停車場(chǎng)發(fā)卡器與IC卡讀寫器的設(shè)計(jì)開發(fā)

    隨著科技和中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，城市汽車增長(zhǎng)迅猛，停車場(chǎng)成為人們生活中必不可少的一部分。非接觸式IC卡停車場(chǎng)管理系統(tǒng)以圖像處理技術(shù)、射頻卡技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，加上精密的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了停車場(chǎng)的收費(fèi)現(xiàn)代化管理，具有方便靈活、準(zhǔn)確安全的特點(diǎn)。該文主要介紹非接觸式IC卡停車場(chǎng)中發(fā)卡器與IC卡讀寫器的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

1 MIFARE1非接觸式IC卡 

    MIFARE1非接觸式IC卡的核心,是Philips公司的MIFARE1 IC S50(-01，-02，-03，-04)系列微模塊(微晶片)。它所具有的獨(dú)特的MIFARE RF(射頻)非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已被定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：IS0／IEc14443 TYPEA標(biāo)準(zhǔn)。該卡片上有8 kb EEPROM存儲(chǔ)容量，并劃分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)劃分為4個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊。各扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨(dú)立的，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼及存取控制。因此一張卡可以同時(shí)運(yùn)用在16個(gè)不同的系統(tǒng)中，且可以根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際情況決定各區(qū)的密碼及數(shù)據(jù)形式?？ㄆ线€內(nèi)建有增值、減值的專項(xiàng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，非常適合于各種收費(fèi)場(chǎng)合。文中所介紹的發(fā)卡器與IC卡讀寫器所使用的卡就采用MIFARE1卡。 

2 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的基本模塊

    非接觸式IC卡停車場(chǎng)管理系統(tǒng)最基本的功能是車輛進(jìn)出放行和費(fèi)用核算管理，基本模塊介紹如下： 

    1)PC機(jī)中心管理系統(tǒng)它是整個(gè)停車場(chǎng)管理的控制核心，由計(jì)算機(jī)、發(fā)卡器、通訊線路和管理軟件等組成，主要完成發(fā)卡、費(fèi)用統(tǒng)計(jì)與結(jié)算、接收與發(fā)送控制信號(hào)等功能。發(fā)卡器完成2種卡的發(fā)行：一是對(duì)用戶卡進(jìn)行發(fā)行登記、收費(fèi)充值、財(cái)務(wù)報(bào)表記錄等；二是對(duì)配置卡進(jìn)行發(fā)行登記、配制信息填寫等。
    2)用戶IC卡作為信息載體，記錄車主標(biāo)識(shí)、消費(fèi)余額、系統(tǒng)特征等，完成每次停車費(fèi)用扣減及重復(fù)充值功能。
    3)IC卡讀寫器通過(guò)讀取配置卡，更改Ic卡讀寫器中的配制信息和權(quán)限信息；通過(guò)校驗(yàn)方式完成讀寫用戶IC卡、記錄并向計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)、控制道閘等功能。
    4)電子開關(guān) 由自動(dòng)擋車道閘、數(shù)字式地面車輛檢測(cè)器、防砸車檢測(cè)系統(tǒng)組成，完成接收控制信號(hào)、開啟道閘、車通過(guò)后落下道閘等功能。

3 發(fā)卡器與IC卡讀寫器的設(shè)計(jì) 

3．1 配置卡與用戶卡簡(jiǎn)介 

    配置卡由停車場(chǎng)管理中心擁有 。它主要用來(lái)對(duì)停車場(chǎng)中各個(gè)IC卡讀寫器設(shè)備進(jìn)行配制，例如信息調(diào)制、權(quán)限和數(shù)據(jù)更改等。當(dāng)需要更改IC卡讀寫器的內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)，首先通過(guò)發(fā)卡器把要更改的數(shù)據(jù)信息和配制信息寫入配置卡，然后將配置卡貼近各個(gè)IC卡讀寫器，刷卡1次，就完成了數(shù)據(jù)的更改。

    用戶卡由用戶擁有。在發(fā)卡時(shí)，管理中心將車主信息、消費(fèi)余額等寫入此卡，并決定該卡的使用范圍和權(quán)限。在停車場(chǎng)人口，車主將用戶卡在IC卡讀寫器前刷一下，IC卡讀寫器對(duì)卡中的信息進(jìn)行密碼校驗(yàn)并判 斷該卡是否有權(quán)限進(jìn)入此系統(tǒng)。當(dāng)校驗(yàn)通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)確認(rèn)有效后撤除路障，開啟自動(dòng)道閘，允許其通行，并將卡的信息傳送到管理中心進(jìn)行存儲(chǔ)。在出口，車主將用戶卡在IC卡讀寫器前刷一下，IC卡讀寫器從卡中扣減相應(yīng)金額，系統(tǒng)確認(rèn)有效完成后撤除路障，開啟自動(dòng)道閘，允許其出閘。

3．2 發(fā)卡器與IC卡讀寫器的基本工作流程圖 

發(fā)卡器與卡片之間采用一對(duì)一通信方式，發(fā)卡程序流程見圖1(a)，圖1(b)。讀卡過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的程序執(zhí)行過(guò)程，要執(zhí)行一系列的操作指令，調(diào)用多個(gè)函數(shù)，包括裝載密碼、驗(yàn)證密碼、鑒別卡、讀卡等。這一系列操作必須按固定的順序進(jìn)行l(wèi)_5j。讀卡程序設(shè)計(jì)流程圖見圖1(C)。

      
 (a)發(fā)卡器配制配置卡                        (b)發(fā)卡器配制用戶卡

(c)I c卡讀寫器讀寫配置卡與用戶卡

                                              圖1  發(fā)卡器與Ic卡讀寫器的流程圖
3．3  IC卡讀寫器的硬件圖

    圖2所示為IC卡讀寫器的硬件連接圖。系統(tǒng)所使用的硬件主要由2部分組成：PIC16F876單片機(jī)與芯片MF RC500組成。該系統(tǒng)采用PIC16F876單片機(jī)為控制核心，主要完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)及控制系統(tǒng)工作的功能，通過(guò)RB El與MF RC500的數(shù)據(jù)總線相連，可實(shí)現(xiàn)與非接觸式IC卡數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。RC7、RC6用來(lái)連接RS232，最終與計(jì)算機(jī)相連。RK3作為MF RC500的片選端，低電平有效。RK5、RC0分別控制MF RC500的讀寫，RA4接收來(lái)自非接觸式IC卡的中斷請(qǐng)求并執(zhí)行中斷程序。該系統(tǒng)的工作頻率為13．56 MHz，由石英晶體振蕩器產(chǎn)生，用于給MF RC500提供時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)天線基頻載波信號(hào)。MFRC500是與非接觸式IC卡實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的核心模塊，也是IC卡讀寫器讀寫非接觸式IC卡的關(guān)鍵接口芯片。它根據(jù)寄存器的設(shè)定對(duì)發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，得到發(fā)送的信號(hào)，通過(guò)由TX1、TX2腳驅(qū)動(dòng)的天線以電磁波的形式發(fā)出去，非接觸式IC卡采用RF場(chǎng)的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。MF1卡放在距離射頻天線100mm內(nèi)，天線拾取非接觸式IC卡的響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)天線匹配電路送到RX腳，MF RC500內(nèi)部接收緩沖器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和解調(diào)，并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理。處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由單片機(jī)讀取。

圖2 硬件電路圖

3．4 IC卡讀寫器的軟件編程

    程序采用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編制，以PCW C Compiler IDE編譯器為開發(fā)環(huán)境，以下是部分程序源代碼以及子函數(shù)說(shuō)明。該程序代碼在PIC16F876單片機(jī)上測(cè)試通過(guò)。程序?qū)F場(chǎng)適時(shí)的開啟與關(guān)閉，大大降低了MCU與RF場(chǎng)的功耗，同時(shí)減少了在讀卡過(guò)程中MF RC500對(duì)MCU的干擾。


4 結(jié)語(yǔ) 

    采用MF RC500設(shè)計(jì)的硬件電路，不僅適用于停車場(chǎng)，也適用于基于ISO／IEC 14443A標(biāo)準(zhǔn)并且要求低成本、高性能以及單電源的非接觸式通信的其他應(yīng)用場(chǎng)合。如公共交通終端、非接觸式公用電話、小區(qū)管理系統(tǒng)等。依照實(shí)際用戶的需要，此發(fā)卡器與IC卡讀寫器還可以開發(fā)更多的功能，適用性非常強(qiáng)。 

基金項(xiàng)目：魯潤(rùn)京九石化監(jiān)控系統(tǒng)(105—642081)．
作者簡(jiǎn)介：劉瑩(1981-)，女，武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)碩士生．E—mail：liuying921054@126．com

參考文獻(xiàn)
[1] Klaus Finkenzeller．射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)[M]．陳大才，王卓人，譯．北京：電子工業(yè)出版社，2001．
[2] 張俊杰，喬誼正．非接觸式IC卡讀寫模塊的應(yīng)用開發(fā)[J]．世界電子元器件，2004，(2)：44-46．
[3] 陳喜陽(yáng)，張克危，陳定方．智能卡在安全電子郵件系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版)，2002，26(6)：830-832．
[4]俞文泓，吳邁．非接觸式IC卡在智能住宅小區(qū)中的應(yīng)用[J]．電子&智能建筑，2002，(1)：36-39．
[5] 陳作炳，張鴻宇，陳燕飛，等．CPU卡技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(9)：85-87．