【正文】 contactless IC card reader in detail,including the circuit design and software redder`s circuit is made up of buzzer drive circuit,RS232 munication circuit,MF RC500 interface circuit and antenna software design includes programming of main program. 5 KeyWords: Contactless IC card； Radio Frequency Identification； reader device；Serial munication； microcontroller of 51 1 1 引言 課題的提出背景 在 IC 卡應(yīng)用日益廣泛的今天， IC 卡門(mén)禁系統(tǒng)以其管理的安全、可靠、高效、靈活和方便 逐步取代了其他現(xiàn)有各類(lèi)門(mén)鎖成為目前門(mén)禁系統(tǒng)的主流方式。射頻識(shí)別（ Radio Frequency Identification,簡(jiǎn)稱(chēng) RFID）技術(shù) [1]是最近幾年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。非接觸式 IC 卡讀卡器是非接觸式 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一 ,本課題中應(yīng)用的讀卡器是一種讀寫(xiě)距離為 100mm 的非接觸式 IC 卡讀卡器。非接觸式 IC 卡 門(mén)禁管理系統(tǒng)讀卡器是以非接觸式 IC 卡射頻識(shí)別技術(shù)為核心，使用戶(hù)使用方便和管 理方便為目的，具有高安全性、高可靠性的管理系統(tǒng)。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 門(mén)禁系統(tǒng)是隨著自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的，國(guó)外門(mén)禁系統(tǒng)的知識(shí)品牌有美國(guó)的休斯（ HID）、西屋（ WSE）、洛泰克（ NTK），以色列的 DDS、英國(guó)的集寶等品牌。 目前國(guó)外生產(chǎn)的門(mén)禁系統(tǒng)安全性較高，但是價(jià)格昂貴，感應(yīng)式門(mén)禁系統(tǒng)控制器的價(jià)格從 4000 到 3 萬(wàn)元不等，包括讀卡器、門(mén)鎖、控制器、軟件在內(nèi)的一套系統(tǒng)報(bào)價(jià)在萬(wàn)元左右。通過(guò)局域網(wǎng)對(duì)本地區(qū)的設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控與維護(hù)，可提高系統(tǒng)的可靠性，減少故障的發(fā)生率和處理時(shí)間等。 ⑷ 門(mén) 禁設(shè)備：門(mén)禁設(shè)備由讀卡器中單片機(jī)的 I／ O 口根據(jù)刷卡情況發(fā)出控制信號(hào)控制，密碼認(rèn)證通過(guò)開(kāi)門(mén)，否則不開(kāi)門(mén)。應(yīng)用最多的是 Is 叫 4443 和 Is015693，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號(hào) 接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成 [4]，本設(shè)計(jì)中采用 ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，由于卡與讀卡器進(jìn)行通訊時(shí)的載波頻率較高，卡內(nèi)芯片可以工作在 較高的系統(tǒng)時(shí)鐘下，使二者的通信速率很高。 EEPROM 中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后 (卡片離開(kāi)讀卡器天線(xiàn)的有效工作范圍內(nèi) )仍將被保持。 被選中的卡片將直接與讀卡器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，未被選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備與讀卡器進(jìn)行通信。整個(gè)卡片可以設(shè)計(jì)成“一卡通”形式來(lái)應(yīng)用。 C 環(huán)： Mifare0ne 卡片收到 TOKENAB 后，對(duì) ToKENAB 的加密的部分進(jìn)行解密，并校驗(yàn)第一次由 (A)環(huán)中 Mifare0ne 卡片發(fā)出去的隨機(jī)數(shù) RB 是否與（ B)環(huán)中接收到的 TOKENAB 中的 RB 相一致； D 環(huán) :如果 (C)環(huán)校驗(yàn)是正確的，則 MifareOne 卡片向讀寫(xiě)器發(fā)送令牌 TOKENBA 給讀寫(xiě)器； E 環(huán)：讀寫(xiě)器收到令牌 TOKENBA 后，讀寫(xiě)器將對(duì)令牌 TOKENBA 中的 RB(隨機(jī)數(shù) )進(jìn)行解密；并校驗(yàn)第一次由 (B)環(huán)中讀寫(xiě)器 發(fā)出去的隨機(jī)數(shù) RA 是否與 (D)環(huán)中接收到的 ToKENBA 中的 RA 相一致； 如果上述的每一個(gè)環(huán)都為“真”，都能正確通過(guò)驗(yàn)證，則整個(gè)的認(rèn)證過(guò)程將成功。每個(gè)扇區(qū)的塊 3 為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼 B；每個(gè)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。 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)近幾十年來(lái)在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，初步形成了一個(gè)包括條碼技術(shù)、磁條磁卡技術(shù)、 Ic 卡技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)、射頻技術(shù)、聲音識(shí)別及視覺(jué)識(shí)別等集計(jì)算機(jī)、光、磁：物理、機(jī)電、通信技術(shù)為體的高赫技術(shù)學(xué)科。 通訊安全和保密通信安全與保密是為了達(dá)到 IC 卡與讀寫(xiě)設(shè)備進(jìn)行信息交換過(guò)程中的有效與合法?？梢?jiàn)，數(shù)據(jù)的加密和解密的過(guò)程實(shí)際上就是通過(guò)一定的算法將信息加以偽裝和解除偽裝的過(guò)程。就本系統(tǒng)而言，還要考慮到系統(tǒng)的通信速度和通信方法 (包括與 PC 機(jī)通信以及與射頻模塊通信 )，存儲(chǔ)器空間的大小。掉電方式保存 RAM 的內(nèi)容，但振蕩器停工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 在本設(shè)計(jì)中硬件上采用 3 線(xiàn)制 (RXD、 TXD、 GND)軟握手的零 MoDEM 方式，即將 PC 機(jī)和單 片機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn) (TXD)與接收數(shù)據(jù) (RXD)交叉連接，二者的地線(xiàn)(GND)直接相連，而其它信號(hào)線(xiàn)如握手信號(hào)線(xiàn)均不用，而采用軟件握手，這樣即可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)又可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，節(jié)約了成本。而且由于受到卡形狀的限制，卡中不可能封裝很大的天線(xiàn)，使得接收的能量較小，從而決定了讀卡器天線(xiàn)讀寫(xiě)距離很短，一般在 100mm 以?xún)?nèi)。他們的電容值的大小嚴(yán)重影響讀卡器的性能，也就是影響讀卡器的讀寫(xiě)距離。 MFRC500 是應(yīng)用于 13． 56MHz 非接觸式通信中高集成讀卡 Ic 系列中的一員。它包含一個(gè)易用的雙向 FIFO 緩沖區(qū)和一個(gè)可配置的中斷輸出。模擬電路包含了一個(gè)具有非常低阻抗橋驅(qū)動(dòng)器輸出的發(fā)送部分。 if(RevBuffer[0]==11) //為了加快響應(yīng)速度 測(cè)試蜂鳴器 { RevBuffer[2]=RevBuffer[1]。 break。 break。 //contact RevBuffer[1]=0。 } else { cmd_execution()。 TMOD=0x21。 ET0=0。 SPEAKER=0。 RETI ORG 000BH。定時(shí)器初值 MOV TH1,0FA。開(kāi)啟接收中斷后，判斷接收到得數(shù)據(jù)是否正確，正確就繼續(xù)執(zhí)行，否則返回到 L1 重新接收 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,L1 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,04H,L1 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,L1 MOVR7,0FFH 。讀扇區(qū) 1 LCALL SEND MOV A,04H LCALL SEND JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,01H,L5 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,L5 LCALL DISP3 K0: MOV A,02H 。255 OLD LCALL NEWBUF LLL0: LCALL DISP LCALL DISP DJNZ R7,LLL0 LCALL MUSIC SETB SETB RET 本設(shè)計(jì)的操作步驟如下： (1) 將閱讀器與微控制器（單片機(jī)）通過(guò)串口相連接，給系統(tǒng)上電 ， 上電初始化，數(shù)碼管顯示“ HELLO8.”，蜂鳴器發(fā)出響聲，說(shuō)明初始化成功。數(shù)碼管顯示“ 27”，說(shuō)明卡號(hào)讀取正確。本文的研究在整個(gè)射頻識(shí)別領(lǐng)域中只是很小的一部分，但是我相信在眾多的研究開(kāi)發(fā)人員共同努力下，必將推動(dòng)射頻識(shí)別技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用和進(jìn)一步的發(fā)展。西安電子科技大學(xué)出版社， 1988 【 9】 張力 .MF RC500 中文資料 .(DB/OL).. . , 【 10】 賴(lài)麒文 .8051 單片機(jī) C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境與務(wù)實(shí) .北京：科學(xué)出版社 . 【 11】 Klaus （ RFID）技術(shù)（第二版） .北京：電子工業(yè)出版社 【 12】宋戈 .51單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)范例大全 .北京：人民郵電出版社， 【 13】 王先彪 .基于 ARM技術(shù)一卡通消費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D].湖北 .黃石理工學(xué)院 .2021 【 14】 楊長(zhǎng)春 .Delphi 程序設(shè)計(jì)教程（第二版） .北京：清華大學(xué)出版社， 附錄 A 實(shí)物圖 1 實(shí)物圖 2： 29 附錄 B 串口通信使用的命令碼。 非接觸式 IC卡是隨著接觸式 IC卡在世界范圍的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的新型智能卡，它除具有一般 IC 卡的安全防偽、高容量和高可靠性等特點(diǎn)外，還具有無(wú)需插拔卡就可操作的特點(diǎn)，避免了由于機(jī)械觸點(diǎn)不良導(dǎo)致的各種故障，因而操作可靠，壽命長(zhǎng) (讀寫(xiě)次數(shù)高達(dá) 10 萬(wàn)次以上 )，而且速率非常高，平均讀寫(xiě)時(shí)間小于 O． 3s，使得操作迅速且準(zhǔn)確。 5 總結(jié)與 改進(jìn) 本論文對(duì)非接觸式 IC 卡在門(mén)禁和電子錢(qián)包的應(yīng)用方面做出了較為詳細(xì)的闡述，主要介紹了無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)的基本工作原理、射頻卡的讀寫(xiě)機(jī)制、串口 通信的實(shí)現(xiàn)步驟等，既給出了系統(tǒng)硬件電路的原理設(shè)計(jì)圖，又給出了部分軟件代碼，使得本論文更具參考價(jià)值。數(shù)碼管顯示“ 222222”，說(shuō)明密碼下載成功。將結(jié)果送顯示 LCALL HBCD 25 MOV 3CH,R3 。密碼下載 MOV DPTR,TAB1 MOV R3,0 MM1: MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR LCALL SEND INC R3 DJNZ R7,MM1 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,01H,MM JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,MM LLL3: LCALL DISP3 DJNZ R7,LLL3 AJMP L2 L2: MOV A,02H 。? LLL1: LCALL DISP1 DJNZ R7,LLL1 LCALL BEEP 。 RETI。 SPEAKER=0。 IT0 = 1。 TR1=TRUE。 ET2 = 0。 TH1=baud。 break。 break。 SPEAKER=1。 ⑵ MFRC500 管腳描述 圖 MFRC500 的 SO32 管腳配置 數(shù)據(jù)總線(xiàn) 控制總線(xiàn) 地址總線(xiàn) 帶 64 字節(jié) FIFO緩沖的微控制器接口 安全密鑰存儲(chǔ)器 狀態(tài)和控制單元 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理單元、 CRC 校驗(yàn)等 模擬單元包括：位信息號(hào)的調(diào)制和解調(diào) Mifare 17 管腳類(lèi)型： I：輸入 O：輸出 PWR：電源 ⑶ MFRC500 與單片機(jī)電路連接圖 圖 MFRC500 電路連接 圖 19 4 非接觸式 IC 智能卡應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì) 非接觸式智能卡 應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì)分為兩部分： MFRC500 底層驅(qū)動(dòng)程序和單片機(jī)控制讀卡程序。它支持的幀包括 CRC 和奇偶校驗(yàn)。數(shù)字部分處理IS014443A 幀和錯(cuò)誤檢測(cè) (奇偶和 CRC)。 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示： 圖 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 IC 卡讀卡器射頻模塊接口電路設(shè)計(jì) 讀寫(xiě)模塊中的關(guān)鍵部件是 MFRC500。表 3． 1 給出了卡和天線(xiàn)的耦合系數(shù)為 0t3 時(shí)的天線(xiàn)大小和讀寫(xiě)距離關(guān)系： 表 天線(xiàn)大小與讀寫(xiě)距離關(guān)系表 [8] 50╳ 50 7 65╳ 54 10 85╳ 54 12 85╳ 85 8 90╳ 90 5 本設(shè)計(jì)中的讀卡器的天線(xiàn)采用 65mm╳ 54mm，圈數(shù)為方形天線(xiàn)。 品質(zhì)因數(shù) Q 和諧振頻率是電感藕合式射頻識(shí)別系統(tǒng)讀卡器天線(xiàn)的特征值，由于品質(zhì)因數(shù) Q 會(huì)影響天線(xiàn)讀寫(xiě)距離，所以是天線(xiàn)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它可以通過(guò)電感線(xiàn)圈的電抗與電阻 的比值計(jì)算出來(lái) 較高的品質(zhì)因數(shù)，會(huì)得到較高的讀卡器天線(xiàn)電壓，其中可增加應(yīng)答器即 IC 卡的能量傳輸。 MAX232是 MAXIM 公司生產(chǎn)的專(zhuān)用串行接口芯片，包括 2 路