一种无人值守金融POS终端的实现

　　一、产品概述

　　随着电子技术的发展以及在金融行业的广泛渗透，电子支付开始逐渐兴盛。金融 POS终端是商户收款、签卡、签收据的设备。它作为 POS 系统中重要的前端设备，可以进行销售数据的实时输入，便于后台实时跟踪处理销售情况，并根据这些数据进行详细的、正确的、迅速的分析为商品的补货和管理提供依据。金融 POS 终端作为电子支付的一种重要环节得到越来越广泛的应用。POS 系统已经成为信息时代资金流动和货币支付的一种主要手段。POS 系统的普及和应用也进一步推动了金融POS 终端市场的快速发展。

　　无人值守金融 POS 终端作为金融 POS 终端的一种，是对传统金融 POS 终端的补充，也为自动售货机行业实施电子支付提供了解决方案。它需要具备金融 POS 终端的一般功能，例如支持各种形式的银行卡，通过各种金融POS 终端行业认证。并且依据自动售货机的工作环境与其配套使用的无人值守金融 POS 机需要操作简单，具备防水防尘、外壳防机械碰撞等特点。

　　二、POS终端需求简介

　　本文中提到的无人值守金融 POS 终端是为了完善公司已有产品线，推出一款 POS 终端支持三种形式银行卡及磁条卡、接触式 IC卡、非接触式 IC 卡。为客户提供一个整体读卡器解决方案，降低了对自动售货机面板空间的要求。

　　该 POS 终端主要用于小额免密支付领域，集中在自动售货，停车收费等。当该POS终端与配套的密码键盘连接的时候，该金融 POS 终端也可用于正常的有密码交易。

　　该 POS 终端需要满足欧洲 EVA 安装标准，整体尺寸控制在110mm X85mm X60mm,外壳材质以及颜色需要耐磨耐赃污，该 POS 终端需要满足 IP65/IP54 的防水防尘要求，需要满足 IK10 外壳防机械碰撞要求；

　　该 POS 终端内磁条卡读卡器需要垂直并位于 POS 终端右侧支持双向刷卡，并且有一定的刷卡角度给持卡人更好的刷卡体验；接触卡 IC 卡读卡器为位于 POS 终端下部，卡插入是需要一定的角度并有很好的导向，卡插入位置需要距离 POS 终端后部 25mm 至 30mm 距离，以免影响持卡人插卡体验；POS 终端内非接触式 IC 卡读卡器区域需要有机构用来放置银行卡片完成支付交易。

　　该 POS 终端除了需要通过 CE,FCC/IC,CSA,ROHS,WEEE 等认证以外，还需要通过 PCI PTS 4.x, 接触式 EMV Level 1,Level 2,非接触式 EMV Level 1,Level 2 以及 EMVCoESD 评估。

　　三、终端设计方案

　　1、结构设计方案

　　本终端需求对于防尘以及防水的 IP65（整机除接触式 IC 卡读卡器）/IP54（接触式 IC卡读卡器）的要求以及防机械碰撞 IK10 的要求是结构设计中的难点以及关键点，需要重点关注。如图 1 所示。
 

　　①前盖使用 IML 工艺，选用 PC 材料有良好的透光性以及抗冲击性能，能够满足正面抗机械冲击的要求，其中前盖正面为非接触式 IC 卡读卡区域，在前盖下方接近接触式 IC卡读卡器区域设计一个台阶，用于放置非接触IC 式银行卡；
　　②终端设计两个电容按键，感应区域位于 IML 背面，这样即能保证了正常的交易又能保证了 IML 结构件的完整性；
　　③在前盖 IML 与上盖、上盖与下盖中间增加防水垫圈 1 与防水垫圈 2,并使用螺丝紧固，这样能保证机器本体的防水性能；
　　④在下盖后方增加一个防水垫圈 3,为了保证在将终端安装到自动售货机后，终端与自动售货中间的间隙能够满足防水防尘的要求；
　　⑤在接触式 IC 卡读卡器区域设计一个弹簧门，在未插入接触式 IC 卡情况下，满足 IP54 的防水防尘要求；

 

　　2、硬件设计方案

　　硬件设计沿用公司已有平台，结合本POS 终端需求进行定制化设计。
 

　　如图 2 所示，本 POS 终端采用双 CPU 方案，其中 UC-SE 负责安全相关硬件，UC-AP负责应用相关硬件；依据平台特点以及产品设 计 方 案， 系 统 配 置 16MB 的 SDRAM 和128MB 的 NAND Flash 用于系统运行以及数据存储。

 

　　本 POS 终端磁条卡信号由磁头同时读出银行卡三个磁道数据，对应三组差分信号，此三组差分信号由 UC-SE CPU 进行解析获取磁条卡信息；UC-SE 中还包含了 1 个接触式 IC卡接口电路，此接口电路符合 EMV L1 要求，因此本 POS 终端中配套的使用接触式 IC 卡座所包含的触点信号，按照定义要求，连接至UC-SE 中的接触式 IC 卡接口电路，实现接触式 IC 卡的数据交互；非接触式 IC 卡接口电路选用 NXP 公司的 PN512 芯片，由 UC-AP 进行控制。为了获取更好的读卡效果以及满足非接触式 EMV Level 1 的要求，在 PN512 前端增加三极管放大电路，用于增加信号场强，天线采用 PCB 板方案，安装在前盖 IML 后方，并贴紧 IML 以便增加非接触 IC 卡读卡距离，在本 POS 终端前部上方，设置有 4 个 LED 等，用于显示非接触 IC 卡交易状态，即符合 EMV规范，也符合 EVA 规范；本终端采用 128*64 的 LCD 作为显示器件，该显示模块包括红，绿，蓝三种颜色背光，用于表现本终端的状态以及状态。该 LCD 由UC-SE 进行控制显示。依据 EVA 规范强烈推荐，POS 终端需要设置两个按键“STOP”与“START”,其中“STOP”用于停止交易，“START”用于信息确认以及开始交易流程。本 POS 终端采用电容触摸方式实现两个按键，电容按键采用 FPC 设计，触发区域裸铜处理张贴在前盖 IML 背后，并紧贴 IML,降低 FPC 与 IML 中间的空气间隙对电容按键效果的影响，并且需要从设计方面避免电容按键 FPC 与非接触式 IC 卡天线之间存在相互的干扰，此电容按键有专用 IC 进行驱动，并由UC-SE 进行控制。

　　本 POS 终端配置有 USB 与串口两个外部接口，用于系统配置以及与自动售货机通讯接口，该接口由 UC-AP 芯片提供，其中本 POS终端由 USB 供电，供电电压为 5V/500m A.

　　本 POS 终端终端由 USB 供电，供电电压为 5V.根据系统供电需求，通过 LDO 或者DC/DC 生成 4.8V,3.3V,1.8V 以及 1V 电源。

　　本 POS 终端需要进行 EMVCo ESD 的评估测试，该测试比 CCC 认证中的静电测试要求更高，所以在静电器件选择以及布线上需要特别的进行设计。

　　3、 安全设计方案

　　由于本 POS 终端属于金融 POS 终端范畴并且需要受理银行卡，所以需满足 PCI PTS 4.x的认证要求。

　　本 POS 终 端 安 全 方 案 设 计， 是 基 于UC-SE 芯片，该芯片为专门的安全芯片，芯片本身在芯片级别具有 MESH 对安全部门进行保护，并具有 12 个安全检测口线以及安全存储区域。

　　根据系统、硬件以及结构设计要求，对12 个安全检测口线进行分配，用于各个部分的安全检测。其中敏感器件及信号包括：

　　①磁头以及磁卡信号，磁头采用密封灌胶磁头，磁头 FPC 采用三层 FPC 结构，中间层为磁头信号，上下层为安全检测信号，用于防止外部探测磁头信号；
　　②接触式 IC 卡信号集中的 IO 信号，在接触式 IC 卡座靠近插卡口地方使用补丁板进行信号保护，防止外部对 IO 信号的探测；
　　③非接触式 IC 卡驱动芯片通过 SPI 接口与 UC-AP 连接，其中 MOSI 以及 MISO 需要进行安全保护；
　　④其中 UC-SE 与 UC-AP 中间采用高速串口协议进行通讯，该串口信号作为敏感信号，需要进行安全保护；
　　⑤主印制板采用八层双阶 HDI 结构，在中间布放敏感信号，在外层布放安全检测信号；
　　⑥在上盖与下盖中间增加防拆触点，在被人恶意拆机后能够有效地触发安全检测信号；
　　⑦为了防止攻击者恶意的从自动售货机上拆除本 POS 终端，在本 POS 终端后部防水垫圈 3 与下盖之间增加两个防拆触点，该防拆触点在未安装前处于非触发状态，只有在将POS 终端安装到自动售货机后，通过系统配置触发该防拆触点，达到检测终端是否正常在位。

　　依据本设计方案，最终本 POS 终端通过PCI PTS4.x 认证，为最终销售奠定了基础。

　　四、结语。

　　历经 7 个月时间，经过产品需求分析，产品详细设计，模块详细测试以及产品可靠性测试，试制生产，量产等阶段，最终将符合市场需求的产品产品推向市场，获得了客户的广泛认可并拓展了公司的市场。