摘要：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。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。
　　關鍵詞：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,容易損壞和被污染臟而造成接觸不良。
　　非接觸式IC卡根據射頻電磁感應原理產生的，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，還帶有射頻收發電路及其相關電路。非接觸型IC卡也稱為射頻卡。因此，在公交、門禁、校園、企事業等人事管理、娛樂場所等方面開始得到廣泛的應用。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。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。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并保存。
　　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。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。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，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，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。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。
　　（5）監控電路
　　監控電路采用DS1232L芯片。它是個看門狗定時器，其功能是：上電和掉電時給89C52產生RESET信號；看門狗對系統進行監控，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，每區2套密碼，每個區的存儲區域相互獨立，因此每區可用作一種用途（第0區一般不用）以實現一卡多用。由于Mifare卡密碼驗證機制嚴密，保存的信息比較可靠安全，可以擦寫幾萬次。Mifare卡的16個區，每區又分4塊，每塊16字節。在售卡機中用第1區作用戶儲值塊，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字節密碼和4字節讀寫訪問條件。
　　四、主程序設計
　　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，主要完成系統變量的初始化，循環掃描鍵盤，檢測操作IC卡，將操作結果存儲和顯示。售出的每張卡的記錄包含：用戶卡身份號（4字節）、售卡日期（2字節）、加卡金額（1字節）和售卡人編號（1字節）。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卡內存放了售卡員身份號、允許售卡的最大金額、兩套6字節密碼和4字節讀寫訪問條件。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、顯示等為一體的設備，需要接收數據中心系統下達的參數，即密碼、車輛號、機器號、線路票價、黑名單等，實現刷卡扣費和運營信息存儲的功能。車載機標準存儲單位（頁）容量是1000條刷卡記錄，當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。車載機應拒絕同時處理兩張及以上的IC卡。車載機數據可通過數據傳輸媒介上傳到中心系統，公司由中心系統進行數據分析管理。
　　
　　參考文獻
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　　[2]王卓人，鄧晉軍，劉宗祥.IC卡的技術與應用[M].北京：電子工業出版社，1999.