IC卡校园收费系统设计

辽宁机电职业技术学院 刘

IC卡及IC卡读写器概述

目前常用的IC卡有两种：接触式和非接触式IC卡。接触式IC卡通过机械触点从读写器获取能量和交换数据；非接触式IC卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以又称射频卡。本系统使用的是非接触式IC卡，它具有存储量大，成本低等特点。接触式IC卡虽得到了大量应用，但因本身的特点制约了其发展，如在许多情况下机械触点接通不可靠，且触点对腐蚀和污染缺乏抵抗能力，在有些领域应用不方便。非接触识别已经逐步发展成为一个独立的跨学科的领域，它将大量来自不同领域的技术综合在一起，如高频技术、电磁兼容性、半导体技术、数据保护和密码学、电信、制造技术和许多应用领域。

随着非接触IC卡的大量使用，它的成本也会越来越低，可以自己用单片机开发读写器，一般设计为两种类型：一种是通过串行口与PC机相连，在设计时，电路可以主要由非接触IC卡读写器芯片、单片机、天线和监控电路以及与PC机通信的TC232串行通信接口电路等部分组成。这种读写器除了编写单片机程序外，还需要用VB、DELPHI等语言进行软件开发。

另一种读写器是放在收费现场的，电路主要由非接触式IC卡读写芯片、单片机、键盘、显示、存储器、天线和监控电路等部分组成。 这种读写器的软件在编写时，只允许用户读卡片，并具有自动收费的功能。

系统设计原理

Mifare one s50的功能

容量为8K位EEPROM；

分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位；

每个扇区有独立的一组密码及访问控制；

每张卡有序列号，为32位；

具有防冲突机制，支持多卡操作；

无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路；

数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次；

工作温度： 20℃~50℃(温度为90%)；

工作频率：13.56MHz；

通信速率：106KBPS；

读写距离：10mm以内（与读写器有关）。

Mifare one s50的工作原理

卡片的电气部分由一个天线和ASIC组成。天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，适于封装到IS0卡片中。ASIC：卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）RF接口，一个控制单元和一个8K位EEPROM组成。

卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，将16个扇区的64个块按地址编号为0~63，存贮结构如图1所示。

第0扇区的块0（即地址0块），用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。

每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存贮数据，可以进行初始化值、加值、减值、读值等操作。

每个扇区的密码和存取控制都独立，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。

读写器向卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内产生电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容的电荷送到另一个电容储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。

读写器

与PC相连的读写器

硬件图如图2。

单片机系统

硬件中的是ATMEL公司生产的AT89C51/LV51单片机，它是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，片内带有一个4K字节的Flash可编程可擦除只读存储器，采用CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，输出引脚和指令系统都与MSC-51兼容。

IC卡微模块

采用JMY-502射频读写模块，该模块是基于Philips公司的非接触技术设计的微型嵌入式非接触式IC卡读写模块。内嵌MF RC500 或MF RC531 射频基站，用户不必关心射频基站复杂的控制方法，只需要简单地通过选定的UART 或I2C 接口发送命令就可以对卡片进行操作。JMY-502 支持Mifare One S50，S70，Ultra Light & Mifare Pro，当仅用于Mifare One 时可以设定自动寻卡。该模块内置512 字节的EEPROM，用户可以存储应用数据。每次写入和读取的字节数为1～16 字节，按字节的方式进行操作，Mifare 1 专用，默认为自动寻卡。在本实例中采用I2C通信方式，可以将单片机的串行口留给计算机使用。

读写芯处的引脚及说明如表1。

通信接口

与PC机的串行通信一般采用RS-232、RS-422或RS-485总线标准接口，或采用非标准的20nnJL电流环。为保证通信的可靠，在选择接口时必须注意：(1)通信的速率；(2)通信距离：(3)抗干扰能力；(4)组网方式。

目前有很多为RS-232C标准生产的专用驱动芯片，如MAX232系列、TC232、ICL232、AD232等。它们在单5 V供电条件下，将0/5 V（TTL电平）转换为 10V（RS-232电平），将 10V（RS-232电平）转换为0/5 V（TTL电平）。本实例中采用RS-232方式，使用的是TC232芯片。

一般用户读写器

用户读写器主要由IC卡微模块、单片机、天线、显示电路及时钟电路等部分组成，时钟电路采用DS1302芯片，使用I2C总线与单片机进行通信，提供实时实钟和日历（秒、分、时、日、周、月和年等信息，可以在收费现场按时间进行计时收费，电路图如图3所示。

软件设计

读写器的程序流程如图4。

程序设计中涉及到对数据块的操作，采用中断方式：

读 (Read)：读一个块；

写 (Write）：写一个块；

加（Increment）：对数值块进行加值；

减（Decrement）：对数值块进行减值；

存储（Restore）：将块中的内容存到数据寄存器中；

传输（Transfer）：将数据寄存器中的内容写入块中；

中止（Halt）：将卡置于暂停工作状态；

程序中涉及到串行口程序，通信格式设置为：采用串行工作方式1，波特率为9600baud， 1个起始位，8位数据位，1个停止位，采取和校验方式。程序中的显示部分可以使用专用的LCD，按相应要求书写程序。

其中数据库部分的联VB与SQL数据库连接程序可以参考如下程序：

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 (卡号,姓名,金额) values (@snr,@xm,@outvalue)"

cmd1.Execute

以上语句向数据库中插入一个写卡记录，其它操作省略。

PC机软件

可以使用VB和SQL进行人机画面的开发及数据管理等。下面是开发的界面，如图5、6。

结束语

相信随着非接触性IC卡的大量使用，成本的降低，这种卡系统会越来越多地使用于如校园收费中、门禁系统、考勤系统等各种场合。