【正文】 設(shè)計(jì)，并著重于軟件部分程序的設(shè)計(jì)。對(duì)初始化、發(fā)送請(qǐng)求、防沖突、選擇卡、三重認(rèn)證、讀卡和寫卡模塊做出了詳細(xì)的程序流程圖，并對(duì)其作了相應(yīng)的說明。賴樹明，任斌，余成[12]論述了如何研制了RFID讀卡器射頻電路的相關(guān)信息，包括零中頻解調(diào)技術(shù)、載波電路、信號(hào)調(diào)制電路及射頻功率放大電路，并給出射頻電路路模塊結(jié)構(gòu)的方案。三、發(fā)展趨勢(shì)非接觸式IC卡在物流、安全監(jiān)管等行業(yè)中應(yīng)用日漸廣泛，大有取代傳統(tǒng)磁卡和接觸式IC卡的趨勢(shì)。與此同時(shí)，識(shí)別射頻卡的設(shè)備，讀寫器的需求也越來越大。目前，在低頻和高頻頻段領(lǐng)域，讀寫器應(yīng)用比較成熟，但是開發(fā)的產(chǎn)品絕大多數(shù)都是固定式的，便攜低頻讀寫器的成熟產(chǎn)品卻很少，大多數(shù)產(chǎn)品是由國外公司開發(fā)，因此價(jià)格偏高。便攜式讀卡器使用靈活移動(dòng)性強(qiáng)、體積小、前景廣闊[13]使得對(duì)于部分對(duì)靈活性需求較高的應(yīng)用范圍受阻，因此讀卡器的發(fā)展將在于小型化、輕量化的方向有著進(jìn)一步的飛躍 對(duì)于非接觸式IC卡，也有向著與手機(jī)卡結(jié)合的趨勢(shì)：手機(jī)智能卡已經(jīng)由最初的鑒權(quán)模塊發(fā)展成為移動(dòng)通信業(yè)務(wù)和服務(wù)創(chuàng)新的主要載體，智能卡不僅提供用戶認(rèn)證功能和個(gè)人信息管理等基本業(yè)務(wù)，還將提供移動(dòng)銀行、信用卡、電子貨幣、交通卡、股票交易等需要較高認(rèn)證水平的業(yè)務(wù)，隨著電信運(yùn)營商綜合信息服務(wù)轉(zhuǎn)型的深入，智能卡將發(fā)展成為綜合信息服務(wù)卡。為了滿足綜合信息應(yīng)用發(fā)展的需要，在技術(shù)上智能卡主要朝著RFID和SIM融合，大容量，多應(yīng)用，高安全，高機(jī)卡通信速率等方向發(fā)展[14]。根據(jù)人們對(duì)于電子錢包、身份識(shí)別、金融理財(cái)、以及通訊的依賴，整合這些功能趨向于一卡多用的方向。因此讀卡器也將與通訊網(wǎng)相結(jié)合的方向上做出新的發(fā)展。四、存在問題 對(duì)于射頻識(shí)別技術(shù)而言，最大的問題莫過于生產(chǎn)成本。盡管射頻卡已經(jīng)運(yùn)用到多個(gè)領(lǐng)域，但是仍是以高成本的產(chǎn)品為主，而對(duì)于大多零售產(chǎn)業(yè)來說，RFID大范圍代替條形碼并不是短時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)的事情，尤其是對(duì)二三線城市而言，全面替換更是要待以時(shí)日。其次，對(duì)于需要全面監(jiān)控、實(shí)時(shí)了解人員行蹤的高保密單位或區(qū)域，RFID技術(shù)又略顯不足，還需要其他的系統(tǒng)輔助，而僅僅使用其他成熟的系統(tǒng)又可以滿足安全需要，RFID技術(shù)又只好作為備用或第二道防護(hù)。所以RFID在人員的防護(hù)角度上還未成熟。再次，RFID技術(shù)局限性。%,同時(shí)在閱讀器進(jìn)行多標(biāo)簽識(shí)別中仍然存在相互干擾現(xiàn)象,閱讀器讀取“盲區(qū)”現(xiàn)實(shí)存在。最后 ,標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一增加了隱性成本。全球RFID標(biāo)準(zhǔn)遲遲未能推出增加了未來系統(tǒng)維護(hù)、更新、集成的成本,加大了系統(tǒng)實(shí)施的隱性風(fēng)險(xiǎn)。五、主要參考文獻(xiàn) [1]胡小波, (465):2426[2] 張瑾,李芙玲. 隱含密鑰讀卡器探討. . 23(63):6498[3] 李彥林,董德發(fā). 射頻識(shí)別技術(shù)在智能交通信息采集中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 電子技術(shù)應(yīng)用. 2007(5):8385[4]薛永剛,胡之源,劉斌,王新民. 利用RFID技術(shù)進(jìn)行資產(chǎn)管理初探. (5):1618[5]葉里莎. RFID 技術(shù)的應(yīng)用. (40):267271[6] 郝良彬,李有科,. 武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào). (21):1921[7](1):5759[8]李仲陽,劉金平,李婷婷. (2):3638[9]朱正. (2):5254[10]李寶山,張慧元,(4):333336[11]沈忱,胡明. . (1):7779[12]賴樹明,任斌,(12):4143[13]張浩博, RFID讀卡器設(shè)計(jì). (9):4549[14]張文安,謝云. (10):925 指導(dǎo)教師審閱簽字： 年 月 日附錄3 中期報(bào)告.燕 山 大 學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告課題名稱：基于STC單片機(jī)的非接觸IC卡讀寫系統(tǒng) 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院 年級(jí)專業(yè)：07級(jí)電子信息工程2班 學(xué)生姓名：王永濤 指導(dǎo)教師：李英偉 完成日期： 一、任務(wù)書中本階段工作目標(biāo)與任務(wù)要求 經(jīng)過第一階段的收集資料，對(duì)于非接觸卡有一定的了解。因此本階段的主要工作要求，分為硬件各個(gè)電路部分的設(shè)計(jì)以及配套軟件的設(shè)計(jì)。并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行模擬運(yùn)行。 對(duì)于這一任務(wù)的要求有熟悉STC89LE516RD+與MFRC500之間的通訊方式以及MFRC500的工作狀態(tài)，對(duì)于硬件電路，進(jìn)行模塊分化，并對(duì)于各個(gè)模塊進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。對(duì)于程序流程的框架的總體設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)模塊的作用做詳細(xì)規(guī)劃，并且逐步的編寫程序。二、目前已完成任務(wù)情況 在本階段的學(xué)習(xí)工作中，首先對(duì)于整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于一個(gè)最近本的非接觸卡讀卡器需要有一下幾個(gè)部分：看門狗RC232通訊模塊天線FMRC500MCU時(shí)鐘信號(hào) 圖一 系統(tǒng)組成框圖 并且對(duì)各個(gè)模塊，進(jìn)行分別硬件電路的設(shè)計(jì)： 對(duì)于MCU的外部電路，主要除了外部供電以外，是各個(gè)模塊之間的接口，對(duì)應(yīng)的MCU端口運(yùn)用P0口進(jìn)行MFRC500的數(shù)據(jù)交換，并連接RD以及WR對(duì)于MFRC500芯片的讀寫進(jìn)行同步聯(lián)系。并且在XTAL1與XTAL2之間按照說明書添加晶振以及電容組成震蕩電路并對(duì)于4管腳接電阻接地，以免感應(yīng)波動(dòng)造成誤重啟。 圖二MCU外圍電路對(duì)于FMRC500芯片的由D0~D7進(jìn)行輸入，對(duì)于RC500芯片信號(hào)傳輸主要依靠單片機(jī)讀寫固定地址來實(shí)現(xiàn)。，由于FMRC500的電源與MCU的電源是運(yùn)用的共同的電源，所以沒有再次添加防抖電路。這樣可以保證輸出的無線電波的頻率可以和卡的接受頻率相耦合，從而達(dá)到提供能源以及通信的作用。信號(hào)通過TXTX2輸出震蕩信號(hào)傳遞到天線上，并在天線中部接地產(chǎn)生為穩(wěn)定的交流。 對(duì)于RC232接口的PL230采用12M的晶振，運(yùn)用DM和DP口通過連接D+和D來魚上位機(jī)進(jìn)行信息的通信。通過1口和5口進(jìn)行與單片機(jī)的信息通信，從而達(dá)到運(yùn)用232 端口來進(jìn)行上位機(jī)指令的執(zhí)行以及卡數(shù)據(jù)的回傳。 圖三 MFRC500外圍電路 圖四 PL230外圍電路 軟件部分的的設(shè)計(jì)是通過上位機(jī)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行卡操作，在操作的過程中首先需要對(duì)RC500進(jìn)行初始化，并在有卡的情況下首先讀取卡的序列號(hào)并通過PL230回傳卡上的固件信息，并等待上位機(jī)對(duì)卡操作的指令回傳到單片機(jī)上。從而執(zhí)行卡操作，讀卡寫卡以及各個(gè)塊的增減工作。并在操作結(jié)束以后，進(jìn)行下一次的卡序列號(hào)讀取對(duì)于RC500芯片信號(hào)傳輸主要依靠單片機(jī)讀寫固定地址來實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)于卡狀態(tài)的讀寫都是主動(dòng)獲取的，因此對(duì)于單片機(jī)來說占用資源相對(duì)較大，對(duì)卡操作指令的一些控制以及數(shù)據(jù)管理不適合存儲(chǔ)在單片機(jī)的芯片內(nèi)，相對(duì) 圖五 軟件流程圖來說存儲(chǔ)在上位機(jī)的軟件當(dāng)中是一種更好的選擇。對(duì)于上位機(jī)來說除了要傳輸用提供的指令以外，還要提供卡片操作的密碼，由于卡密碼操作很有可能會(huì)對(duì)卡造成死鎖，所以暫時(shí)使用固定密碼的形式，如有需要密碼的情況下可以在卡的存儲(chǔ)資源中開發(fā)一個(gè)扇區(qū)對(duì)用戶密碼進(jìn)行存儲(chǔ)。三、存在的問題和擬解決方法 對(duì)于程序的部分細(xì)節(jié)還沒有完全的編寫出來，是本階段最大的問題所在。由于程序的不完整，還沒有辦法進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，對(duì)于上位機(jī)匹配程序在整個(gè)讀卡器系統(tǒng)里來說也是不可或缺的部分，對(duì)于卡的種種操作無一離不開上位機(jī)的支持，對(duì)于PC電腦的程序的了解方面上還有些許欠缺，造成現(xiàn)在上位機(jī)系統(tǒng)的操作空白。對(duì)于卡的操作不能夠得以執(zhí)行是下一階段急需要解決的問題所在指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日七、系級(jí)教學(xué)單位審核意見：中期考核分?jǐn)?shù)： 考核組長簽字：年 月 日附錄4 附錄4 外文翻譯 MIFARE RF 接口 (ISO/IEC 14443 A)非接觸數(shù)據(jù)傳輸并提供能源（不需電池）工作距離：可達(dá)100mm （取決于天線尺寸結(jié)構(gòu)）工作頻率： MHz 快速數(shù)據(jù)傳輸：106 kbit/s高度數(shù)據(jù)完整性保護(hù)：16 Bit CRC，奇偶校驗(yàn)，位編碼，位計(jì)數(shù)真正的防沖突典型票務(wù)交易： 100 ms （包括備份管理） EEPROM1 Kbyte，分為16個(gè)區(qū)，每區(qū)4個(gè)塊，每塊16字節(jié)。 用戶可定義內(nèi)存塊的讀寫條件數(shù)據(jù)耐久性10年 安全性相互三輪認(rèn)證（ISO/IEC DIS97982）帶重現(xiàn)攻擊保護(hù)的射頻通道數(shù)據(jù)加密每區(qū)（每應(yīng)用）兩個(gè)密鑰，支持密鑰分級(jí)的多應(yīng)用場合每卡一個(gè)唯一序列號(hào)在運(yùn)輸過程中以傳輸密鑰保護(hù)對(duì)EEPROM的訪問權(quán)2 概述MIFARE MF1是符合ISO/IEC 14443A的非接觸智能卡。其通訊層（MIFARE RF 接口）符合ISO/IEC 14443A標(biāo)準(zhǔn)的第2和第3部分。其安全層支持域檢驗(yàn)的CRYPTO1數(shù)據(jù)流加密。 非接觸能源和數(shù)據(jù)傳遞在MIFARE卡中，芯片連接到一個(gè)幾匝的天線線圈上，并嵌入塑料中，形成了一個(gè)無源的非接觸卡。不需要電池。當(dāng)卡接近讀寫器天線時(shí)，高速的RF通訊接口將以106 kBit/s 的速率傳輸數(shù)據(jù)。 防沖突智能的防沖突功能可以同時(shí)操作讀寫范圍內(nèi)的多張卡。防沖突算法逐一選定每張卡，保證與選定的卡執(zhí)行交易，不會(huì)導(dǎo)致與讀寫范圍內(nèi)其他卡的數(shù)據(jù)沖突。 用戶便捷性MIFARE是針對(duì)用戶便捷性優(yōu)化的。例如，高速數(shù)據(jù)傳輸使得完整的票務(wù)交易在不到100 ms內(nèi)處理完畢。因此用戶不必在讀寫器天線處停留，形成高的通過率，減少了公共汽車的登車時(shí)間。在交易時(shí)，MIFARE卡可以留在錢包里，甚至錢包里有硬幣也不受影響。 安全安全的重點(diǎn)是防欺詐。相互隨機(jī)數(shù)和應(yīng)答認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和報(bào)文鑒別檢查和，防止各種破解和篡改，使其更適于票務(wù)應(yīng)用。不可更改的序列號(hào)，保證了每張卡的唯一性。 多應(yīng)用功能MIFARE提供了可以與CPU卡媲美的真正多應(yīng)用功能。每區(qū)兩個(gè)不同的密鑰支持采用分級(jí)密鑰的系統(tǒng)。3 功能說明 方框圖說明MF1 S50集成電路芯片內(nèi)含1 Kbyte EEPROM、RF接口和數(shù)字控制單元。能量和數(shù)據(jù)通過天線傳輸，卡中天線為幾匝線圈，直接連接到芯片上。.不再需要額外的組件。RF接口：– 調(diào)制解調(diào)器– 檢波器– 時(shí)鐘發(fā)生器– 上電復(fù)位– 穩(wěn)壓器防沖突：讀寫范圍內(nèi)的幾張卡可以逐一選定和操作。認(rèn)證：在所有存儲(chǔ)器操作之前進(jìn)行認(rèn)證過程，以保證必須通過各塊指定的密鑰才能訪問該塊。 控制和算術(shù)邏輯單元：數(shù)值以特定的冗余格式存儲(chǔ)，可以增減。EEPROM接口加密單元：域驗(yàn)證的CRYPTO1 數(shù)據(jù)流加密，保證數(shù)據(jù)交換的安全。EEPROM: 1 Kbyte，分16區(qū)，每區(qū)4塊。每一塊有16字節(jié)。每區(qū)的最后一塊稱作“尾塊”，含有兩個(gè)密鑰和本區(qū)各塊的讀寫條件。 通訊原理命令由讀寫器發(fā)出，根據(jù)相應(yīng)區(qū)讀寫條件受數(shù)字控制單元的控制。 呼叫（REQUEST STANDARD / ALL）卡上電復(fù)位后，通過發(fā)送request應(yīng)答碼（ATQA 符合ISO/IEC 14443A），能夠回應(yīng)讀寫器向天線范圍內(nèi)所有卡發(fā)出的request 命令。 防沖突循環(huán)（ANTICOLLISION LOOP）在防沖突循環(huán)中，讀回一張卡的序列號(hào)。如果在讀寫器的工作范圍內(nèi)有幾張卡，它們可以通過唯一序列號(hào)區(qū)分開來，并可選定以進(jìn)行下一步交易。未被選定的卡轉(zhuǎn)入待命狀態(tài)，等候新的request命令。 選卡（SELECT CARD）讀寫器通過select card命令選定一張卡以進(jìn)行認(rèn)證和存儲(chǔ)器相關(guān)操作。該卡返回選定應(yīng)答碼（ATS= 08h），明確所選卡的卡型。 三輪認(rèn)證（3 PASS AUTHENTICATION）選卡后，讀寫器指定后續(xù)讀寫的存儲(chǔ)器位置，并用相應(yīng)密鑰進(jìn)行三輪認(rèn)證。認(rèn)證成功后，所有的存儲(chǔ)器操作都是加密的。 存儲(chǔ)器操作認(rèn)證后可執(zhí)行下列操作：讀數(shù)據(jù)塊寫數(shù)據(jù)塊減值：減少數(shù)據(jù)塊內(nèi)的數(shù)值，并將結(jié)果保存在臨時(shí)內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器中。加值：增加數(shù)據(jù)塊內(nèi)的數(shù)值，并將結(jié)果保存在數(shù)據(jù)寄存器中?；謴?fù)：將數(shù)據(jù)塊內(nèi)容移入數(shù)據(jù)寄存器。轉(zhuǎn)存：將臨時(shí)內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容寫入數(shù)值塊。 數(shù)據(jù)完整性在讀寫器和卡之間的非接觸通訊鏈接中實(shí)施下列機(jī)制，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕好繅K16 bit CRC每字節(jié)的奇偶位位計(jì)數(shù)檢查位編碼，以區(qū)分”1”、 ”0”和無信息。通道監(jiān)控（協(xié)議序列和位流分析） 安全采用符合ISO 97982的三輪認(rèn)證，以保證高度的安全性。 三輪認(rèn)證流程a) 讀寫器指定要訪問的區(qū)，并選擇密鑰A或B。b) 卡從位塊讀區(qū)密鑰和訪問條件。然后，卡向讀寫器發(fā)送隨機(jī)數(shù)。（第一輪）c) 讀寫器利用密鑰和隨機(jī)數(shù)計(jì)算回應(yīng)值?；貞?yīng)值連同讀寫器的隨機(jī)數(shù)，發(fā)送給卡（第二輪）。d) 卡通過與自己的隨機(jī)數(shù)比較，驗(yàn)證讀寫器的回應(yīng)值，再計(jì)算回應(yīng)值并發(fā)送（第三輪）。e) 讀寫器通過比較，驗(yàn)證卡的回應(yīng)值。在第一個(gè)隨機(jī)數(shù)傳送之后，卡與讀寫器之間的通訊都是加密的。 RF接口RF接口符合非接觸智能卡標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 14443A。讀寫器的載波電磁場始終存在（發(fā)送中有短暫中斷），因?yàn)樗米骺ǖ碾娫?。?duì)于兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)通訊，每個(gè)數(shù)據(jù)幀都只有一個(gè)起始位。所傳送的每個(gè)字節(jié)末尾都有一個(gè)奇偶校驗(yàn)位（奇校驗(yàn)）。選定塊最低地址字節(jié)的最低位首先傳送。最大幀長為163 bit（16數(shù)據(jù)字節(jié)