【正文】 芯片是讀卡器的射頻模塊，天線模塊由天線耦合電路和天線組成，通信模塊由RS232 接口電路組成。 (5)根據(jù)讀取卡片數(shù)據(jù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，可將其分為廣播發(fā)射式、倍頻式和反射調(diào)制式三大不同系統(tǒng)。 (3)根據(jù)射頻卡供電方式可分為有源卡系統(tǒng)及無(wú)源卡系統(tǒng) 。 依據(jù)射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)的射頻卡系統(tǒng)，可 按照以下 5 種方式分類 ： (1)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)工作頻率的不同可分為高頻、中頻及低頻系統(tǒng) 。電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別物體的表面。無(wú)線電技術(shù)在自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域應(yīng)用中更具體的技術(shù)名稱為射頻識(shí)別。這兩類產(chǎn)品目前己廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，并已為人們所熟知。 目前應(yīng)用最廣泛的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)大致可以分為兩個(gè)方面 :光學(xué)技術(shù)和無(wú)線電技術(shù)兩方面。 自 動(dòng) 識(shí) 別 技 術(shù)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 10 (AutomatciEuqipmdIifiaction，簡(jiǎn)稱 AEI)是目前國(guó)際上發(fā)展很快的一項(xiàng)新技術(shù)。與傳統(tǒng)的條碼或磁條識(shí)別技術(shù)相比，射頻識(shí)別技術(shù)具有非接觸、作用距離遠(yuǎn)、精度高、信息的收集和處理快捷等一系列的優(yōu)點(diǎn)， 在工業(yè)自動(dòng)化、商品控制、交通運(yùn)輸控管等眾多領(lǐng)域 得到廣泛的發(fā)展 。 非接觸式 IC 卡的技術(shù)基礎(chǔ) 射頻識(shí)別技術(shù)是非接觸式智能卡系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是在射頻技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上于 20 世紀(jì) 80 年代中期問世的。 (5)非接觸式 IC 卡的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 非接觸式 IC 卡表面無(wú)觸點(diǎn)，因此接口設(shè)備與通信方式和接觸式卡不同，提供電源的方式也不同，為此 SIO/EIC 根據(jù)接口設(shè)備與 IC 卡作用距離的不同而定義了三個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如表 2， 2 所示 : 表 卡作用距離的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 卡類型 作用距離（約） ISO/IEC10536 密耦合 010mm ISO/IEC14443 近耦合 0100mm ISO/IEC15693 疏耦合 0100mm 其中 IOS/ICE 14443 又分為 TypeA 和 TypeB 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。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。每個(gè)扇區(qū)的塊 0、塊 塊 2 為數(shù)據(jù)塊，可用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)加密單元 :該單元完成對(duì)數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護(hù)。 RAM中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后 (卡片離開讀卡器天線的有效工作范圍內(nèi) )將被 清除。 RAM 和 ROM 單元 :RAM 主要配合控制及算術(shù)運(yùn)算單元，將運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行A 環(huán) RB B 環(huán) TOKEN AB 非接觸式 讀卡器 C環(huán) E 環(huán) D 環(huán) TOKEN BA Mifare 卡片 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 8 暫時(shí)存儲(chǔ)，如果某些數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)到 EEPROM，則由控制及算術(shù)運(yùn)算單元取出送到 EEPROM 存儲(chǔ)器中 。它主要進(jìn)行對(duì)整個(gè)卡片 的各個(gè)單位進(jìn)行微操作控制，協(xié)調(diào)卡片的各個(gè)步驟 。上述的敘述已經(jīng)可以充分地說(shuō)明了 Miarfe 卡片的高度安全性，保密性，及卡片的應(yīng)用場(chǎng)合多樣性，一卡多用。如想對(duì)其他扇區(qū)進(jìn)行操作，必須完成上述的認(rèn)證過程。如果上述的每一個(gè)環(huán)都為“真”，都能正確通過驗(yàn)證，則整個(gè)的認(rèn)證過程將成功，讀卡器將能對(duì)剛剛認(rèn)證通過的卡片上的這個(gè)扇區(qū)進(jìn)行下一步的操作。D 環(huán)表示如果 C 環(huán)校驗(yàn)是正確的，則卡片向讀卡器發(fā)送令牌 TOKENBA 給讀卡器 。B 環(huán)表示由讀卡器收到 RB 后向卡片發(fā)送一個(gè)令牌數(shù)據(jù) TOKENAB，其中包含了讀卡器發(fā)出的一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù) RA。三遍認(rèn)證的令牌原理框圖如圖 。因此每個(gè)扇區(qū)可獨(dú)立地應(yīng)用于一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合。 認(rèn)證模塊 :在確認(rèn)了上述的三個(gè)步驟，確認(rèn)己經(jīng)選擇了一張卡片時(shí)，程序員對(duì)卡片進(jìn)行讀寫操作之前，必須對(duì)卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼進(jìn)行認(rèn)證，如果匹配，則允許進(jìn)一步的讀、寫操作。被射頻接口電路 數(shù)字電路部分 Clock Data d 波形轉(zhuǎn)換 選擇模塊 整流 電壓調(diào)節(jié) EEPROM 數(shù)據(jù)加密單 ROM 認(rèn)證模塊 RAM 接口 ATR 請(qǐng)求模塊 存儲(chǔ)器 調(diào)制解調(diào) 控制算術(shù)單元 控制算術(shù)單元 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 7 選中的卡片將存儲(chǔ)在卡片上的卡片的容量傳送給讀卡器。 AntiColision 模塊 (防重疊功能 )啟動(dòng)工作時(shí)，讀卡器將得到卡片的序列號(hào)，共有 5 個(gè)字節(jié)，實(shí)際有用的為 4 個(gè)字節(jié)，另一個(gè)字節(jié)為序列號(hào)的校驗(yàn)字節(jié)。由于每一張卡片都有其唯一的序列號(hào)，因此讀卡器根據(jù)卡片的序列號(hào)來(lái)識(shí)別已選的卡片，讀卡器中 MFRCSOO 芯片的 AntiColisoin 防重疊功能配合卡片上的防重疊功能模塊，由程序員來(lái)控制讀卡器，根據(jù)卡片的序列號(hào)來(lái)選定一張卡片。 AntiColision 防重疊模塊 :防 (卡片 )重疊功能，如果有多張卡片處在讀卡器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)， AntiColision 模塊的防重疊功能將被啟動(dòng)工作。 數(shù)字電路部分 ,ATR 請(qǐng)求模塊 :當(dāng)一張卡片處在讀卡器天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，程序員控制讀卡器向卡片發(fā)出 REQUEST ALL(或 REQUEST STD)命令后，卡片的 ATR 模塊將啟動(dòng)，將卡片中的卡片類型號(hào)共 2 個(gè)字節(jié)傳送給讀卡器 ，建立卡片與讀卡器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。用戶所要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被存放在該單元中。 EEPROM 存儲(chǔ)器及其接口電路 :該單元主要用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 (3)非接觸式 IC 卡的功能 組成 本課題采用的非接觸式 IC 卡是 PhiliPs 公司 Miarfe Classic 非接觸式 IC 卡系列的 Miarfe Stnadadr 產(chǎn)品。同時(shí)，由于讀卡器可以置于障礙物的后面而不影響它與卡的通訊，可以防止在接觸式 IC 卡的使用中對(duì)讀卡器進(jìn)行惡意破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)。 高可靠性非接觸式 IC 卡與讀卡器之間無(wú)機(jī)械接觸，避免了由于接觸而產(chǎn)生的各種故障，同時(shí)無(wú)需擔(dān)心由于觸點(diǎn)損壞或 脫落而導(dǎo)致卡片失效，提高了應(yīng)用的可靠性及設(shè)備和卡的壽命。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。 (2)非接觸式 IC 卡的特點(diǎn) 非接 觸式 IC 卡無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)，通過無(wú)線方式與讀寫設(shè)備進(jìn)行通訊，與接觸式IC 卡相比具有以下特點(diǎn) : 操作快捷 ： 卡與讀卡器之間為無(wú)線通訊，使用時(shí)無(wú)需插拔卡及固定方向。按照卡與外界數(shù)據(jù)傳送的方式來(lái)分， IC 卡分為接觸式IC 卡和非接觸式 IC 卡，當(dāng)前廣泛使用的是接觸式 IC 卡，但是非接觸式 IC 卡是將來(lái) IC 卡發(fā)展的方向。邏輯加密卡 ： 卡中的集成電路具有加密邏輯和 EEPROM；CPU 卡 ： 卡中的集成電路包括中央處理器 CPU、 EEPROM、 RAM 以及固化在 ROM中的片內(nèi)操作系統(tǒng) COS。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 5 非接觸式 IC 卡 （ 1）非接觸式 CI 卡的分類 IC 卡可以根據(jù)卡中所鑲嵌的集成電路的不同可以分成三類。該讀卡器是針對(duì) PhiliPs 公司 Miarfe 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，能 夠讀寫 Miafer 系列的非接觸式 IC 卡。 讀卡器 門禁系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是讀卡器，它由微處理器、外圍擴(kuò)展器件、讀寫芯片、射頻天線、串行通信接口等幾部分組成。 (5)門禁設(shè)備 :門禁設(shè)備由讀卡器中單片機(jī)的 P0 口根據(jù)刷卡情況發(fā)出控制信號(hào)控制，密碼認(rèn)證通過開門，否則不開門。另一 種是讀卡器獨(dú)立工作，內(nèi)部用較大的存儲(chǔ)器存放讀卡數(shù)據(jù)，采用采集器采集讀卡器中的數(shù)據(jù)，再傳送到PC 管理機(jī)上。 (3)液晶顯示器 :依據(jù)智能門禁系統(tǒng)的功能要求，當(dāng)有人刷卡時(shí)，需要顯示時(shí)間信息 (年、月、日及時(shí)、分、秒 )、卡號(hào)信息 (5 位卡號(hào) )、姓名以及刷卡狀態(tài) (有效或無(wú)效 )。 (l)讀卡器 :是門禁系統(tǒng)的主要設(shè)備，直接與 PC 機(jī)通過 RS 一 232 串行口相連，只要有非 接觸式 IC 卡進(jìn)入讀卡器天線射頻能量范圍，讀卡器便通過射頻信號(hào)與IC 卡通信，認(rèn)證密碼，讀取卡中的數(shù)據(jù)，并將其存入計(jì)算機(jī)中。也正因?yàn)槿绱?，許多軟硬件企業(yè)也紛紛瞄準(zhǔn)這一新的 IC 卡領(lǐng)域進(jìn)行生產(chǎn)與開發(fā)，相信非接觸式 IC 片的廣泛應(yīng)用前景必將帶來(lái)這一市場(chǎng)越來(lái)越激烈的競(jìng)爭(zhēng)和更快的發(fā)展。如 2021 年 12 月份在上海推出的社會(huì)保障卡，存儲(chǔ)了持卡者的指紋、姓名、身份證號(hào)碼、照片、工作單位、婚姻狀況等信息，真正做到了個(gè)人信息電子化。我國(guó)政府在 1993年制定的“金卡工程實(shí)施計(jì)劃”及全國(guó)范圍的金融卡網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 10 年規(guī)劃，是一個(gè)旨在加速推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的重大國(guó) 家級(jí)工程。 隨著國(guó) 內(nèi)廠商硬件技術(shù)的成熟，其單套系統(tǒng)的最終用戶價(jià)已 進(jìn)入 3000 元以內(nèi)。 Lgeci 射頻卡容量為 256 字節(jié) EEPROM，讀寫距離 1ocm，己用于公交系統(tǒng)等。相應(yīng)的讀寫基站芯片為 U2270B，此芯片在動(dòng)物身份識(shí)別等方面得到了應(yīng)用。此外還有一種 MF3CID40 卡，密碼機(jī)制更加完善，不是按塊而是按文件操作，波特率高達(dá) 106 一 424KPbs，有防撕扯功能、值文件功能等 28 種用途。 Philips 公司的 MiarfeIC 卡系列產(chǎn)品有三大類 :Miarfe Stnadard， Miarfe light，MiafrePLUS(第一代 )和 MiarfePRO(第二代 )。當(dāng)今世界上非接觸式 IC 卡主流產(chǎn)品是 PhiliPs 公司蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 3 的 Miafer 技術(shù)，己經(jīng) 被制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 150/IEC14443TypeA 標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)、英國(guó)次之 。國(guó)外對(duì) IC 卡的研究和應(yīng)用較早，特別是在美國(guó)和歐洲，但非接觸式 IC 卡方面的研究使用也只是近幾年的事。正是由于市場(chǎng)的不斷成熟，人們?cè)谄毡榻邮荛T禁系統(tǒng)的觀念之后，在采購(gòu)方面就可以很方便地分別從不同公司采購(gòu)到各部分設(shè)備，自己進(jìn)行系統(tǒng)集成安裝成整套系統(tǒng)。生產(chǎn)控制器的公司只研究生產(chǎn)控制器和軟件，如美國(guó)的NohrtemComputer 公司、 CSI 公司。根據(jù)卡與外界進(jìn)行交換時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸方式，可將 IC 卡劃分為 :串行 IC 卡、并行 IC 卡 :根據(jù)卡的應(yīng)用領(lǐng)域不同，可將 IC 卡劃分為 :金融卡和非金融卡。根據(jù)鑲嵌的芯片不同，可將 IC 卡劃分為 :存儲(chǔ)卡、邏輯加密卡、 CPU 卡和超級(jí)智能卡 。在非金融領(lǐng)域中，如 IC 卡預(yù)收費(fèi)系統(tǒng)、 IC 卡門禁 、 IC 卡考勤系統(tǒng)、公交一卡通系統(tǒng)等。 IC 卡的應(yīng)用可分為金融系統(tǒng)應(yīng)用和非金融系統(tǒng)應(yīng)用，在某些場(chǎng)合這兩種應(yīng)用又有著緊密的聯(lián)系?？▋?nèi)存儲(chǔ)有唯一的發(fā)行人和持卡人的識(shí)別標(biāo)志，用以唯一的確定卡的身份。它將微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。芯片一般是不易揮發(fā)性存儲(chǔ)器 (ROM、 EPRMO、 EEPROM)，保護(hù)邏輯電路，甚至于 CPU(中央蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 2 處理單元 )。 智能 IC 卡簡(jiǎn)介 IC 卡，又稱“集成電路卡”、“智能卡”，英文名稱“ SmartCard”。再者，由于非接觸 IC 卡的大容量讀寫存儲(chǔ)特性，使感應(yīng)卡門禁與考勤、計(jì)費(fèi)、停車場(chǎng)等功能相結(jié)合，提升了系統(tǒng)性能及潛在價(jià)值。這個(gè)時(shí)期的門禁系統(tǒng)還停留在早期不成熟階段，因此當(dāng)時(shí)的門禁系統(tǒng)通常被人稱為電子鎖，應(yīng)用也不廣泛。磁卡鎖的問題是信息容易復(fù)制，卡片與讀卡機(jī)具之間磨損大，故障率高，安全系數(shù)低。為了解決這些問題，就出現(xiàn)了電子磁卡鎖和電子密碼鎖。傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖僅僅是單純的機(jī)械裝置，無(wú)論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多么合理，材料多么堅(jiān)固，人們總能通過各種手段把它打開。智能門禁系統(tǒng)置身于現(xiàn)代化大廈和生活小區(qū)內(nèi)，給都市生活增添了風(fēng)采。怎樣才能使人們的安全防范措施跟得上科技的發(fā)展，并且更有效的阻 止犯罪行為呢 ?僅僅靠傳統(tǒng)的門鎖和防盜門是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 關(guān)鍵詞 ：非接觸式 IC 卡；單片機(jī)；讀卡器；天線 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 ii Abstract Radio frequency identification technology is developed in recent years of a new automatic identification technology, which use radio frequency between the contactless IC card and card reader for wireless munications, target identification and data exchange. Atmel39。系統(tǒng)硬件還包括液晶顯示屏、時(shí)鐘電路、蜂鳴器報(bào)警電路、開鎖電路、外圍天線電路，并通過 RS232 通信接口與 PC 管理機(jī)通信。 LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 基于非接觸式 IC 卡的宿舍門禁系統(tǒng) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化（ 2）班 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 電氣工程與信息工程學(xué)院 答辯日期 2021 年 6 月 12 日 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 i