【正文】 說明書 1 第一章 緒論 設(shè)計 概述 設(shè)計 背景 公共交通是城市交通建設(shè)的主體 ,其公交運(yùn)營工作的質(zhì)量和效率會直接影響到人們的日常生活和工作。 而部分城市公交公司現(xiàn)行的售票方式已滯后于公交事業(yè)的整體發(fā)展 ,無人售票存在運(yùn)營效率低 ,易收殘幣、假幣、破幣 ,對公交的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益 ,城市形象都有消極的影響。手工的傳統(tǒng)的低效率的工作方式已經(jīng)不能適應(yīng)城市公共交通事業(yè)的發(fā)展。 伴隨著微電子技術(shù)的發(fā)展 和 IC 卡應(yīng)用在各行業(yè)的實(shí)施， 近幾十年來 ,國際上盛行智能公交 ITS 利用先進(jìn)的電子技術(shù)對公交系統(tǒng)進(jìn)行全面的管理 ,中國自 “ 金卡 ” 工程啟動以來 ,國內(nèi) IC 卡的應(yīng)用迅速發(fā)展 ,信息技術(shù)逐步深入到基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)和管理中。近幾年來 ,城市公交系統(tǒng)逐漸開始將 IC卡技術(shù)應(yīng)運(yùn)于公交收費(fèi)系統(tǒng) ,不 僅實(shí)現(xiàn)自動收費(fèi)，電腦結(jié)算，而且縮短運(yùn)行時間；減少點(diǎn)鈔人員和管理環(huán)節(jié)，杜絕貪污，減少假幣、假票，加速了資金周轉(zhuǎn)，促進(jìn)企業(yè)信息管理系統(tǒng)的完善，帶來了管理機(jī)構(gòu)和管理方式上的巨大變化。因此， IC卡應(yīng)用的推廣，可以改變城建系統(tǒng)企業(yè)傳統(tǒng)的管理服務(wù)方式，提高企業(yè)勞動效率，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)水平明顯提高，并對提高城市形象起到了極大的推動作用。 實(shí)踐證明，以非接觸 IC 卡為支付介質(zhì)的建設(shè)事業(yè) IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)在城市公交、軌道交通、出租車、輪渡、高速路、停車場、公園景點(diǎn)等小額支付領(lǐng)域所表現(xiàn)的方便、快捷的卓越性能，是傳統(tǒng)的磁卡和 接觸式 IC 卡不可比擬的。非接觸IC 卡的推廣應(yīng)用 為公交支付提供了安全可靠，方便高效的支付方式和完整的業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)，為提高公交行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，樹立公交行業(yè)優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)的新形象，奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。同時， 為 城市居民的出行提供了極大的方便。 也為銀行更進(jìn)一步地發(fā)展持卡消費(fèi)，創(chuàng)造了良好的條件。因此， 隨著 智能公交概念的提出和智能卡的深入發(fā)展，公交系統(tǒng)與 非接觸 IC 卡技術(shù)相結(jié)合成為發(fā)展的必然要求。公共交通實(shí)行一卡通也是大勢所趨。但任何新事物都有缺乏經(jīng)驗(yàn)的一面，也會出現(xiàn)令人無法預(yù)料的新情況，諸如卡丟失后無法掛失、卡內(nèi)存儲信息 不全及充值煩瑣等問題。所以 如何 建立整個城市范圍內(nèi)的公交車收費(fèi)系統(tǒng)，并利用現(xiàn)代計算機(jī)和通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)乘客 IC 卡系統(tǒng)的集中化及現(xiàn)代管理， 改善 公交車 、售卡充值點(diǎn)和公交公司之間的數(shù)據(jù)通訊能力，促進(jìn)各級內(nèi)部處理手段和辦公效率的全面提高，已 成為公交企業(yè) 當(dāng)前 急待解決的 問 題 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 2 設(shè)計的意義 主要從經(jīng)濟(jì)效益和社會效益兩個方面來講設(shè)計的意義。 1 經(jīng)濟(jì)效益 (1) 加快乘客上車速度，減少車輛停站時間 ,加速車輛周轉(zhuǎn)等于減少車輛。 (2)促進(jìn)管理，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)改革，最終減少公交企業(yè)虧損 。 (3) 及時掌握客流情況，科學(xué)合 理調(diào)度而創(chuàng)造效益。 (4) 可以節(jié)省無人售票點(diǎn)鈔工作人員的費(fèi)用 。 (5) IC 卡表面的封裝廣告和冠名權(quán)為運(yùn)營公司帶來直接的收益 。 (6) 采用預(yù)收費(fèi)的方式，增加企業(yè)周轉(zhuǎn)資金。 (7)有效制止了假幣的流通。 2 社會效益 (1) 提高公共交通的服務(wù)檔次，符合建設(shè)國際城市的目標(biāo)。 (2) 方便市民，減少社會現(xiàn)金流通量。 (3) 提高車輛運(yùn)行效率，節(jié)省乘車時間。 (4) 收費(fèi)及統(tǒng)計全面自動化管理，有效堵塞漏洞，杜絕可能發(fā)生的管理人員貪污及假票現(xiàn)象。 提高城市 市政 交通的 信息化管理水平 ， 響應(yīng)國家促進(jìn)城市信息化建 設(shè)的號召，提升當(dāng)?shù)?的城市面貌，為城市的發(fā)展帶來新的商機(jī) 。 改善 了 市政秩序，為市民做實(shí)事。 IC 卡技術(shù)的應(yīng)運(yùn)和發(fā)展 IC 卡概念是 20 世紀(jì) 70年代初提出的 ,法國布爾公司年于 1976 年首先創(chuàng)造出IC 卡產(chǎn)品 ,并將這項技術(shù)應(yīng)用 到金融、交通、醫(yī)療 、 身份證明等多個行業(yè) ,它將微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起 ,提高了人們的生活水平 ,滿足了工作的現(xiàn)代化需求 。 IC 卡的英文全名是 Integrated Circuit Card,IC 卡將具有存儲 ,加密 ,數(shù)據(jù)處理能力的一個或多個集成電芯片鑲嵌于塑料卡片之中的 ,既具有智能性 ,又 便于攜帶的卡片 。 而非接觸式 IC 卡 是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù) ,它成功地將射頻識別技術(shù)和 IC 卡技術(shù)結(jié)合起來 .這一新技術(shù)結(jié)束了 IC 卡無源可工作和卡片免接觸工作這一難題 ,是電子器件應(yīng)用發(fā)展過程中的一大突破 。 非接觸 IC 卡和接觸 IC 卡相比具有可靠性高 、 操作方便 、 防沖突 、 可適合于多種應(yīng)用 、 加密性能好等優(yōu)點(diǎn) 。 IC 卡具有信息存儲量大 ,數(shù)據(jù)保密性好 ,可反復(fù)讀寫 ,易于管理等優(yōu)點(diǎn) ,因而發(fā)展迅速 ,在金融、通信、交通等眾多領(lǐng)域這后來居上 ,已成為信息時代這不可缺少的重要工具之一 ,廣泛地應(yīng)用于社會事業(yè)的各個領(lǐng)域 ,出現(xiàn)在人們的 日常生活中 。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 3 IC 卡不僅改進(jìn)了現(xiàn)有多種卡的使用方法和功能作用 ,它還不斷開創(chuàng)出新的應(yīng)用發(fā)展領(lǐng)域 。 IC 卡的產(chǎn)生現(xiàn)代信息的處理和傳遞提供了一種全新的手段 ,它一出現(xiàn)就備受關(guān)注和重視 。 1987 年起 ,國際化標(biāo)準(zhǔn)組織 ISO 專門為 IC 卡制訂了國際標(biāo)準(zhǔn) 。 國際標(biāo)準(zhǔn)的制訂為 IC 卡在全世界范圍內(nèi)的推廣和應(yīng)用 ,為 IC 卡在使用過程中的規(guī)范化創(chuàng)造了前提和條件 。 從技術(shù)角度看 ,在 IC 卡應(yīng)用過程中有以下幾個發(fā)展趨勢 。 1 從存儲器 IC 卡同 CPU 卡方向發(fā)展 。 現(xiàn)在全國發(fā)行的 IC 卡中 ,90%以上是采用存儲器 IC 卡 。 隨著應(yīng)用 要求提高 ,且 CPU 卡價格下 降 ,在今后幾年內(nèi) ,CPU 卡的應(yīng)用總量將呈大幅度上升趨勢 : 2 非接觸式 IC 卡應(yīng)用將大幅度增加 。 目前 ,非接觸式 IC卡已成為世界智能卡發(fā)展的主流 。 非接觸式 IC 卡十分適用于地鐵、公交、自來水、燃?xì)獾仁召M(fèi)的日常生活消費(fèi)領(lǐng)域 ,在我國已開始使用 。 下一代最具有前途的 IC 卡是接觸式 IC 和接觸式 IC 卡的復(fù)合卡 ,對于需要特別靈活的多用途應(yīng)用來說 ,它既能提供接觸式應(yīng)用 ,又有非接觸式應(yīng)用功能 ,為產(chǎn)品提供十分靈活的選擇 。 3 對 IC 卡安全性提出越來越高的要求 。 金融 IC 卡 、 個人身份證等應(yīng)用要求IC 卡具有高安全性 ,要求應(yīng)用程序在一個安全 環(huán)境中裝載和運(yùn)行 。 一方面要求 IC卡本身具有高安全性 ,具有 DES 加密算法和有 512 位或 1024 為公開密鑰計算能力和加密卡 可滿足不同安全等級的要求 。另一方面要加強(qiáng) IC 卡安全管理 , 密鑰管理尤其重要 。 4 一卡多用是 IC 卡發(fā)展 的 大方向 。 為了方便人們使用 ,同時規(guī)范應(yīng)用市場 ,提高應(yīng)用水平 ,需要推出一卡多用或多卡 通 用的 IC 卡 。 系統(tǒng) 設(shè)計目標(biāo)及原則 系統(tǒng)的設(shè)計 目標(biāo) 公交汽車 IC 卡控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的 非接觸式 IC 技術(shù)和計算機(jī)技術(shù) ,以公交售卡充值 IC 卡讀寫器為設(shè)計對象的主體 ,以計算機(jī)系統(tǒng)為信息處理方法的現(xiàn)代 化管理系統(tǒng) ,充分利用了 非接觸式 IC交易時間短 ,快捷 ,方便的特點(diǎn) ,作為公交汽車控制系統(tǒng)的一種全新的現(xiàn)代化管理手段 ,提高了公交車輛的運(yùn)營服務(wù)水平 ,使城市 公交管理開放 ,不僅取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益 ,同時還取得了良好的社會效益 。 公交汽車 IC 卡控制系統(tǒng) 把公交汽車的售票方式以 IC 卡電子收費(fèi)作為支付手段 ,以提高客運(yùn)汽車的收費(fèi)速度 、 簡單快捷的售卡充值方式 、 自動化處理客運(yùn)信息 、準(zhǔn)備結(jié)算 、 動態(tài)分析運(yùn)營信息為目的 ,為客運(yùn)企業(yè)的運(yùn)營 ,城市交通管理 ,城市建設(shè)及發(fā)展提供了良好的科學(xué)依據(jù) .系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)如下 : 1為運(yùn)營公交公司提供完善的 、穩(wěn) 定的 、 可靠的 管理功能 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 4 2 實(shí)現(xiàn)公交 控制系統(tǒng) 的規(guī)范化和數(shù)字化管理 。 3 收集公交運(yùn)營數(shù)據(jù) ,建立可供管理分析的數(shù)采集系統(tǒng) 。 4 控制系統(tǒng)具有可靠的安全管理系統(tǒng) 。 5 模塊化的軟硬件設(shè)計具有開放性 、可擴(kuò)展性 、 以便進(jìn)行二次開發(fā) 。 6 盡可能簡單明了操作方式 ,以實(shí)現(xiàn) IC 卡讀寫器的運(yùn)作及管理 。 系統(tǒng)的設(shè)計 原則 公交汽車 IC 卡控制系統(tǒng) 設(shè)計要求在最大限度上滿足公交公司不斷增長和變化的業(yè)務(wù)需求。同時也使公交公司能在最大限度保護(hù)其投資的前提下利用迅速發(fā)展的新技術(shù)和產(chǎn)品。系統(tǒng)設(shè)計方案是遵循原則設(shè)計 : 1 原則 :采用的 技術(shù)路線和采用的產(chǎn)品是成熟 ,可靠 ,易于操作的 ,設(shè)計結(jié)果能滿足客戶的需求并行之有效。 2 開放原則 : 3 安全原則 :采用有效可信的安全措施 ,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多層次的安全管理。 4 高效原則 :軟硬件性能充分發(fā)揮 ,資源利用率高 ,性能好。 5可擴(kuò)展原則 :能夠使系統(tǒng)在規(guī)模和性能兩方面有擴(kuò)展余地。 論文的組織結(jié)構(gòu) 本文的目的就是尋求一套更加完善的 公交汽車 IC 卡 控制系統(tǒng)方 案。本文重點(diǎn)介紹 以 8051 單片機(jī) 和 非接觸式 IC 卡讀 讀寫器 MF RC500 為核心 ，設(shè)計 出 一套 性能好 、 安全措施有效可信、管理平臺完善 的 公交 非接觸式 IC 卡 控 制系統(tǒng) 。本文主要工作如下 : (1)完成 公交汽車 IC 卡 控制系統(tǒng) 整體方案設(shè)計。根據(jù) 公交汽車 IC 卡 控制系統(tǒng)所要達(dá)到的性能指標(biāo)，進(jìn)行總體方案設(shè)計。 (2)以 單片機(jī) 8051 為核心實(shí)現(xiàn) 公交汽車 IC 卡 控制系統(tǒng) 硬件設(shè)計 。 (3)完成 公交汽車 IC 卡 控制系統(tǒng) 的軟件設(shè)計 。 基于 匯編語言的 編程方式，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計。 (4)開展 系統(tǒng)的 安全性研究 。 (5)完成系統(tǒng)管理中心的設(shè)計。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 5 第二章 總體設(shè)計 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 公交汽車 IC 卡控制系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)節(jié)較多，因此，公交 IC 卡 控制系 統(tǒng)的讀寫器至少應(yīng)包括公交售卡機(jī)、公交車載機(jī) 和公交制卡機(jī)三個讀寫器。除了售卡機(jī)要求有鍵盤外，其余的硬件組成大體相同。對于 公交汽車 接觸式 IC 卡 控制系 統(tǒng)和非接觸式 IC 卡 控制系 統(tǒng)，控制電路主要不同在 IC 卡接口上，接觸式 IC 卡采用卡座，非接觸式 IC 卡采用接收線圈加專用 的讀卡 接收 芯片。 圖 2 為 公交 IC 卡讀寫器 的 硬件 結(jié)構(gòu)框圖 ，主要由單片機(jī)、 外部 存儲 模塊 、監(jiān)控電路 、 鍵盤 電路 、顯示 電路 、 IC 卡的讀寫 器、 天線和以及與 PC 機(jī)通信的 RS232 串行通信接口電路組成。 圖 2 公交 IC 卡 讀寫器 的 硬件 結(jié)構(gòu)框圖 方案論證確定 IC 卡類型選擇 任何技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展都有一個過程，限于技術(shù)原因，早期大多用磁卡、光電卡等，這些卡構(gòu)成的控制系統(tǒng)雖然曾經(jīng)給我們帶來了各種便利，但仍然存在一些弊端和缺陷，常常帶來許多不便，特別是其防偽性能差，易被仿制，作為收費(fèi)電子錢包使用存在巨大安全隱患，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，上述卡逐漸被其他卡取代，而對存儲介質(zhì)的選擇主要考慮卡片模型、存儲容量、安全性要求綜合價格等因素。 單 片 機(jī) 鍵盤 電路 存儲 模塊 監(jiān)控電路 PC機(jī)通信 報警電路 感應(yīng) 天線 IC卡讀寫器 顯示 電路 電源電路 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 6 又考慮到卡是作為一卡通系統(tǒng)的信息載體，一卡通系統(tǒng)所涉及的子系統(tǒng)又非常多，因此就要求這種卡必須 是有多分區(qū)，并具有分區(qū)密碼校驗(yàn)，具有多用性、兼容性、安全性、可靠性的智能卡。所以在城市公交 IC 卡收費(fèi)系統(tǒng)中使用非接觸 IC 卡和接觸式 IC 卡兩種 IC 卡卡片。 1 接觸式 IC卡 接觸式 IC 卡卡內(nèi)操作系統(tǒng)采用符合 PBOC 標(biāo)準(zhǔn)的 Timecoso CPU 卡芯片內(nèi)集成有 CPU ,ROM,RAM,EEPROM，安全邏輯等。 SAM 卡是安全認(rèn)證卡，所有部件功能經(jīng)專門設(shè)計，性能大大提高，與普通 CPU 卡相比較，具有很高的安全性、可靠性。但是接觸式 IC 卡使用時要將其插入讀卡機(jī)中， 通過表面上的電極觸點(diǎn)的物理接觸來實(shí)現(xiàn)與讀卡器之間的命 令、 數(shù)據(jù)和卡片狀態(tài)的傳遞 : 非接觸式 IC 卡在使用時只要靠近讀卡機(jī)即可，卡片和讀卡機(jī)通過無線電波或電磁場感應(yīng)的方式進(jìn)行信息傳遞。接觸式 IC 卡己經(jīng)走過十幾年的歷程并得到廣泛的應(yīng)用，但隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，其本身不可克服的缺點(diǎn)，如具有接觸磨損、卡的壽命小、使用不便、信息傳送速度慢、難以維護(hù)、基礎(chǔ)設(shè)施投入大等就成了它進(jìn)一步發(fā)展的絆腳石。 隨著信息業(yè)和服務(wù)業(yè)的全球化，社會對信息載體的便攜性、 高安全性及易用性等方面提出更高的要求，于是非接觸式 IC 卡以其無機(jī)械磨損、容易維護(hù)、方便使用等優(yōu)點(diǎn)，成為 IC卡潛力最大的生力軍而 備受業(yè)界矚目。 2 非接觸式 IC 卡 從提供電源的角度來看，非接觸式 I C 卡可分為有源和無源 2 種。無源系統(tǒng)的能量由數(shù)據(jù)載頻提供，有源系統(tǒng)是在卡內(nèi)封裝一塊非常薄的電池。從成本和生產(chǎn)方面考慮，無源系統(tǒng)是主流。 從工作距離來分，非接觸式 IC 卡有 3 種 : 近距離禍合 ( 2 mm) , 鄰近藕合( IO cm) , 遠(yuǎn)距離禍合 ( 15cm)。其中近距離藕合由于優(yōu)勢不明顯而應(yīng)用較少， 而藕合距離較遠(yuǎn)的射頻卡使用較普遍且最具發(fā)展?jié)摿Α? 從讀寫方式上，非接觸式 IC 卡還有主動交易式和被