一卡通系統(tǒng)的介紹及其基本工作原理(轉(zhuǎn)載)

1、.一卡通系統(tǒng)的介紹及其基本工作原理一卡通系統(tǒng)的概念 所謂“一卡通”，是它集智能卡、自動控制、計算機(jī)通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與一體，使得生活在特定區(qū)域的人們及訪客，只需隨身攜帶一張智能卡，這張卡既可以用來作為上班時的工作卡，又可以用于停車場的停車證明，住宅小區(qū)的會所消費購物及公司的食堂消費等，這不僅大大方便了用戶的需要，改變了過去用戶在不同場合需攜帶多張卡的繁瑣現(xiàn)象，同時也提高了該社團(tuán)內(nèi)部管理水平及工作效率。 一卡通系統(tǒng)的IC卡分為非接觸式的IC卡和接觸式IC卡，本文主要討論非接觸式的IC卡。一卡通系統(tǒng)的優(yōu)良特性非接觸式IC卡由IC芯片、感應(yīng)天線組成，并完全密封在一個的標(biāo)準(zhǔn)PVC卡中，不易受外界的不良因素

2、影響。非接觸式IC卡與讀寫器之間通過無線電波來完成讀寫。存儲容量大，傳遞速度快，讀寫壽命長。非接觸式IC卡具有如下優(yōu)良特性: 1、非接觸式IC卡與讀寫器之間非機(jī)械接觸。 2、表面沒有裸露器件，不會因為污損、彎曲而損壞IC卡?？ū旧硎菬o源件，體積小，耐用可靠。 3、讀寫器不需要卡座，可以完全放置在盒子內(nèi)。 4、使用時沒有方向性，卡可以從任意方向掠過讀寫器表面，完成讀寫工作。 5、讀寫器與IC卡的無線通訊聯(lián)系。 6、讀寫器與IC卡實施雙向密碼鑒別制，采用三級DES算法驗證。讀寫器識別IC卡的合法性，IC卡能識別讀寫器，還可讀寫器的讀寫權(quán)限。 7、非接觸式IC卡的發(fā)行有嚴(yán)格的規(guī)則。采用國際公認(rèn)的mi

3、fare標(biāo)準(zhǔn)，其卡號的唯一性，在世界上是唯一的。其次，將密碼一部分保存在車載機(jī)里，一部分放在卡上，保證系統(tǒng)的高度保密性。 一卡通系統(tǒng)的組成 一卡通系統(tǒng)通常有四個環(huán)節(jié)：智能卡、讀寫終端、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)。智能卡：智能卡應(yīng)有讀寫功能，有足夠的存儲空間，并可分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域可實現(xiàn)一種用途，同時智能卡必需具有絕對的安全性。讀寫終端：讀寫終端包含各種讀卡器或讀寫控制器，可根據(jù)不同的場所，選擇不同的讀寫終端，如考勤和門禁控制器、POS機(jī)等。同時讀寫器也應(yīng)具有優(yōu)良的可靠性和安全性。計算機(jī)：通常情況下，基于Pentium的PC機(jī)既可。運行Win98或WinNT。網(wǎng)絡(luò)：可根據(jù)用戶現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)情況，地理位置及一

4、卡通信息流的計劃，選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。非接觸式IC卡工作原理IC卡 (Integrated Circuit Card，集成電路卡)在有些國家和地區(qū)也稱智能卡(smart card)、智慧卡(intelligent card)、微電路卡(microcircuit card)或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入符合ISO 7816標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式；主要用于公交、輪渡、地鐵的自動收費系統(tǒng)，也應(yīng)用在門禁管理、身份證明和電子錢包。 IC卡讀寫器是IC卡與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在ISO國際標(biāo)準(zhǔn)中稱之為接口設(shè)備IFD(Interface Device)。IFD內(nèi)的CPU通過一個接口電路與IC卡相連并

5、進(jìn)行通信。IC卡接口電路是IC卡讀寫器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和I2C通信等不同的IC卡讀寫芯片。 IC卡工作的基本原理是:射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個IC串聯(lián)協(xié)振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC協(xié)振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷;在這個電荷的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。 一卡通系統(tǒng)的設(shè)計目前，我國引進(jìn)的射頻IC卡主要有Philips公司的Mif

6、are卡和Atmel公司的Temic卡。概括的來講，主要分為射頻接口電路和數(shù)字電路兩大部分。 MIFARE卡是目前世界上使用量最大、技術(shù)最成熟、性能最穩(wěn)定、內(nèi)存容量最大的一種非接觸式智能IC卡。MIFARE卡除了保留接觸式IC卡的原有優(yōu)點外，還具有以下優(yōu)點：1操作簡單、快捷。由于采用射頻無線通訊，使用時無須插拔卡及不受方向和正反面的限制，所以非常方便用戶使用，完成一次讀寫操作僅需0.1秒，大大提高了每次使用的速度，既適用于一般場合，又適用于快速、高流量的場所。 2抗干擾能力強(qiáng)。MIFARE卡中有快速防沖突機(jī)制，在多卡同時進(jìn)入讀寫范圍內(nèi)時，能有效防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，讀寫設(shè)備可一一對卡進(jìn)行處

7、理，提高了應(yīng)用的并行性及系統(tǒng)工作的速度。 3可靠性高。MIFARE卡與讀寫器之間沒有機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障；而且卡中的芯片和感應(yīng)天線完全密封在標(biāo)準(zhǔn)的PVC中，進(jìn)一步提高了應(yīng)用的可靠性和卡的使用壽命。 4 安全性好。MIFARE卡的序列號是全球唯一的，不可以更改；讀寫時卡與讀寫器之間采用三次雙向認(rèn)證機(jī)制，互相驗證使用的合法性，而且在通訊過程中所有的數(shù)據(jù)都加密傳輸；此外，卡片各個分區(qū)都有自己的讀寫密碼和訪問機(jī)制，卡內(nèi)數(shù)據(jù)的安全得到了有效的保證。 5適合于一卡多用。MIFARE卡的存貯結(jié)構(gòu)及特點（大容量16分區(qū)、1024字節(jié)），能應(yīng)用于不同的場合或系統(tǒng)，尤其適用于學(xué)校、企事業(yè)單

8、位、智能小區(qū)的停車場管理、身份識別、門禁控制、考勤簽到、食堂就餐、娛樂消費、圖書管理等多方面的綜合應(yīng)用，有很強(qiáng)的系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展性，可以真正做到“一卡多用” 。MIFARE卡工作原理非接觸式IC卡讀卡器以射頻識別技術(shù)為核心，讀卡器內(nèi)主要使用了1片Mifare卡專用的讀寫處理芯片 MMM 微模塊。其功能包括調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防碰撞機(jī)制。內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為射頻區(qū)和接口區(qū)：射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解凋器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機(jī)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收發(fā)器、16字節(jié)的數(shù)據(jù)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(jìn)行3次證實和數(shù)據(jù)加密的密碼機(jī)、防

9、碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。讀卡器工作時，不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波(1 36 MHz)。當(dāng)有卡靠近時，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀卡器的發(fā)射頻率相同，這樣在電磁波的激勵下，I C諧振電路產(chǎn)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?qū)щ姷碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲。當(dāng)電容器充電達(dá)到2 V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(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀卡器發(fā)出的數(shù)據(jù)并保存。 Mifare 1卡片的存儲結(jié)構(gòu)總共有16個Sector，每個Sector又有4個Block，每個Block為16字節(jié)，這樣總的存儲容量就是164161

10、K字節(jié)，其中每個Sector的Block3比較特殊。Mifare 1非接觸式IC卡基本組成：一卡通非接觸IC卡讀寫器原理圖讀卡器采用單片89C52。其片內(nèi)有8 KB的ROM，256字節(jié)的RAM 以及32個IO 口。P1口與串行器件24C64和顯示、報警電路連接。其中的顯示模塊采用串行方式進(jìn)行通信，分別采用P10、P11模擬時鐘信號線和數(shù)據(jù)線。24C64用來存儲本消費終端機(jī)地址和其他數(shù)據(jù)信息。P0口分別與MMM 微模塊及CAN 總線控制器SJA1000相連，用作數(shù)據(jù)線。P3口用于讀寫控制和中斷。監(jiān)控電路采用DS1 232L芯片。它是個看門狗定時器，其功能是：上電和掉電時給89C52、MMM 模塊及CAN總線控制器SJA1000產(chǎn)生RESET 信號；看門狗對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，防止死機(jī)。由于單片機(jī)的I0口資源比較緊張，而鍵盤需要8個IO 口，因此，鍵盤處理過程是使用一個獨立的cPU(89C2051)。這個CPU專門負(fù)責(zé)鍵盤處理，從按鍵掃描碼的獲得到通過掃描碼再查鍵碼表來獲得鍵碼。最后以串行的方式與主CPU進(jìn)行通信，主CPU獲得鍵碼后再做相應(yīng)的后續(xù)處理。CAN總線采用一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，其數(shù)據(jù)長度為8字節(jié)，不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)