IC卡校園收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

ic卡及ic卡讀寫器概述

目前常用的ic卡有兩種：接觸式和非接觸式ic卡。接觸式ic卡通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)；非接觸式ic卡通過(guò)線圈射頻感應(yīng)從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)，所以又稱射頻卡。本系統(tǒng)使用的是非接觸式ic卡，它具有存儲(chǔ)量大，成本低等特點(diǎn)。接觸式ic卡雖得到了大量應(yīng)用，但因本身的特點(diǎn)制約了其發(fā)展，如在許多情況下機(jī)械觸點(diǎn)接通不可靠，且觸點(diǎn)對(duì)腐蝕和污染缺乏抵抗能力，在有些領(lǐng)域應(yīng)用不方便。非接觸識(shí)別已經(jīng)逐步發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，它將大量來(lái)自不同專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合在一起，如高頻技術(shù)、電磁兼容性、半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)和密碼學(xué)、電信、制造技術(shù)和許多專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著非接觸ic卡的大量使用，它的成本也會(huì)越來(lái)越低，可以自己用單片機(jī)開(kāi)發(fā)讀寫器，一般設(shè)計(jì)為兩種類型：一種是通過(guò)串行口與pc機(jī)相連，在設(shè)計(jì)時(shí)，電路可以主要由非接觸ic卡讀寫器芯片、單片機(jī)、天線和監(jiān)控電路以及與pc機(jī)通信的tc232串行通信接口電路等部分組成。這種讀寫器除了編寫單片機(jī)程序外，還需要用vb、delphi等語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。

另一種讀寫器是放在收費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)的，電路主要由非接觸式ic卡讀寫芯片、單片機(jī)、鍵盤、顯示、存儲(chǔ)器、天線和監(jiān)控電路等部分組成。 這種讀寫器的軟件在編寫時(shí)，只允許用戶讀卡片，并具有自動(dòng)收費(fèi)的功能。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

mifare one s50的功能

容量為8k位eeprom；

分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為4塊，每塊16個(gè)字節(jié)，以塊為存取單位；

每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問(wèn)控制；

每張卡有唯一序列號(hào)，為32位；

具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作；

無(wú)電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路；

數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬(wàn)次，讀無(wú)限次；

工作溫度： 20℃~50℃(溫度為90%)；

工作頻率：13.56mhz；

通信速率：106kbps；

讀寫距離：10mm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)）。

mifare one s50的工作原理

卡片的電氣部分由一個(gè)天線和asic組成。天線：卡片的天線是只有幾組繞線的線圈，適于封裝到is0卡片中。asic：卡片的asic由一個(gè)高速（106kb波特率）rf接口，一個(gè)控制單元和一個(gè)8k位eeprom組成。

卡分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成，將16個(gè)扇區(qū)的64個(gè)塊按絕對(duì)地址編號(hào)為0~63，存貯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

第0扇區(qū)的塊0（即絕對(duì)地址0塊），用于存放廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。

每個(gè)扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，可用于存貯數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行初始化值、加值、減值、讀值等操作。

每個(gè)扇區(qū)的密碼和存取控制都獨(dú)立，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼及存取控制。

讀寫器向卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)lc串聯(lián)諧振電路，頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下，lc諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)產(chǎn)生電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容的電荷送到另一個(gè)電容儲(chǔ)存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2v時(shí)，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。

讀寫器

與pc相連的讀寫器

硬件圖如圖2。

單片機(jī)系統(tǒng)

硬件中的核心是atmel公司生產(chǎn)的at89c51/lv51單片機(jī)，它是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4k字節(jié)的flash可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，采用cmos工藝和高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，輸出引腳和指令系統(tǒng)都與msc-51兼容。

ic卡微模塊

采用jmy-502射頻讀寫模塊，該模塊是基于philips公司的非接觸技術(shù)設(shè)計(jì)的微型嵌入式非接觸式ic卡讀寫模塊。內(nèi)嵌mf rc500 或mf rc531 射頻基站，用戶不必關(guān)心射頻基站復(fù)雜的控制方法，只需要簡(jiǎn)單地通過(guò)選定的uart 或i2c 接口發(fā)送命令就可以對(duì)卡片進(jìn)行操作。jmy-502 支持mifare one s50，s70，ultra light & mifare pro，當(dāng)僅用于mifare one 時(shí)可以設(shè)定自動(dòng)尋卡。該模塊內(nèi)置512 字節(jié)的eeprom，用戶可以存儲(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)。每次寫入和讀取的字節(jié)數(shù)為1～16 字節(jié)，按字節(jié)的方式進(jìn)行操作，mifare 1 專用，默認(rèn)為自動(dòng)尋卡。在本實(shí)例中采用i2c通信方式，可以將單片機(jī)的串行口留給計(jì)算機(jī)使用。

讀寫芯處的引腳及說(shuō)明如表1。

通信接口

與pc機(jī)的串行通信一般采用rs-232、rs-422或rs-485總線標(biāo)準(zhǔn)接口，或采用非標(biāo)準(zhǔn)的20nnjl電流環(huán)。為保證通信的可靠，在選擇接口時(shí)必須注意：(1)通信的速率；(2)通信距離：(3)抗干擾能力；(4)組網(wǎng)方式。

目前有很多為rs-232c標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的專用驅(qū)動(dòng)芯片，如max232系列、tc232、icl232、ad232等。它們?cè)趩? v供電條件下，將0/5 v（ttl電平）轉(zhuǎn)換為 10v（rs-232電平），將 10v（rs-232電平）轉(zhuǎn)換為0/5 v（ttl電平）。本實(shí)例中采用rs-232方式，使用的是tc232芯片。

一般用戶讀寫器

用戶讀寫器主要由ic卡微模塊、單片機(jī)、天線、顯示電路及時(shí)鐘電路等部分組成，時(shí)鐘電路采用ds1302芯片，使用i2c總線與單片機(jī)進(jìn)行通信，提供實(shí)時(shí)實(shí)鐘和日歷（秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息，可以在收費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)按時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)收費(fèi)，電路圖如圖3所示。

軟件設(shè)計(jì)

讀寫器的程序流程如圖4。

程序設(shè)計(jì)中涉及到對(duì)數(shù)據(jù)塊的操作，采用中斷方式：

讀 (read)：讀一個(gè)塊；

寫 (write）：寫一個(gè)塊；

加（increment）：對(duì)數(shù)值塊進(jìn)行加值；

減（decrement）：對(duì)數(shù)值塊進(jìn)行減值；

存儲(chǔ)（restore）：將塊中的內(nèi)容存到數(shù)據(jù)寄存器中；

傳輸（transfer）：將數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容寫入塊中；

中止（halt）：將卡置于暫停工作狀態(tài)；

程序中涉及到串行口程序，通信格式設(shè)置為：采用串行工作方式1，波特率為9600baud， 1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，采取和校驗(yàn)方式。程序中的顯示部分可以使用專用的lcd，按相應(yīng)要求書寫程序。

其中數(shù)據(jù)庫(kù)部分的聯(lián)vb與sql數(shù)據(jù)庫(kù)連接程序可以參考如下程序：

set conn = new adodb.connection

conn.open "driver={sql server};server=" & usern & ";database=ic"

set order = new adodb.command

order.activeconnection = "driver={sql server};server=" & usern & ";database=ic"

oder.commandtext = "use master declare @xm char(10) set @xm=" & xm & " declare @snr bigint set @snr=" & snr & " declare @outvalue int set @outvalue=" & outvalue1 & " insert into sp_values (卡號(hào),姓名,金額) values (@snr,@xm,@outvalue)"

cmd1.execute

以上語(yǔ)句向數(shù)據(jù)庫(kù)中插入一個(gè)寫卡記錄，其它操作省略。

pc機(jī)軟件

可以使用vb和sql進(jìn)行人機(jī)畫面的開(kāi)發(fā)及數(shù)據(jù)管理等。下面是開(kāi)發(fā)的界面，如圖5、6。

結(jié)束語(yǔ)

相信隨著非接觸性ic卡的大量使用，成本的降低，這種卡系統(tǒng)會(huì)越來(lái)越多地使用于如校園收費(fèi)中、門禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等各種場(chǎng)合。