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        城市公交非接觸IC卡讀寫器的應用設計

        時間:2017-11-08來源:作者:

        采用PHILIPS公司的Mifare卡作IC卡,設計以射頻技術為核心,以單片機為控制器的IC卡讀寫器在公交自動收費系統中的應用。制作的IC卡讀寫器可以實現制卡、售卡、自動收費等功能,具有安全、實用、方便、快捷、可靠性高的特點,解決了城市公共交通服務行業既頻繁又瑣碎的收費管理問題,有廣泛的應用前景。
        一、IC卡讀寫器概述
        目前經常接觸到的IC卡有兩種:接觸式的和非接觸式的IC卡。接觸式的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。目前在社會上常見的是接觸式IC卡。它具有存儲量大(以兆為單位),保密功能強(有多重密碼設置和認證功能),可實現一卡多用。但是,這類卡的讀寫操作速度較慢,操作也不方便,每次讀寫時必須把卡正確地插入到讀寫器的口槽才能完成數據交換,這樣,在公交、考勤等需要頻繁讀寫卡的場合就很不方便,而且讀寫器的觸點和卡片上IC卡的觸腳暴露在外,容易損壞和搞臟而造成接觸不良。
        非接觸式IC卡是根據射頻電磁感應原理產生的。它的讀寫操作只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內就能實現數據交換,無需任何接觸,使用中非常方便、快捷,不易損壞。因此,在公交、門禁、校園、企事業等人事管理、娛樂場所等方面有廣泛的應用前景。目前我國引進的射頻 IC卡主要有PHILIPS公司的Mifare和ATMEL公司的Temic卡。下面以PHILIPS公司的Mifare卡為主、介紹城市公交自動售票IC卡讀寫器的實現方法。
        二、工作原理
        非接觸式IC 卡讀寫器以射頻識別技術為核心,讀寫器內主要使用了1片Mifare卡專用的讀寫處理芯片--MMM微模塊。它是一個小型的最大操作距離達20~30mm的Mifare讀/寫設備的核心器件,其功能包括調制、解調、產生射頻信號、安全管理和防碰撞機制。內部結構分為射頻區和接口區:射頻區內含調制解調器和電源供電電路,直接與天線連接;接口區有與單片機相連的端口,還具有與射頻區相連的收/發器、16字節的數據緩沖器、存放64對傳輸密鑰的ROM、存放3套密鑰的只寫存儲器以及進行三次證實和數據加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。這是與射頻卡實現無線通信的核心模塊,也是讀寫器讀寫Mifare卡的關鍵接口芯片。讀寫器工作時,不斷地向外發出一組固定頻率的電磁波(13.6MHz),當有卡靠近時,卡片內有一個LG串聯諧振電路,其頻率與讀寫器的發射頻率相同,這樣在電磁波的激勵下,LG諧振電路產生共振,從而使電容充電有了電荷。在這個電容另一端,接有一個單向導電的電子泵,將電容內的電荷送到另一個電容內存儲。當電容器充電達到2V時,此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓,將卡內數據發射出去或接收讀寫器發出的數據與保存。
        三、硬件組成
        公交收費系統結構復雜,環節較多,因此,公交非接觸IC 卡的讀寫器至少應包括公交售卡機、公交車載機和公交制卡機三個讀寫器。除了售卡機要求有鍵盤外,其余的硬件組成大體相同。圖1為非接觸IC卡及其讀寫器硬件電路原理圖,主要由MMM微模塊、單片機、鍵盤、顯示、存儲器、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。
        (1)單片機系統
        單片機采用89C52。它片內有8KB的ROM,256字節的RAM以及有32個I/O口。P1口與串行器件24C64和顯示、報警電路連接;P0口與MMM微模塊相連,用作數據線;P2口用作4×4鍵盤;P3口用于讀寫控制和中斷。
        (2)鍵盤電路
        鍵盤接口電路用P2口接成4×4結構,共16個鍵。其中數字鍵10個,功能鍵2個,退格鍵和回車鍵各1個,有2個鍵暫時未用。 功能鍵有查詢和通信兩鍵。
        查詢鍵:售卡員可以通過此鍵查詢售卡金額和售卡記錄數。
        通信鍵:由于讀寫器的存儲量有限,因此讀寫器每售卡一段時間,應將讀寫器中的數據通過RS-232串行接口與PC機通信,以便回放和清空讀寫器中的數據。數據回放到PC機中后,通過分析處理,形成各種報表,以便公交公司及時掌握售卡情況。
        (3)顯示電路
        顯示部分采用數碼顯示,利用串行輸入BCD碼--十進制譯碼驅動顯示器件MC14499來完成與單片機系統的顯示接口,以顯示讀寫器工作狀態、輸入的數據或讀出IC卡中所剩余以及出錯信息等。此器件主要有1個20位移位寄存器、1個鎖存器、1個多路輸出器。多路輸出器輸出的BCD碼經段譯碼器譯碼后,換成七段碼(abcdefg)和小數點DP送到段驅動器輸出。
        (4)存儲器
        讀寫器中設計了存儲器。存儲器選用24CXX系列的串行E2PROM。在售卡機中主要存放卡號、售卡員號、售卡金額、售卡日期、售卡總金額和售卡總記錄數;在車載機中主要存放乘客IC卡號、司機號和刷卡總數等信息。顯示用MC14499驅動4位共陰數碼管。正常工作后,每隔一段時間要把讀寫器拿到公交管理中心將讀寫器儲存的信息回放到PC機中保存處理。讀寫器中存儲器可采用24C64,其存儲量為8KB,如有需要也可用容量更大的存儲器如24C128或24C256等。