synoptique de la puce SLE444 2.

C1VCC

RST

CLK CLK

N.C. N.C.

GND

N.C.

I/O

N.C.

C5

C2 C6

C3 C7

C4 C8

p in sym bol e f on c t io n

C1 VCC alimentation

reset

entrée horloge

non connecté

RST C2

C3

C4

I/ O

N.C.

p in sym bol e f on c t io n

C5 GND masse

non connecté

ligne données

non connecté

N.C.C6

C7

C8

Tableau 2 : Brochage des 8 entrées/ sorties de la puceSLE4442 de Siemens.

Tableau 1 : Affect ation des zones mémoire.

La c a r t e à p u c e de 2 k b it S iem en s



CARTES


Les re la t ions e n t rele microcont rôleure t le s c a r t e s

Le cœur du système est évidemmentle microcontrôleur PIC16F84 ouPIC16C84 qui s’occupe de la gestiondu dialogue avec les cartes ISO7816introduites dans le lecteur, en lectureet en écriture. Le logiciel permet, enoutre, 4 modes opératoires qui sontvalidés suivant le type de carte intro-duite dans le lecteur et qui sont :

1 - Utilisation normale2 - Initialisation3 - Chargement des unités4 - Paramétrage de la durée d’une unité

Le mode “utilisation normale”

Le mode “utilisation normale” est celuioù le circuit fonctionne comme un pré-paiement électronique à unités detemps : l’introduction de la carte, préa-lablement initialisée et chargée, activele relais de sortie, qui reste activé tantque la carte reste dans le lecteur ou

jusqu’à ce qu’elle soit complètementdéchargée. Dans ce dernier cas, le buz-zer émet deux bips consécutifs.

Pour garantir la sécurité du système,le PIC16F84 réduit d’une unité le cré-dit disponible et seulement après que

le crédit ait été diminué (signifiant quel’opération d’écriture dans la carte s’estcorrectement effectuée) le relais estactivé. Ce contrôle a été prévu car, depar sa nature, la carte de 2 kbit peuttoujours être lue, mais pour l’écrire, ilfaut comparer le PSC.

Vous serez étonnés du sens de ce pro-pos, nous allons donc l’expliquer. Sinous ne procédions pas à l’écriture enmémoire de la diminution du crédit, lesystème pourrait être activé par l’in-

troduction d’une carte apparemmentidentique, prévue pour être utilisée parun système analogue mais ayant unPSC différent. Elle contiendrait doncdes données de crédit dans samémoire. Pour éliminer ce risque, enécrivant en premier lieu la déductiond’une unité, nous sommes certains del’encaissement et, surtout, que la carteest effectivement adaptée à notre sys-tème. Si nous n’utilisions pas cettechronologie, la comparaison du codede sécurité programmable de la “mau-vaise carte” donnerait une issue néga-tive et, après les trois tentatives fati-diques, elle deviendrait inutilisable.

En somme, avant utilisation, il faut quela carte ait été adaptée à notre sys-tème, donc formatée. Il faut introduirele crédit disponible pour le service asso-

cié au prépaiement. Le formatage (ini-tialisation) permet de mettre à zéro lesdonnées de la carte en substituant lePSC original avec celui prélevé direc-tement dans la mémoire de programmedu microcontrôleur.

En plus du microcontrôleur PIC16F84programmé, il faut également se pro-curer le lot de cartes nécessaires àtoutes les procédures : la Master PSCpour l’initialisation, la Master Créditpour le rechargement des unités et laMaster Temps qui, à la différence des

deux premières, charge dans l’EEPROMdu microcontrôleur la durée des unités.

Le mode “ init ialisation” Voyons à présent la phase qui concernela préparation de la carte à puce à l’uti-lisation avec le système. Etant donnéque le PSC est adapté à celui du micro-contrôleur elle est immédiatementreconnue à chaque application sui-vante. Sachez que la carte reste vide,tout au moins pour le moment. Notezque le fonctionnement normal est

obtenu en alimentant simplement lecircuit sans rien faire d’autre. Le modeinitialisation est activé en introduisantdans le lecteur une carte appelée Mas-ter PSC, qui est caractérisée par la pré-sence de la donnée 0A (hexadécimal)aux adresses mémoire 50 et 51 (hexa-décimal). Pour éclaircir les choses,sachez que chaque fois que lePIC16F84 détecte l’introduction d’unecarte dans le lecteur (il utilise pour celala ligne RB1, relative au contact 2), ilva chercher les données dans leszones situées aux adresses 50, 51,

52 et 54 hexadécimal et essaie lesquatre modes possibles de fonction-nement en fonction de celui qu’iltrouve : si dans la zone 50 hexadéci-mal il ne trouve pas 0A, il ignore la lec-ture des autres zones 51, 52 et 54 car

la carte lue est bien celle de l’utilisa-teur (initialisée ou non). Le microcon-trôleur démarre alors la procédure nor-male de lecture des unités restantes,fait la comparaison du PSC et com-mence à décrémenter lesdites unités.Par ailleurs, une note acoustique estgénérée par le buzzer et le relais estactivé.

La carte Master PSC Si, par contre, la lecture de la zone 50donne 0A (valeur des cartes Master),le microcontrôleur procède à la lectureet teste l’adresse 51 hexadécimal, s’iltrouve également 0A, la carte présentedans le lecteur est la Master PSC. Lemicrocontrôleur commence alors la par-tie du programme qui procède à l’ini-tialisation, ce qui peut être résumé parceci : la LED rouge LD1 est allumée,une impulsion sort de la broche 11 etpolarise le transistor T1 activant le buz-

zer qui émet une brève note. Dès à pré-sent, et tant que la carte Master PSCn’est pas extraite et réintroduite, toutesles cartes introduites dans le lecteurseront soumises à l’initialisation.

A chaque nouvelle insertion, le micro-contrôleur procède à la comparaisondu code de sécurité programmable(PSC) avec celui installé par défaut surla carte. Rappelez-vous qu’il attend FFFF FF et que, si la carte n’a pas cettevaleur de PSC, après trois tentatives,elle est rendue inutilisable. Ensuite, le

microcontrôleur écrit le nouveau PSCdans la mémoire EEPROM de la carte.Cette opération est confirmée par unson émis par le buzzer. Il faut se rap-peler que chaque PIC16F84 a un codepersonnalisé, différent des autres.

Vue sur le microcontrôleur et sur lerela is du ci rcui t pr incipal dumonnayeur.



CARTES


La gestion du monnayeur, utilise unmicrocontrôleur PIC16F84 dans lequelest chargé un programme principal enmesure de commander trois sous-pro-grammes. Le but est de permettre le

déroulement des procédures d’initia-lisation et de charge ou de rechargeen unités de temps des cartes utili-sateur, l’introduction de la valeur de

Après la mise en service et l’initialisa-tion des entrées/ sorties (I/ O) le pro-gramme teste la présence d’une carteà puce, grâce au contact de détectiondu lecteur, qui porte, au niveau logique

0, la broche 7 (RB1) dès que l’inser-tion d’une carte est confirmée.

A ce moment, une lecture de la zone50 hexadécimal de la puce de la carteest effectuée afin de voir si la valeur0A, qui identifie une carte Master, estprésente. Si cette valeur est absente,le programme comprend qu’il est enprésence d’une carte utilisateur ouautre et la première chose qu’il effec-tue est la comparaison de son PSC(code programmable de sécurité) aveccelui présent dans le microcontrôleur.

Si les deux PSC correspondent, la lec-ture des unités disponibles est réali-sée. A ce moment, si au moins uneunité est disponible, la valeur d’uneunité est retranchée, sinon, le pro-gramme retourne au début, à larecherche de la présence d’une carte.

Si des unités sont disponibles, il y adeux situations possibles :

ces unités de temps dans la mémoiredu microcontrôleur ainsi que l’utilisa-tion normale du système. Trois cartesspéciales sont indispensables à cesopérations : la Master PSC, la Master

Crédit et la Master Temps.

Voyons comment fonctionne le micro-contrôleur.

L’orga n igra mm e d u progra mm e

Initialisation des E/ S

Clignotement LED rouge

Carte insérée ?

NON

OUI

OUI

NON

NON

NON

NON

NON

NON

OUI NON

OUI

OUI OUI

OUI

NON

NON

Carte Master Master PSC ? Appel PSC

Compare PSC Master Crédit ? Appel CREDIT

Lecture crédits Appel TEMPS

Crédit =0 ?

Décrémente crédits

Ecrit nombre de crédits

Ecriture correcte ? Emission 1 bip

Affiche crédits Carte insérée ?

Crédit =0 ? Emission 2 bips

Emission 1 bip

Active relais pour

une durée déterminée

Carte insérée ?

Carte insérée ?

Désactive relais

Le programme principal assure la gest ion del ’ensemble du système. I l c ommande lessous-programmes nécessaires à l’ initialisationet à la charge ou à la recharge des cartesutilisateur, la lecture et l’enregistrement dela valeur des unités de t emps, la lect ure descart es uti l isateur val ides, l ’aff ichage desdonnées de programmat ion ou des unités detemps encore disponibles sur les cartes

util isateur, la LED de signalisation, le buzzeret le relais de sort ie.

Allume LED rouge

Emission bip long

Visualise PSC

Carte insérée ?OUI

OUI

NON

OUI

NON

NON

NON

OUI

Carte insérée ?

Carte Master PSC ?

Compare PSC avec "FFFFFF"

Ecrit nouveau PSC

Eteint LED rouge

Emission bip long

Eteint visualisation

Carte insérée ?

Retour

Les routines d’ init ial isation et de recharge sontact ivées par l’int ermédiaire de deux car tes à puce

spéciales que nous avons appelées Master PSCet M aster Crédit. Le temps à associer aux unitésest communiqué au microcontrôleur parl’int ermédiaire d’une carte spéciale que nous avonsappelée Master Temps.



CARTES


Allume LED rouge

Emission bip long

Visualise crédits

Carte insérée ?

NON

OUI

OUI

NON

NON

NON

OUI

OUI

Carte insérée ?

Carte Master Crédit ?

Compare PSC

Ecrit crédits

Eteint LED rouge

Emission bip long


Carte insérée ?

Retour

- S’il n’y a qu’une seule unité dispo-nible sur la carte utilisateur, la sous-traction de l’unité de départ de cettedernière ramène la valeur à zéro, lebuzzer émet trois bips consécutifs encadence rapide.- Si, après soustraction d’une unité, il

reste encore des unités disponibles,le buzzer émet un seul bip.

Dans chaque cas, lors du passagedans le lecteur et de la soustractiond’unités disponibles en mémoire, s’ilse passe quelque chose d’anormal àla vérification, le buzzer émet un bipcycliquement, jusqu’à ce que la carte,considérée comme invalide, soitextraite du lecteur. Si, par contre, toutse passe bien, le relais est activé jus-qu’à l’épuisement de la totalité des uni-tés ou l’extraction de la carte.

Tout ce que nous venons d’évoquerconcerne le mode de fonctionnementnormal, mais voyons ce qui se passeen mode programmation.

Ce dernier mode est subdivisé en troisroutines : une pour l’initialisation, l’autrepour la recharge des cartes utilisateuret la dernière pour la configuration dela durée de chaque unité de crédit.

L’initialisation commence si, après l’in-sertion de la carte dans le lecteur, lesystème trouve la valeur 0A dans la zonemémoire située en 50 hexadécimal etqui correspond à la question “Carte Mas-ter?”. Si la réponse est “oui” la zone51 hexadécimal est à son tour testée.

Si la même valeur 0A est trouvée, celasignifie que nous avons à faire à unecarte Master PSC. Dans ce cas, la pro-cédure d’initialisation est activée.

Lorsque l’on rentre dans cette procédure,la LED rouge de programmation est allu-mée et le buzzer émet un bip long, puisattend l’extraction de la carte et l’intro-duction d’une nouvelle carte avec un PSCégal à FF FF FF. Si la carte Master PSCest à nouveau introduite dans le lecteur,l’opération est prématurément terminée.La LED rouge s’éteint et le buzzer émetencore une note acoustique longue. Lesous-programme renvoie au programmeprincipal pour la lecture de la présenced’une nouvelle carte.

Si au lieu de cela, une carte vierge étaitintroduite dans le lecteur, le micro-contrôleur procède à la comparaisondu code de sécurité avec celui enre-gistré par défaut sur cette dernière (FFFF FF). Ensuite, le microcontrôleur écritdans l’EEPROM de la carte à puce lecode de sécurité qu’il détient en

mémoire, de manière à l’initialiser. Cecifait, il attend l’extraction et l’insertiond’une nouvelle carte à initialiser.

Comme nous l’avons déjà dit, la pro-cédure se termine dès que la carteMaster PSC est à nouveau introduitedans le lecteur.

Voyons enfin la phase de charge ou derecharge en unités de temps d’une ou

plusieurs cartes à puce à l’aide de lacarte Master Crédit.

Partant du programme principal, unefois la présence d’une carte détectée,l’adresse 50 hexadécimal et testéepar le microcontrôleur pour chercher

la valeur 0A. Si cette valeur est trou-vée, le programme comprend qu’ils’agit d’une carte Master. Ensuite, ilteste l’adresse 51 hexadécimal. Il nedoit rien y trouver. Par contre, àl’adresse 52 hexadécimal, s’il trouveencore 0A, cela lui indique que c’estune carte Master Crédit qui est intro-duite dans le lecteur. La procédure derecharge démarre alors par l’illumi-nation de la LED rouge de program-mation et l’émission d’un long bip parle buzzer. Dans la mémoire de la carteà puce (adresse 53 hexadécimal), leprogramme lit le nombre d’unités àrecharger. Cette valeur est placée enRAM dans le microcontrôleur, puis leprogramme attend l’extraction de lacarte Master Crédit et l’introductiond’une carte utilisateur déjà initialiséepour la charger ou la recharger.

La comparaison du PSC est effectuéepour pouvoir ensuite écrire sur la carteutilisateur si le résultat est positif (PSCde la carte =PSC du microcontrôleur).Le résultat est positif et le circuit trans-

fère dans la zone 40 hexadécimal lesdonnées relatives au nombre d’uni-tés, en effectuant la recharge.

A ce moment, l’opération est terminée,le système attend l’extraction de la carteet l’introduction d’une nouvelle carte.

Dès la réintroduction de la carte Mas-ter Crédit, le microcontrôleur sort dela phase de recharge, fait émettre unbip long au buzzer, éteint la LED rougeet retourne au programme principal.

A l’introduction de la carte Master Temps (0A à l’adresse 54 hexadéci-mal) dans le lecteur, le microcontrô-leur effectue un appel de la routinegérant le temps. En premier, la LEDrouge s’allume, puis le buzzer émetun bip long, le microcontrôleur lit ladurée de l’unité de temps introduiteen fabrication dans la puce de la carteMaster Temps, l’affiche en formatdécimal sur l’afficheur (5 à 255) et lasauvegarde dans sa propre mémoireEEPROM. Le microcontrôleur teste ànouveau la présence de la carte et,dès que celle-ci est extraite, il éteintla LED rouge, fait émettre un nouveausignal acoustique au buzzer, effacel’afficheur et retourne au programmeprincipal.

Allume LED rouge

Emission bip long

Lecture du temps

Visualise temps

Ecrit temps en EEPROM

Carte insérée ?

NON

OUI

Eteint LED rouge

Emission bip long


Retour



CARTES


Si nous extrayons la carte et si nousen introduisons une nouvelle, le sys-tème reprend le processus d’initialisa-tion et ce, tant que la carte Master PSCn’est pas réintroduite dans le lecteurpour lui indiquer qu’il doit terminer laprocédure. Si c’est le cas, la broche 6passe au niveau haut, la LED rouges’éteint et, simultanément, le buzzerémet une note pour confirmer l’aban-don de la procédure d’initialisation.

Le mode “c hargement des unit és” La carte Master Crédit La phase d’initialisation terminée, lemicrocontrôleur retourne au pro-gramme principal et attend l’intro-duction d’une carte. Logiquement,après le formatage (préparation) descartes, il convient de procéder au char-gement des unités, procédure qui s’ef-

fectue en introduisant d’abord dansle lecteur la carte Master Crédit. Cettedernière est reconnue car, en plusd’avoir la valeur 0A dans la zonemémoire 50 hexadécimal (symbole del’élément Master), elle a aussi cettemême valeur à l’adresse 52 hexadé-cimal.

Le PIC16F84, reconnaissant la MasterCrédit, active la partie du programmerelative à l’allumage de la LED rougeLD1 et active le buzzer. Puis, il lit l’étatde la zone mémoire située à l’adresse

53 hexadécimal, car c’est dans cettezone que se trouve le nombre d’unitésqui doivent être chargées.

Note : Le nombre d’unités est fixe pour chaque carte Master Crédit. Ce nombre d’unités sera enregistré par votre fournisseur au moment de la préparationde votre commande. Vous devez donc spécifier le nombre d’unités que vous désirez voir charger sur chaque carte,en choisissant entre 3 et 255.

Après extraction de la carte MasterCrédit, il est possible d’insérer lescartes précédemment formatées (PSC=PSC du microcontrôleur) pour effec-tuer leur chargement (ou recharge-ment) en unités de crédit. Les donnéesconcernant les unités de crédit, pré-levées de la zone 53 hexadécimal dela Master Crédit, sont gardées en RAMdu PIC16F84 et sont écrites dans l’EE-PROM de la carte mais à l’adresse 40hexadécimal. Si l’opération se passebien, le circuit confirme en émettantune note acoustique par l’intermédiaire

du buzzer (1 carte =1 bip). Il faut alorsextraire la carte et en insérer uneautre.

Pour terminer la procédure, il faut ànouveau insérer la carte Master

Fi gu re 2 : Sc h ém a d’ i m pl an t at i o n de scomposants du ci rcui t pr incipal dumonnayeur.

Figure 3 : Circuit imprimé du circuit principaldu monnayeur, côt é pistes, à l’ échelle 1.

Liste

d e s c o m p o s a n t s

de l’un ité de bas e

R1 : 4,7 kΩ

R2 : 10 kΩ

R3 : 2,2 kΩ

R4 : 1 kΩ

R5 : 10 kΩ

R6 : 10 kΩ

R7 : 10 kΩ

R8 : 10 kΩ

R9 : 1 kΩ

R10 : 10 kΩ

R11 : 1 kΩ

R12 : 1 kΩ

R13 : 1 kΩ

R14 : 10 kΩ

R15 : 10 kΩ

C1 : 220 µF 25 V chimique



C4 : 100 nF multicouche

C5 : 22 pF céramique

C6 : 22 pF céramique

C7 : 100 nF multicouche

D1 : Diode 1N4007

D2 : Diode 1N4007

LD1 : LED rouge 5 mm

LD2 : LED verte 5 mm

U1 : Régulateur 7805

U2 : PIC16F84-04 (MF288)

T1 : Transistor NPN

BC547B

T2 : Transistor NPN

BC547B

T3 : Transistor mosfet

BS250

Q1 : Quartz 4 MHz

RL1 : Relais 12 V 1 RT

DS1 : Dip switch 2 circuits

BZ : Buzzer 12 V

avec oscillateur

Divers :

- Bornier 2 emplacements (x 2)

- Connecteur 10 broches

- Support ci 18 broches

- Circuit imprimé réf. S288

Sauf indication contraire, toutes

les résistances sont des 1/ 4 W

5 %)



CARTES


Crédit. C’est cette action qui déter-mine la sortie de la sous-routine derecharge et le retour au programmeprincipal. Le buzzer émet un nouveaubip et la LED s’éteint. Le chargementdes unités achevé, le système peuttravailler avec les cartes ainsi prépa-rées.

Le mode “ paramétrage de la durée d’une unité” La carte Master Temps

Toutefois, il manque encore un para-mètre : le temps alloué à chaqueunité de crédit. Celui-ci se chargedans l’EEPROM du microcontrôleurpar l’intermédiaire d’une procédurequi consiste à insérer la troisièmecarte dans le lecteur, la Master

Temps. Cette carte contient l’infor-mation nécessaire à cette program-mation. Après l’avoir introduite dansle lecteur, le microcontrôleur détectesa présence et va chercher la donnée0A dans la zone mémoire 54 hexa-

décimal. Si cette valeur est trouvée,il procède à l’acquisition du nombrecorrespondant à la valeur ensecondes de chaque unité de temps(5 à 255) et le transfère dans sapropre mémoire, puis attend que l’uti-lisateur retire la carte pour terminerla procédure.

Note : La valeur de l’unité de temps est fixe pour chaque carte Master

Temps. Cette valeur sera enregistrée par votre fournisseur au moment de lapréparation de votre commande. Vous devez donc spécifier la valeur que vous désirez voir charger sur chaque carte,en choisissant entre 5 et 255.

P et it réca pitula t if

On peut résumer brièvement, pour ceuxque les descriptions techniques rebu-tent, en disant que, pour faire fonc-tionner le monnayeur, il est nécessairede disposer, outre un nombre quel-conque de cartes utilisateur, de 3cartes préprogrammées destinées auxopérations de formatage desditescartes utilisateur et à leur chargementou rechargement :

- la carte Master PSC, destinée àenclencher le processus de program-mation des cartes utilisateur,- la carte Master Crédit, destinée à fixerle nombre d’unités de crédit qui serainscrit sur les cartes utilisateur,- la carte Master Temps, destinée àdonner une valeur de durée à chaqueunité de crédit inscrite sur les cartesutilisateur. Cette valeur sera écrite dansla mémoire du microcontrôleur.

Ces 3 cartes pourront être prépro-grammées par votre fournisseur à

votre demande et selon vos critères.Bien entendu, vous pouvez comman-der autant de Master Crédit et de Mas-ter Temps que vous désirez avectoutes les valeurs qui vous convien-nent, pourvu qu’elles soient comprisesentre 3 et 255 pour la Master Créditet entre 5 et 255 pour la Master

Temps.

Le fonc t ionneme ntdu monnayeur

Voyons ce qu’il advient en mode defonctionnement normal, c’est-à-dire ensituation réelle, lorsque le système doitgérer l’automatisme concerné.

Petite synthèse du fonctionnement Lorsque l’on introduit une carte utili-sateur, le microcontrôleur cherche maisne trouve pas la donnée 0A dans lazone 50 hexadécimal. Il déduit alors

qu’il n’est pas en présence d’une carteMaster. Il lit donc l’adresse 40 hexa-décimal, vérifie la présence des unités,il en soustrait une en comparant le PSCet active le relais RL1.

Allons-y pour le détail Avec quelques précisions vous com-prendrez mieux ce qui se passe exac-tement dans le système.

Le relais reste activé, non pas durantdeux, trois secondes ou plus, mais jus-qu’à ce que la carte utilisateur soit reti-rée du lecteur, ou jusqu’à épuisementdes unités disponibles. Ce qui corres-pond, en temps, à la durée d’une unitémultiplié par le nombre d’unités intro-duites dans la puce de la carte utili-sateur lors de la procédure de forma-tage.

Par exemple, une carte neuve de 200unités de 10 secondes sera épuiséeen 2000 secondes (23 minutes et 20secondes).

Au moment de l’insertion de la carteutilisateur, une routine force l’allu-mage de la LED rouge, commandel’émission d’un bip et commande aucircuit d’affichage d’afficher le créditdisponible (nombre d’unités). Ensuite,cette routine compte les secondes dela première unité et, à la fin de chaque

unité, répète les mêmes opérations(LED +bip +affichage) et ainsi desuite à chaque fois que passe uneunité. Si la carte à puce utilisateur estchargée avec des unités de 5secondes, cela se reproduit toutes les5 secondes ; de 10, toutes les 10secondes, etc.

Les contacts du relais peuvent être uti-lisés pour commander un système élec-trique ou un moteur, mais pas une ser-rure électrique, étant donné que le

relais peut rester activé durant untemps qui peut être assez long.

Utilisez la sortie “utilisation” commeun banal interrupteur, en veillant tou-tefois à ne pas dépasser 10 ampèressous 250 volts avec le modèle de relaisutilisé sur la platine. Bien entendu, lerelais de la carte peut commander unrelais de puissance.

Inte r f a c e v e r sle lecteur et protocole

de c omm unica t ion

Le protocole de communication utiliseles lignes RB2, RB4 et RB6 (broches8, 10 et 12 du microcontrôleur). Ceslignes gèrent respectivement les



CARTES


des résistances R13, R12 et R9) direc-tement la prise lecteur marquéeMemory Card sur le schéma.

L’horloge présente sur la broche10 un signal généré en internepar le PIC16F84 avec un tempo-risateur programmable utilisé pourle déclenchement des opérationsread/ write (lecture/ écriture). Labroche 12 est utilisée comme sor-tie et génère les impulsions dereset (remise à zéro) à lademande du programme. Labroche 8 est initialisée commeentrée/ sortie (I/ O) à collecteurouvert et dispose d’une résis-tance pull-up (R10) pour fixer unniveau “1”.

Nous avons écrit le programme degestion de façon à ce qu’il recon-naisse la condition logique ducontact N/ F (Normalement Fermé)

de détection de la présence d’unecarte dans le lecteur. Au repos,les points 1 et2 sont fermés et ily a pratiquement un court-circuitentre le +5 volts et la broche 7(ligne RB1 du microcontrôleur). Laprésence d’une carte ouvre lecontact et la broche 7 passe auniveau bas, grâce à la résistanceR3, indiquant au microcontrôleurqu’il doit démarrer les opérations.Lorsque cela se produit, la ligneRB7 (broche 13) passe au niveaubas et le transistor de puissance

T3 (IRF9520, IRF9530 ou simi-laire) devient conducteur et ache-mine le +5 volts sur le contact 1du lecteur, relié au point d’ali-mentation de la logique interne dela carte à puce.

canaux I/ O (entrée/sortie) des don-nées, l’horloge et la remise à zéro(reset) et sont connectées (au travers

Le c ircuit d ’a f f ichag e

Dans ce projet nous utilisons le busmarqué OUT, composé des sorties A etB, qui utilisent les lignes RA0 et RA1pour communiquer avec le système d’af-fichage destiné à indiquer le nombred’unités disponibles mis à jour à chaqueinstant. Le bus comporte en fait quatrelignes, deux lignes pour les données (Aet B) et deux pour l’alimentation 5 volts

(+ et –) du circuit d’affichage.

Les lignes A et B réalisent une liaisonsérie synchrone pour laquelle une ligneest réservée à la transmission des don-nées du microcontrôleur au circuit dedécodage (U1) de l’afficheur à troisdigits, l’autre sert pour la transmissiondu signal d’horloge qui cadence la com-munication avec le monnayeur.

Figure 4 : Schéma d’implantation de l ’unité d’aff ichage.Figure 5 : Circuit imprimé de l ’unité d’aff ichage,

côté pistes, à l’échelle 1.

Lis te des c o m p o s a n t sdu c ircuit d ’a f f ichag e

R1 : 47 kΩ trimmermontage horizontal

R2 : 4,7 kΩ

R3 : 4,7 kΩC1 : 100 nF céramiqueC2 : 100 nF céramiqueU1 : Circuit intégré MM5450DIS1 : Afficheur 7 segmentsDIS2 : Afficheur 7 segmentsDIS3 : Afficheur 7 segments

Divers :- Support 40 broches- Câble plat 4 conducteurs- Circuit imprimé réf. S275

Sauf indication contraire, toutes les résis-tances sont des 1/ 4 W, 5 %



CARTES


Il n’y a pas grand-chose à dire de l’in-terface d’affichage, dans la mesure oùelle est bâtie autour d’un circuit inté-gré C-MOS de National Semiconductor,le MM5450N, spécialement conçu pourle contrôle d’afficheurs à LED à anodecommune.

Les données qui déterminent l’étatlogique (0 =LED allumée; 1 = LEDéteinte) arrivent en série sur la ligne A.Ensuite, elles sont traitées par U1 etconservées jusqu’à la prochaine récep-

tion. Un petit potentiomètre ajustablesert à régler la luminosité de l’afficheur.

Cela dit, il est possible d’expliquer com-ment fonctionne l’afficheur en fonctiondes diverses opérations réalisées parle monnayeur et nous le faisons endisant avant tout qu’il sert durant larecharge des unités et, naturellement,chaque fois qu’un utilisateur introduitune carte dans le lecteur pour accéderau service qu’il commande.

Dans le premier cas, et après la miseen route du circuit de base (le mon-nayeur), les trois afficheurs sont éteintscar aucune donnée n’arrive sur la lignede données A. Tout demeure au reposdurant l’éventuelle initialisation de lacarte (avec la Master PSC) car un affi-chage n’est d’aucune utilité.

Durant la procédure de rechargementdes unités, par contre, il est nécessaired’avoir certaines indications. Dès quela Master Crédit est introduite pour lapremière fois, donc au début de la pro-

cédure, la LED rouge s’allume et le buz-zer émet un bip, alors l’afficheur indiquele nombre d’unités qui seront ensuitechargées dans chaque carte déjà for-matée et qui seront introduites dans lelecteur jusqu’à la fin des opérations.

La lecture correcte est obtenue en posi-tionnant l’afficheur de manière à ce quele driver MM5450 soit situé en haut,étant donné que le digit de droite estle moins significatif. Le digit centralindique les dizaines, et celui de gaucheles centaines. Chaque fois qu’une carteà charger est introduite dans le lecteur,le buzzer émet deux bips de suite maisrien ne change dans l’affichage des uni-tés. L’affichage reste verrouillé sur lenombre d’unités à charger. Au termedes opérations de recharge, il faut réin-

troduire la carte Master Crédit et on ter-mine ainsi la phase de recharge. Le buz-zer retentit pour confirmer cetteopération et l’afficheur s’éteint.

Si l’on insère la carte Master Tempsdans le lecteur, l’afficheur indique ladurée (exprimée en secondes) dechaque unité de temps. Cette duréeest ensuite copiée dans l’EEPROM dumicrocontrôleur du monnayeur. Lors-qu’on retire cette carte, l’afficheurs’éteint et tout est prêt pour l’utilisa-

tion normale du système.

Quand un utilisateur introduit une cartedans le lecteur, l’afficheur indique lenombre d’unités restant disponible.Ainsi, si l’utilisateur dispose d’une cartede 10 unités, l’afficheur indique 009;si nous avons une carte de 100 uni-tés, il apparaît 099 et ainsi de suite.A chaque introduction, le buzzer dumonnayeur émet un bip et l’afficheurs’éteint dès que la carte est extraite,car cela indique que l’utilisateur s’estdéjà éloigné du distributeur automa-

tique et qu’il n’est donc plus néces-saire de maintenir l’information.

Il faut noter que si une carte ne conte-nant plus d’unités est introduite dansle lecteur, il ne se passe rien de signi-

ficatif. Le buzzer reste muet, le relaisreste au repos et l’afficheur est évi-

demment éteint.

Par contre, lorsqu’une carte danslaquelle il reste une seule unité dis-ponible, est introduite dans le lecteur,l’afficheur indique 000 et le buzzerémet deux bips pour indiquer qu’il fautprocéder à une recharge.

Après l’introduction d’une carte, lecomptage du temps démarre et aprèsla soustraction de la première unité,au terme de chaque fraction de tempsl’afficheur soustrait une unité, indi-

quant ainsi combien il reste d’unitésà dépenser. Lorsque toutes les unitésde temps disponibles sont épuisées,l’afficheur passe à zéro, le relaisrevient au repos et le buzzer émet deuxbips consécutifs.

Figure 6 : Schéma d’implantat ion des composantsdu lecteur de carte à puce.

Figure 7 : Circuit imprimé du lect eur de carte à puce,côté pistes, à l’échelle 1.

Lis te des c o m p o s a n t sdu lec te ur

- Lecteur/enregistreur AMPHENOL- Connecteur 10 broches- Câble plat 10 conducteurs- Circuit imprimé réf. S237



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L’alimentation

Pour ce qui concerne l’alimentation dumonnayeur, elle est de 12 à 15 volts.La carte de base est protégée contreles inversions de polarité par la diodeD1. Le 12 volts est directement utilisépour alimenter le relais RL1. Tout lereste du montage est alimenté en +5volts, obtenus grâce au régulateur U1(7805). La LED verte indique que lacarte est alimentée.

Réal isa t ion pra t ique

Pour construire ce monnayeur élec-tronique à carte à puce, il faut réali-ser les trois circuits imprimés repré-sentés à l’échelle 1/ 1 dans lesfigures 3, 5 et 7.

Les lecteurs qui sont équipés pour lagravure des circuits imprimés pour-ront les réaliser eux-mêmes. Pour cela,photocopiez les différents tracés surdu calque ou sur une feuille d’acétatetranslucide afin d’obtenir les films(typons) nécessaires à l’insolation auxrayons ultra-violets. Durant l’opérationde photocopie, placez une feuille entiè-rement noire au dos de la page à pho-tocopier. Ainsi, vous éviterez l’effetde transparence. Gravez les circuits,après révélation, avec du perchlorure

de fer en utilisant un récipient enmatière plastique ou en verre. La gra-vure achevée, rincez soigneusement,séchez et percez les différents cir-cuits. Toutes ces opérations termi-nées, vous disposez des circuits impri-més prêts à être équipés de leurscomposants.

Pour ceux que la chimie rebute, un kitest disponible. Les circuits imprimésdu kit étant gravés et percés, ceux quipréfèrent cette solution peuvent pas-

ser directement au montage des com-posants.

Il faut commencer par placer les com-posants les plus bas, les résistanceset les diodes. Poursuivez par le mon-tage des supports de circuits inté-grés, les condensateurs, en faisantattention aux modèles polarisés (élec-trolytiques) dont la patte la pluslongue indique le côté positif. Monterles deux transistors et le mosfet enles orientant comme cela est repré-senté sur le plan d’implantation des

composants (en particulier T3 qui doitavoir le côté métallique de son boî-tier tourné vers le dip-switch). Pour-suivre le montage par le buzzer quiest un modèle avec oscillateurinterne.

Le lecteur de carte est un modèle“Amphenol” manuel avec un contactde détection de présence carte, de typeN/F (normalement fermé) et qui s’ouvreen présence d’une carte. Il est relié àla carte principale par un câble plat à

10 conducteurs muni d’une prise àchaque extrémité. Nous vousconseillons de vous reporter à ELEC-

TRONIQUE magazine numéro 4,page 34 et suivantes pour avoir plusde détails sur ce lecteur/ enregistreurde carte à puce.

En ce qui concerne la carte d’affi-chage, reportez-vous au plan d’im-plantation des composants. Les troisafficheurs à anode commune ont 2fois 5 broches disposées en ligne.

Ils peuvent également être montéssur des supports. Vous pouvez utili-ser, pour cela, deux morceaux de bar-rette tulipe sécable au pas de2,54 mm. Après avoir terminé cetteopération, insérer le circuit intégréMM5450 dans son support en pre-nant garde à son orientation, sonrepère détrompeur est parfaitementrepéré sur le plan d’implantation descomposants. Il faut maintenant relierla platine principale à celle de l’affi-cheur par quatre fils (ne pas dépas-ser un mètre) et les souder aux

points marqués +, –, A et B de la pla-tine afficheurs avec les points mar-qués de façon identique sur la carteprincipale. Un morceau de fils ennappe est vivement recommandépour éviter toute erreur.

P our conc lure

A présent, le montage est prêt. N’ou-bliez pas les vérifications habituelles :ponts de soudure, soudure oubliée, etc.Pour l’utiliser, il suffit de l’alimenter par

une tension de 12 à 15 volts, pouvantfournir 250 milliampères. Après cettemise sous tension, la LED verte (LD2)doit s’allumer et le buzzer doit émettredeux notes acoustiques en séquencerapide. Rappelez-vous que, pour fairefonctionner le monnayeur, il faut, aupréalable, disposer du jeu de 3 cartesde programmation : la Master PSC, laMaster Crédit et la Master Temps etd’un certain nombre de cartes viergesde 2 kbit dont le code de sécurité pro-grammable est égal à FF FF FF. Avec

tout cela nous vous souhaitons unebonne utilisation de votre système.

Où trouverl e s c o m p o s a n t s

Le dessin du circuit imprimé ainsi quela liste des composants étant fournis,vous ne devriez pas avoir de difficultéà vous approvisionner auprès desannonceurs de la revue ou de votrefournisseur habituel.

Le microcontrôleur préprogrammé, lescircuits imprimés sérigraphiés, lescartes utilisateur, les cartes de pro-grammation ainsi qu’un kit completsont également disponibles. Voir publi-cités dans la revue. x C. V.

Photo du monnayeur prêt à fonct ionner. Le circuit principal est ent ouré, à droite,par le lect eur de cart e à puce et, à gauche, par le circuit d’ aff ichage. Notremonnayeur dispose d’un aff ic heur trois digit s à LED afin d’aff icher diverses

informations chaque fois qu’un uti l isateur introduit une car te à puce dans lelecteur pour accéder au service concerné. En outre, en phase d’initialisation,l’affic heur visualise le message PSC. Durant la recharge des c art es util isat eur,l’afficheur permet de visualiser les unités que la carte Master Crédit autoriseà transférer dans chaque carte uti l isateur introduite dans le lecteur. Enfin,l’introduction de la carte Master Temps fait apparaître le nombre indiquant ladurée (exprimée en secondes) de chaque unité de t emps.

Monnayeur électronique à carte à puce

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