【正文】 9 芯片選擇 Ⅲ ABSTRACT 4 非接觸式 IC 卡的技術(shù)原理 24 PC 機與單片機之間的通信設(shè)計 24 單片機與發(fā)卡機的通信設(shè)計 38 參考文獻 40 山東建筑大學畢業(yè)論文 III 摘 要 隨著車輛數(shù)的不斷增加，高速公路人力收費效率低的問題日益凸現(xiàn)，并影響到道路的暢通和正常運行。這不僅增加了收費站車輛的延誤時間，而且增大了車輛的運行成本，還增加了汽車尾氣的排放。 (4)實現(xiàn)車道間卡 的直接周轉(zhuǎn)，大量減少系統(tǒng)用卡量。從收費管理工作本身來說，自動發(fā)卡裝置對外起到一定的堵漏功能，對內(nèi)節(jié)約開支也有其增收作用?？墒褂猛ㄓ嵖刂瓢l(fā)卡器發(fā)卡； 以非接觸 IC 卡讀寫技術(shù)為核心，構(gòu)建一種性能可靠，具有較高性價比的高速公路自動發(fā)卡系統(tǒng)，從而更好的提高高速公路運行的流暢性。 RFID 技術(shù)的這些優(yōu)點，使其在工業(yè)自動化領(lǐng)域中得到了廣泛的應用 [1]。相對磁卡安全可靠（數(shù)據(jù)加密存儲，加密讀寫），數(shù)據(jù)存儲容量大，可以一卡多用，可靠性及壽命比磁卡高，讀寫機構(gòu)比磁卡讀寫機構(gòu)簡單，造價便宜，山東建筑大學畢業(yè)論文 5 維護較方便。非接觸式 IC 卡中有防沖突機制 ,能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾 ,可以“同時 ”處理多張非接觸式 IC 卡 ,提高了應用的并行性 ,無形中提高了系統(tǒng)工作速度； (4)可以適應于多種應用。該系統(tǒng)在公路收費站設(shè)有尋呼器、自動跟蹤攝像機及信息綜合處理 系統(tǒng) ,汽車上裝有非接觸式 IC 卡作為公路付費卡 ,付費卡中存儲著駕駛員信息、車輛信息、有關(guān)帳戶或金額 ,該系統(tǒng)具體的工作過程為 :(1)汽車以一定速度駛?cè)雽ず羝鞴ぷ鲄^(qū) ,付費卡接收到尋呼器的無線號； (2)付費卡根據(jù)收到信號處理通行費用 ,將反饋信息發(fā)射給尋呼器； (3)尋呼器檢查接收到的反饋信息進行判斷 ,如果收費正常則放行 ,否則啟動自動跟蹤攝像機拍下該車牌照并將與其有關(guān)的信息一起傳輸?shù)叫畔⒕C合處理系統(tǒng)。非接觸式 IC 卡收費系統(tǒng)則能很好地解決以上問題 ,不僅具有防灰塵、防水汽、防震動、防靜電、防電磁干擾等特性 ,而且其防沖突機制可以同時操作多張卡片 ,這在我國自然環(huán)境條件較差 ,車輛異常擁擠的情況下 ,更具有實際意義 ,不僅可使公共汽車公司完善管理機制 ,提高經(jīng)濟效益 ,還可以大大方便乘客?？梢韵嘈?,隨著大規(guī)模集成電路和制造工藝的發(fā)展開發(fā)工具的日漸成熟 ,非接觸式 IC 卡必將在我國各個領(lǐng)域廣泛應用。三級 程序存儲器 鎖定； 單片機模塊設(shè)計 1 復位電路 P89C51RD2 單片機 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。下面為單片機震蕩部分原理圖： 圖 單片機振蕩電路原理圖 讀寫模塊的設(shè)計 芯片的選擇 在讀寫模塊的設(shè)計中，我選擇了 RC500 芯片。具有內(nèi)部 地址鎖存 和 IRQ 線 ,可以很方便地與 MCU接口； 根據(jù)寄存器的設(shè)定對發(fā)送數(shù)據(jù)進行調(diào)制山東建筑大學畢業(yè)論文 11 得到發(fā)送的信號。為提高讀寫距離，所設(shè)計的天線須在盡可能大的范圍內(nèi)產(chǎn)生所需的電磁場。 在設(shè)計中存儲模塊用單片機與非易失性 24C128 的通信也是通過與行業(yè)標準協(xié)議兼容的 2 線 I2C 總線完成。下面為 DS1302 的引腳圖： 山東建筑大學畢業(yè)論文 14 圖 DS1302 引腳圖 時鐘模塊系統(tǒng)主要由 1 個 DS1302 數(shù)字時鐘芯片、一個晶振，還有一個備用電池組成。功能是產(chǎn)生 +12V 和 12V兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 MAX232 芯片的引 腳圖如下： 圖 MAX232 引腳圖 MAX232 的工作電源為單電源，為了滿足 RS232 電平要求， MAX232 內(nèi)部有一個電壓變化電路，與外接的 4 個 1UF 的電容一起長生 +10V 或 10V 的工作電源。 （ 6） PC 機接收數(shù)據(jù)。 3 至 25 表示邏輯 “1”， +3 至 +25 表示邏輯 “0”，其電平與 TTL 和 CMOS 電平是不同的，所以在通信時必須進行換。在這里我用了一個開關(guān)來分配 RS232 通訊口，當 RXD， TXD分別接 RXD1， TXD1 時，單片機系統(tǒng)是和計算機通信的。 10 Lower（卡量少） 開集電極輸出，低電平有效。它可以解決反向浪涌電流對穩(wěn)壓 IC 的沖擊。當 管腳為高時，非門輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。壞卡回收盒用于回收不能讀寫的壞卡，避免無效的通行卡從卡 口發(fā)出，以免司機誤領(lǐng)無效入口卡。 山東建筑大學畢業(yè)論文 22 4 軟件設(shè)計 以非接觸 IC 卡自動發(fā)卡系統(tǒng)軟件需求分析內(nèi)容為依據(jù)，將系統(tǒng)軟件設(shè)計分為一個總體功能流程模塊和四個子功能模塊。有三種情況會導致 ERROR 信號的輸出：①在發(fā)卡器預發(fā)卡時，如果反復五次均未將卡片發(fā)出，即預發(fā)卡失敗時（蜂鳴器響“嘟、嘟、嘟”三短聲）；②當發(fā)卡 器檢測到前向通道中有卡片堵塞時（蜂鳴器響“嘟、嘟”兩短聲）；③當發(fā)卡器檢測到回收倉中卡片已裝滿時（蜂鳴器響“嘟、嘟、嘟、嘟”四短聲）。 （ 4）發(fā)卡方式設(shè)置。在此方式，輸入山東建筑大學畢業(yè)論文 24 Payout 信號且 VD 信號有效時，發(fā)卡器會將卡片直接發(fā)送至出卡口，同時將 OUTOK 信號置低，直到卡片被取走才將 OUTOK 信號置高。 運行流程圖如下所示： PC 機 MAX232 單片機 山東建筑大學畢業(yè)論文 25 圖 PC機與單片機之間通信流程圖 PC 機向單片機傳輸信息 單片機反饋信息給 PC 機 開始 初始化 主程序 Y 導出發(fā)卡記錄 卡片寫信息 N Y 山東建筑大學畢業(yè)論文 26 N Y N Y N 圖 PC 機寫信息流程圖 PC 機寫信息 初始化 執(zhí)行中斷 SBUF=a 通信一 TI=1 Flag=1 RI=1 結(jié)束 山東建筑大學畢業(yè)論文 27 N Y 圖 單片機反 饋信息流程圖 89C51 內(nèi)部含有一個可編程全雙工串行通信接口，具有 UART 的全部功能。 TI 和 RI是由硬件置位的，但需要用軟件復位。在這種工作方式下，發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)都通過 RXD（ ）進行，從 TXD（ ）輸出移位脈沖，控制外部的移位寄存器移位。 單片機與發(fā)卡機的通信設(shè)計 發(fā)卡器與主機之間的通訊采用標準的 8 位異步數(shù)據(jù)傳送格式。具體說來， 89C51 通過串行口接收 PC 機的指令，完成對卡的操作和整個讀寫器的管理； MF RC500 負責 信號的編碼、解碼，信號的調(diào)制、解調(diào)；外圍電路建立讀寫器同射頻卡之間的聯(lián)系，此部分的設(shè)計直接影響到射頻功率的大小以及系統(tǒng)的抗干擾能力； Mifare1 卡是系統(tǒng)的應用終端，接收讀寫器的指令并返回指令執(zhí)行結(jié)果。 反碰撞操作：如果有多張 Mifar1e 卡處在讀寫器天線的工作范圍之內(nèi)時，讀寫器首先與每一張卡進行通信，取得每一張卡的 ID 號。 MF RC500 是與射頻卡實現(xiàn)無線通信的核心部件，也是讀寫器操作 Mifare1 卡的關(guān)鍵接口芯片。芯片的中斷請求有定時設(shè)置到、發(fā)送請求、接收請求、一個命令執(zhí)行完、 FIFO 滿、 FIFO 空等六種。下面是 DS1302 時鐘模 塊程序流程圖： 圖 DS1302 時鐘設(shè)計流程圖 DS1302 內(nèi)有 2 類寄存器，一類用于存放時鐘 /日歷數(shù)據(jù)，另一類是靜態(tài) RAM。當時間能連續(xù)運行時，在時鐘脈沖讀的開始，當前時間被傳送到另外一組寄存器，時間信息從這些從寄存器讀出。當所有 64 字節(jié)接收完畢，主器件發(fā)送停止信號，內(nèi)部編程周期開始。連續(xù)讀操作：可通過立 即讀或選擇性讀操作啟動。例如：有的是標號未定義；有的是少標點符號；有的是標號重復定義；有的是多輸入一個空格符等。而又通過對單片機的學習和了解，加深了對專業(yè)的理解。如沒有達到設(shè)計要求，應修改源程序，并編譯、下載、調(diào)試，直到達到設(shè)計要求。當主器件不發(fā)送應答信號而發(fā)送停止位時結(jié)束此操作。 單片機對 24C128 的讀操作三種方式如下所示。 存儲器模塊設(shè)計 存儲器模塊軟件設(shè)計流程圖所示： 圖 AT24C128 存儲模塊設(shè)計流程圖 系統(tǒng)初始化 存儲信息 從 AT24C128 該地址讀出寫入的信息 延時 向 AT24C128 寫入一個 8 位的數(shù)據(jù)信息 開始 山東建筑大學畢業(yè)論文 35 單片機對 AT24C128 的寫操 作兩種方式如下所示。多字節(jié)模式可用于時鐘 /日歷或有 31 個十進制地址 (地址 /命令位 1～ 5 設(shè)為 1)的 RAM 寄存器。微處理器可借助于定時器完成有關(guān)定時任務(wù)的管理。 MF RC500 支持ISO14443A 所有的層，內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動近操作距離的天線（可達 100mm）；接收器部分提供一個堅固并有效的解調(diào)和解碼電路，用于ISO14443 兼容的應答器信號；數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶 amp。 卡選擇操作：完成了上述二 個步驟之后，讀寫器必須對卡進行選擇操作。在每次上電或硬件復位后， MF RC500 也復位其并行微處理器接口模式并自動檢測當前微處理器接口的類型。 表 主機操作命令表 命 令 代 碼 (ASCII) 描 述 發(fā)卡（ D i s p e n s e C a r d ) DC 發(fā)卡器在就緒狀態(tài)時，收到此命令后執(zhí)行發(fā)卡操作 回收（ Capture) CP 當卡片處于預讀卡位置或取卡位置時，執(zhí)行此命令 查詢（ Request Flag) RF 立即返回發(fā)卡器當前狀態(tài)信息（發(fā)卡器應答命令）。方式 1： 8 位 UART， 1 幀信息為 10 位，其中一位起始位 “0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）和一個停止位 “1”， 波特率可變，根據(jù)定時器 1 的溢出率計算。兩緩沖器只用一個字節(jié)地址 99H，可通過指令對 SBUF 的讀寫來區(qū)別是對接收緩沖器的操作還是對發(fā)送緩沖器的操作。在進行異步通信時，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別在各自的時鐘（ TCLK 和 RCLK）控制下進行的，但都必須與字符位數(shù)的波特率保持一致。還有就是導出發(fā)卡信息，比如說卡片發(fā)送的時間地點等。這由發(fā)卡器控制板上的拔碼開關(guān) CN9 的 DIP1 來設(shè)置。當用戶主機檢測到發(fā)卡器有 ERROR 信號輸出時，可以通過 RESET 信號使發(fā)卡器復位。 發(fā)卡機整體模塊設(shè)計 發(fā)卡機功能和工作流程框圖如下： 圖 發(fā)卡機功 能流程圖 自動發(fā)卡機具體工作的指令和流程： （ 1）復位和自動回收。針對傳統(tǒng)無人值守發(fā)卡機的致命的 “卡卡、發(fā)多張卡 ”問題， 這次選擇的TCD720M/800M 發(fā)卡器 在 傳統(tǒng)的出卡口結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做了一些改進，能保證每次只讓一張卡片被驅(qū)動。蜂鳴器設(shè)計如下圖所示： 圖 蜂鳴器電路 自動發(fā)卡機機械構(gòu)造 簡介 這次發(fā)卡機器選擇的是 TCD720M/800M，下面簡單介紹以下它的機械構(gòu)造。下面是電源模塊的原理圖： 山東建筑大學畢業(yè)論文 20 圖 電源模塊接線原理圖 其他外圍硬件設(shè)計 指示燈設(shè)計 取卡口對應著獨立的發(fā)卡機構(gòu)，通行卡寫卡成功后，從取卡口發(fā)出，取卡指示燈隨著亮起，提示司機在相應的卡口取卡。 12 Empty（卡箱空） 開集電極輸出，低電平有效。因為當發(fā)卡