【正文】 ications technology rapidly developing, the public transport system and IC card technology integration has bee an inevitable trend of social development today. This makes the realization of public transport fares automatically have a realistic and technical possibility. This thesis puts forward the noncontact public transportation IC card reader system which adapts radio frequency technology and takes the fast safe and stable as the performance. At the same time this article discusses the position of the system which based on the AT89S51 and the MFRC500, and explains the working principle of the system and the corresponding hardware and software designations in detail. Keywords: AT89S51。 reader。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。 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。 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。同時，為 城市居民的出行提供了極大的方 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。公共交通實(shí)行一卡通也是大勢所趨。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 。 (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。 3) 及時掌握客流情況，科學(xué)合理調(diào)度而創(chuàng)造效益。 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。 7) 有效制止了假幣的流通。 2) 方便市民，減少社會現(xiàn)金流通量。 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。 IC 卡技術(shù)的應(yīng)用 與發(fā)展 IC 卡 的 概念是 20 世紀(jì) 70 年代初提出的 ， 法國布爾公司 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。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。 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) 。 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。 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)。 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?，F(xiàn)在全國發(fā)行的 IC 卡中 ， 90%以上是采用存儲器 IC 卡。目前 ， 非接觸式 IC 卡已成為世界智能卡發(fā)展的主流。下一代最具有前途的 IC 卡是接觸式 IC卡 和 非 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。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。另一方面要加強(qiáng) IC 卡安全管理 ， 密鑰管理尤其重要。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。 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 4 頁 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)。 2. 實(shí)現(xiàn)公交 控制系統(tǒng)的規(guī)范化和數(shù)字化管理 。 4. 控制系統(tǒng)具有可靠的安全管理系統(tǒng) 。 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。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。 2. 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. 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。本文重點(diǎn)介紹 以 AT89S51 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) 。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。 3. 完成 公交汽車 IC 卡 控制系統(tǒng) 的軟件設(shè)計 。 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 5 頁 第 2 章 設(shè)計方案論證和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 方案論證 從提供電源的角度來看，非接觸式 IC 卡可分為有源和無源 兩 種。從成本和生產(chǎn)方面考慮，無源系統(tǒng)是主流。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? 非接觸式 IC 卡，由于卡與讀寫器間無機(jī)械接觸，而是借助 “ 空間媒介 ” 電磁波進(jìn)行通訊，故在保留接觸式智能卡原有優(yōu)點(diǎn)的同時 ，又具備如下諸多長處 : (1) 可靠性高、壽命長 卡與讀寫器間無機(jī)械接觸，故不存在接觸式讀寫器可能出現(xiàn)的各種故障，卡和讀寫器均無裸露觸點(diǎn)，則無須擔(dān)心觸點(diǎn)損壞或脫落所致之卡片失效。這些都將大大提高卡乃至機(jī)具的可靠性和使用壽命。 (3) 安全性好 卡與讀寫器間采用三次相互確認(rèn)的雙向驗(yàn)證機(jī)制，在讀寫器驗(yàn)證卡的合法性的 同時卡也對讀寫器合法性進(jìn)行檢驗(yàn)?？▋?nèi)各扇區(qū)均有自己的操作密碼和訪問條件，并實(shí)行芯片傳輸密碼保護(hù)。 (5) 一卡多用 用戶可根據(jù)需要，靈活定義各存儲扇區(qū)的密碼和訪問條件，以便互不影響地河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 6 頁 分別滿足不同場合、不同用途的要求。目前，在世界智能卡市場上主要有三大品牌 : Mifare， Temic， Legic 它們各具特點(diǎn)，性能也各具千秋。在本系統(tǒng)采用符合 IS014443 標(biāo)準(zhǔn)的 Mifare 1 型非接觸式邏輯加密卡。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng) 以 AT89S51 單片機(jī)作為微控制器，采用 MFRC500 芯片作為射頻卡讀 /寫模塊，以 MAX813L 作為系統(tǒng) 看門狗監(jiān)控器，采用大屏幕點(diǎn)陣 LCD 顯示，并以 RS232 接口和計算機(jī)通信，組成一套功能齊全的非接觸 IC 卡讀寫系統(tǒng)。它集 Flash程序存儲器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中， ATMEL 公司的 AT89S51 單片機(jī)功能強(qiáng)大，價位低，可靈活應(yīng)用于各種控制場合。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 (5) XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 (7) P0 口： P0 口為一個 8 位漏 極 開路雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 (9) P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口 緩沖器可 吸收 或 輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 (10) P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可 吸 收 或 輸出 4個 TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 (11) ALE//PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 監(jiān)控 模塊 概述 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和制造工藝的日益成熟 ， 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬 ， 但由于單片機(jī)自身的抗干擾能力較差 ， 尤其是在一些條件比較惡劣 ， 噪聲大的場合 ， 常會出現(xiàn)單片機(jī)因受外界干擾而導(dǎo)致死機(jī)的現(xiàn)象 ， 造成系統(tǒng)不能正常工作。 本監(jiān)控 電路采用 性能可靠、使用簡單、價格低廉的 MAX813L芯片 ， MAX813L芯片 應(yīng)用在單片機(jī)產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力 。 其功能是 ： 上電和掉電時給AT89S51產(chǎn)生 RESET信號 ，由 看門狗 定時器 對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控 ， 防止死機(jī) 。 ◇ 獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在 s 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖健? ◇ 門限電壓為 ◇ 低電平有效的手動復(fù)位輸入。 (2) 引腳及功能 MAX813L 引腳如圖 33 所示。與 TTL/CMOS 兼容。 3) 電源接地端（ GND）：接 0 V 參考電平。 5) 電源故障輸出端（ )： 電源正常時，保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健Ｈ舫^ s該輸入端 接 收不到脈沖信號，則內(nèi)部定時器溢出， 8 號引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健? 8) 看門狗信號輸出端（ ） ： 正常工作時輸出保持高電平，看門狗輸出時，該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖健? MAX813L 與 AT89S51 單片機(jī)的接口電路如圖 34 所示。 圖 34 監(jiān)控接口電路 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 12 頁 鍵盤輸入模塊 本系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤，當(dāng)讀寫器不聯(lián)計算機(jī)獨(dú)立工作時，完成讀卡、寫卡、加值、減值等控制。 鍵盤接口電路圖如圖 35 所示： 鍵盤接口電路共有 4 個鍵。 加值鍵：通過此鍵對用戶卡進(jìn)行加值。 退出鍵：通過此鍵對用戶卡進(jìn)行顯示操作。 液晶 顯示 模塊 1602 概述 顯示模塊采用點(diǎn)陣式 LCD 液晶顯示，使用戶自定義輸入變得非常方便。 LCD 自帶字符庫，不必利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，利用 LCD 的字符庫進(jìn)行編程，可以實(shí)現(xiàn)各信息的顯示，既節(jié)約了資源，又省去了大量的編程任務(wù)。 (1) 引腳結(jié)構(gòu)和功能 。 1602 引腳功能如表 31 所示。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。需要背光時， BLA 串接一個限流電阻接 VDD， BLK 接地，實(shí)測該模塊的背光電流為 50mA 左右 ， 一般接一個幾十歐姆的電阻， 47 歐、 33 歐等 ；