IC卡校園收費系統設計

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卡通過機械觸點從讀寫器獲取能量和交換數據；非接觸式ic卡通過線圈射頻感應從讀寫器獲取能量和交換數據，所以又稱射頻卡。本系統使用的是非接觸式ic卡，它具有存儲量大，成本低等特點。接觸式ic卡雖得到了大量應用，但因本身的特點制約了其發展，如在許多情況下機械觸點接通不可靠，且觸點對腐蝕和污染缺乏抵抗能力，在有些領域應用不方便。非接觸識別已經逐步發展成為一個獨立的跨學科的專業領域，它將大量來自不同專業領域的技術綜合在一起，如高頻技術、電磁兼容性、半導體技術、數據保護和密碼學、電信、制造技術和許多專業應用領域。

隨著非接觸ic卡的大量使用，它的成本也會越來越低，可以自己用單片機開發讀寫器，一般設計為兩種類型：一種是通過串行口與pc機相連，在設計時，電路可以主要由非接觸ic卡讀寫器芯片、單片機、天線和監控電路以及與pc機通信的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程序外，還需要用vb、delphi等語言進行軟件開發。

另一種讀寫器是放在收費現場的，電路主要由非接觸式ic卡讀寫芯片、單片機、鍵盤、顯示、存儲器、天線和監控電路等部分組成。 這種讀寫器的軟件在編寫時，只允許用戶讀卡片，并具有自動收費的功能。

系統設計原理

mifare one s50的功能

容量為8k位eeprom；

分為16個扇區，每個扇區為4塊，每塊16個字節，以塊為存取單位；

每個扇區有獨立的一組密碼及訪問控制；

每張卡有唯一序列號，為32位；

具有防沖突機制，支持多卡操作；

無電源，自帶天線，內含加密控制邏輯和通訊邏輯電路；

數據保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次；

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（與讀寫器有關）。

mifare one s50的工作原理

卡片的電氣部分由一個天線和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由一個高速（106kb波特率）rf接口，一個控制單元和一個8k位eeprom組成。

卡分為16個扇區，每個扇區由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成，將16個扇區的64個塊按絕對地址編號為0~63，存貯結構如圖1所示。

第0扇區的塊0（即絕對地址0塊），用于存放廠商代碼，已經固化，不可更改。

每個扇區的塊0、塊1、塊2為數據塊，可用于存貯數據，可以進行初始化值、加值、減值、讀值等操作。

每個扇區的密碼和存取控制都獨立，可以根據實際需要設定各自的密碼及存取控制。

讀寫器向卡發一組固定頻率的電磁波，卡片內有一個lc串聯諧振電路，頻率與讀寫器發射的頻率相同，在電磁波的激勵下，lc諧振電路產生共振，從而使電容內產生電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容的電荷送到另一個電容儲存，當所積累的電荷達到2v時，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發射出去或接收讀寫器的數據。

讀寫器

與pc相連的讀寫器

硬件圖如圖2。

單片機系統

硬件中的核心是atmel公司生產的at89c51/lv51單片機，它是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機，片內帶有一個4k字節的flash可編程可擦除只讀存儲器，采用cmos工藝和高密度非易失性存儲器技術，輸出引腳和指令系統都與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公司的非接觸技術設計的微型嵌入式非接觸式ic卡讀寫模塊。內嵌mf rc500 或mf rc531 射頻基站，用戶不必關心射頻基站復雜的控制方法，只需要簡單地通過選定的uart 或i2c 接口發送命令就可以對卡片進行操作。jmy-502 支持mifare one s50，s70，ultra light & mifare pro，當僅用于mifare one 時可以設定自動尋卡。該模塊內置512 字節的eeprom，用戶可以存儲應用數據。每次寫入和讀取的字節數為1～16 字節，按字節的方式進行操作，mifare 1 專用，默認為自動尋卡。在本實例中采用i2c通信方式，可以將單片機的串行口留給計算機使用。

讀寫芯處的引腳及說明如表1。

通信接口

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

目前有很多為rs-232c標準生產的專用驅動芯片，如max232系列、tc232、icl232、ad232等。它們在單5 v供電條件下，將0/5 v（ttl電平）轉換為 10v（rs-232電平），將 10v（rs-232電平）轉換為0/5 v（ttl電平）。本實例中采用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、天線、顯示電路及時鐘電路等部分組成，時鐘電路采用ds1302芯片，使用i2c總線與單片機進行通信，提供實時實鐘和日歷（秒、分、時、日、周、月和年等信息，可以在收費現場按時間進行計時收費，電路圖如圖3所示。

軟件設計

讀寫器的程序流程如圖4。

程序設計中涉及到對數據塊的操作，采用中斷方式：

讀 (read)：讀一個塊；

寫 (write）：寫一個塊；

加（increment）：對數值塊進行加值；

減（decrement）：對數值塊進行減值；

存儲（restore）：將塊中的內容存到數據寄存器中；

傳輸（transfer）：將數據寄存器中的內容寫入塊中；

中止（halt）：將卡置于暫停工作狀態；

程序中涉及到串行口程序，通信格式設置為：采用串行工作方式1，波特率為9600baud， 1個起始位，8位數據位，1個停止位，采取和校驗方式。程序中的顯示部分可以使用專用的lcd，按相應要求書寫程序。

其中數據庫部分的聯vb與sql數據庫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,姓名,金額) values (@snr,@xm,@outvalue)"

cmd1.execute

以上語句向數據庫中插入一個寫卡記錄，其它操作省略。

pc機軟件

可以使用vb和sql進行人機畫面的開發及數據管理等。下面是開發的界面，如圖5、6。

結束語

相信隨著非接觸性ic卡的大量使用，成本的降低，這種卡系統會越來越多地使用于如校園收費中、門禁系統、考勤系統等各種場合。