摘要：采用PHILIPS公司的Mifare卡作IC卡，設(shè)計以射頻技術(shù)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(tǒng)中的應(yīng)用。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(wù)行業(yè)既頻繁又瑣碎的收費管理問題，有廣泛的應(yīng)用前景。
　　關(guān)鍵詞：單片機，非接觸式IC卡，讀寫器
　　一、IC卡讀寫器概述
　　目前經(jīng)常接觸到的IC卡有兩種：接觸式的和非接觸式的IC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(shè)置和認(rèn)證功能），可實現(xiàn)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(shù)據(jù)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,容易損壞和被污染臟而造成接觸不良。
　　非接觸式IC卡根據(jù)射頻電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的，它的集成電路不向外引出觸點，它除了有上述接觸式IC卡的電路外，還帶有射頻收發(fā)電路及其相關(guān)電路。非接觸型IC卡也稱為射頻卡。因此，在公交、門禁、校園、企事業(yè)等人事管理、娛樂場所等方面開始得到廣泛的應(yīng)用。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(xiàn)方法。
　　二、工作原理
　　非接觸式IC卡讀寫器以射頻識別技術(shù)為核心，讀寫器內(nèi)主要使用了1片Mifare卡專用的讀寫處理芯片--MMM微模塊。它是一個小型的最大操作距離達20～30mm的Mifare讀/寫設(shè)備的核心器件，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制。這是與射頻卡實現(xiàn)無線通信的核心模塊，也是讀寫器讀寫Mifare卡的關(guān)鍵接口芯片。在這個電容另一端，接有一個單向?qū)щ姷碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲。當(dāng)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(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器發(fā)出的數(shù)據(jù)并保存。
　　三、硬件組成
　　公交收費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)節(jié)較多，因此，公交非接觸IC卡的讀寫器至少應(yīng)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。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(jiān)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(tǒng)
　　單片機采用89C52。它片內(nèi)有8KB的ROM，256字節(jié)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(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)，共16個鍵。其中數(shù)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。查詢鍵：售卡員可以通過此鍵查詢售卡金額和售卡記錄數(shù)。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(yīng)將讀寫器中的數(shù)據(jù)通過RS-232串行接口與PC機通信，數(shù)據(jù)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(shù)碼顯示，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(jīng)段譯碼器譯碼后，換成七段碼（abcdefg）和小數(shù)點DP送到段驅(qū)動器輸出。
　　（4）存儲器
　　讀寫器中設(shè)計了存儲器。存儲器選用24CXX系列的串行E2PROM。顯示用MC14499驅(qū)動4位共陰數(shù)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。
　　（5）監(jiān)控電路
　　監(jiān)控電路采用DS1232L芯片。它是個看門狗定時器，其功能是：上電和掉電時給89C52產(chǎn)生RESET信號；看門狗對系統(tǒng)進行監(jiān)控，防止死機。
　　（6）非接觸式IC卡
　　非接觸式IC卡選用Mifare卡。其工作頻率為13.6MHz，存儲量為1KB分16區(qū)，每區(qū)2套密碼，每個區(qū)的存儲區(qū)域相互獨立，因此每區(qū)可用作一種用途（第0區(qū)一般不用）以實現(xiàn)一卡多用。由于Mifare卡密碼驗證機制嚴(yán)密，保存的信息比較可靠安全，可以擦寫幾萬次。Mifare卡的16個區(qū)，每區(qū)又分4塊，每塊16字節(jié)。在售卡機中用第1區(qū)作用戶儲值塊，其中第0塊存放身份號，第1~2塊存放價值，第3塊存放兩套6字節(jié)密碼和4字節(jié)讀寫訪問條件。
　　四、主程序設(shè)計
　　1.主程序程序主要包括IC卡讀寫操作程序、鍵盤掃描程序等，主要完成系統(tǒng)變量的初始化，循環(huán)掃描鍵盤，檢測操作IC卡，將操作結(jié)果存儲和顯示。售出的每張卡的記錄包含：用戶卡身份號（4字節(jié)）、售卡日期（2字節(jié)）、加卡金額（1字節(jié)）和售卡人編號（1字節(jié)）。因此最大能存儲1023張售卡記錄。讀寫器對IC卡的操作流程如圖所示。
　　
　　2.介紹軟件設(shè)計方法。
　　售卡機：公交公司事先必須制作好兩種IC票卡：一種是用戶IC票卡，另一種是售卡員的售票IC卡。售卡員要進行售卡時，必須先到公交公司辦理一張售票IC卡，才有售卡的資格。售票IC卡內(nèi)存放了售卡員身份號、允許售卡的最大金額、兩套6字節(jié)密碼和4字節(jié)讀寫訪問條件。售卡員售卡時，每充值一張卡必須從自己的售票IC卡中減去售卡金額，加到用戶IC卡中。這樣，可使公交公司的售卡網(wǎng)點分布得多而不亂，又可方便用戶充值加卡，可有效地防止售票人員賬目不清而造成的資金流失。
　　車載機：是集讀卡、存儲、顯示等為一體的設(shè)備，需要接收數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)下達的參數(shù)，即密碼、車輛號、機器號、線路票價、黑名單等，實現(xiàn)刷卡扣費和運營信息存儲的功能。車載機標(biāo)準(zhǔn)存儲單位（頁）容量是1000條刷卡記錄，當(dāng)日刷卡記錄超過一頁時，自動記入下一頁。車載機最大讀卡距離一般為10厘米，當(dāng)有卡靠近時，檢查IC卡有效性，進行扣費處理并將交易記錄在存儲器中。車載機應(yīng)拒絕同時處理兩張及以上的IC卡。車載機數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)傳輸媒介上傳到中心系統(tǒng)，公司由中心系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析管理。
　　
　　參考文獻
　　[1]王愛英.智能卡技術(shù)——IC卡（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

　　[2]王卓人，鄧晉軍，劉宗祥.IC卡的技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999.