【正文】 入口通道的管理程度，使通道管理進入了電子時代，但隨著這兩種電子鎖的不斷應(yīng)用，它們本身的缺陷就逐漸暴露。密碼鎖的問題是密碼容易泄露，又無從查起，安全系數(shù)很低。近幾年，非接觸式 IC 卡在門禁市場上意氣風 發(fā)，由于它可以防水、防污、防塵和潮濕等惡劣環(huán)境，而其免刷卡動作，感應(yīng)速度快，除了方便外，更可避免卡與讀寫器之間的摩擦，降低機器故障率及器材損耗，且感應(yīng)式讀卡系統(tǒng)具備隔墻感應(yīng)的特性，可兼顧隱密性與裝磺設(shè)計之美觀。因此，專家認為，非接觸式 IC 卡系統(tǒng)是門禁市場的主流方向。它是將一個集成電路芯片鑲嵌于塑料基 片中，封裝成卡的形式，其外形與覆蓋磁條的磁卡相似，在其左上方嵌有一片或若干片集成電路芯片 (接觸式 IC 卡 )。 IC 卡的概念是 20 世紀 70 年代初提出來的， 1976 年法國 BULL 公司和 Motooral 公司合作生產(chǎn)了世界上第一張過渡型 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)。 IC 卡芯片具有寫入數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)的能力， IC 卡存儲器中的內(nèi)容根據(jù)需要可以有條件地供外部讀取，或供內(nèi)部信息處理和判定之用。 IC 卡的應(yīng)用領(lǐng)域可以說非常廣泛，它除了覆蓋傳統(tǒng)磁卡的全部應(yīng)用領(lǐng)域外，還擴展了許多磁卡所不能勝任的領(lǐng)域，這很大程度上歸功于 IC 卡的大容量的數(shù)據(jù)存儲能力與強有力的安全特性。在金融領(lǐng)域中 IC 卡可作為信用卡、現(xiàn)金卡、證券卡或電子資金轉(zhuǎn)帳卡等 。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)以及信息安全技術(shù)等的發(fā)展， IC 卡逐漸形成了各種類別、不同工作方式的產(chǎn)品系列的家族。根據(jù)卡與外界數(shù)據(jù)交換的界面不同，可將 IC卡劃分為 :接觸式 IC 卡、非接觸式 IC 卡和雙界面卡 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前歐美門禁系統(tǒng)市場正逐漸 進入成熟階段，其產(chǎn)業(yè)的分工己進入細分階段，生產(chǎn)卡和讀卡器的廠家就只生產(chǎn)卡和讀卡器，如美國的 HMD 公司、 HLdala 公司、德國的 Desetl 公司。隨著其產(chǎn)業(yè)化的形成，各大專業(yè)公司由于其財力的雄厚、技術(shù)的先進、市場的先導(dǎo)以及專業(yè)人員的積累，壟斷勢頭不斷呈現(xiàn)出來。從目前全球 門禁系統(tǒng)的前端輸入設(shè)備的水平及發(fā)展方向來看，雖然磁卡和接觸式 IC 卡讀卡器在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用中還有一部分市場，但從發(fā)展趨勢上看，除賓館鎖外，磁卡和接觸式 IC 卡讀卡器己在逐步地退出門禁系統(tǒng)市場川。非接觸式 IC 卡和讀卡器的關(guān)鍵技術(shù)掌握在歐美國家和部分亞洲國家中，但真正形成大批量生產(chǎn)的廠家只有美國 。日本、臺灣、新加坡處于同一檔次。歐洲一些 IC卡及讀卡器制造商大都以 Miarfe 技術(shù)為標準發(fā)展自己的 IC 卡事業(yè)。最近又推出一種新型 Miarfe 卡，即Miarfeultralight 非接觸式 IC 卡，簡稱為 MFO IC Ul，有 512 字節(jié) EEPROM，專用于車票系統(tǒng)， MFO 卡最大的特點是交易時間只有 ，比 其它 Miarfe 卡要短得多。 ATMEL公司生產(chǎn)的 Temic 非接觸式 CI 卡 E5550 芯片是一種 DI(身份 )識別芯片，容量為264 位 EEPROM，采用 125KHz 射頻頻率，是一種低頻卡，操作距離 5 一 10cm。瑞士 EM公司的 H40OI 非接觸 IC 卡，容量為 64 位 EEPROM，采用 125KHz 射頻頻率， 也是低頻卡，其讀寫芯片為 P4095。美國德州儀器公司 (TI 公司 )的 ID 卡是一種低頻只讀卡，內(nèi)部有 8 字節(jié) (64 位 )ID 號碼，己應(yīng)用在門禁考勤系統(tǒng)中。因此，國內(nèi)市場也己表現(xiàn)出向成長期迅速發(fā)展的明顯趨勢。它的實施，推動了 金融電子化、商業(yè)和流通領(lǐng)域電子化的步伐 ，使我國銀行業(yè)務(wù)得到迅速發(fā)展，并逐漸在電信、公安、石油、海關(guān)、工商管理、稅收征管、衛(wèi)生醫(yī)療、交通管理、社會保障等各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并帶動了讀寫機器和各類應(yīng)用產(chǎn)品及系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用，初步形成了從芯片設(shè)計、 COS 開發(fā)、模塊生產(chǎn)、制卡、讀寫機具及應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)的完整體系。但目前我國非接觸式 IC 卡的制卡技術(shù)及其相應(yīng)的讀、寫 卡設(shè)備技術(shù)仍處于相對落后狀態(tài)，這種要求有極高安全性和保密性的金融行業(yè)制約了我國金卡工程的實施和發(fā)展。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書 4 第二章 方案選擇 非接觸式 IC 卡門禁系統(tǒng)組成 非接觸式 IC 卡門禁系統(tǒng)由非接觸式 IC 卡、讀卡器 ，液晶顯示器 ， 時鐘電路和 PC 管理機組成，此外還包括外部門禁設(shè)備。 (2)非接觸式 IC 卡 :相當于開門鑰匙，它是通過磁力線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流向讀卡器發(fā)射卡內(nèi)信息，完成讀卡工作的。 (4)PC 管理機 :門禁系統(tǒng)有不同的構(gòu)成方案，一種是讀卡器不帶存儲器， PC 機直接與讀卡器相連，讀卡信息實時地傳送給 PC 機。在本設(shè)計中采用的是第一種方案。在讀卡器上用喇叭來仿真。接上串行口和 +5V 電源之后不僅可以讀卡而且可以與計算機進行通信。非接觸式 CI 卡讀卡器技術(shù)指標如下 : (1)讀寫卡片類型 ： Miarfe； (2)天線可操作距離 ： 天線的可操作距離為 5 一 10cm； (3)卡片存儲容量 ： 卡存儲 EEPROM 大小為 IK 字節(jié) ； (4)射頻輸出 ： 通過功率匹配將天線線圈直接連接到功率輸出級 ； (5)供電電壓 ： 5V 士 10%(小于 100mA)； (6)接口 ： 標準 RS232(讀卡器 )。存儲器卡 ： 卡中的集成電路有 EEPROM。按照應(yīng)用領(lǐng)域來分， IC 卡分為金融卡和非金融卡，金融卡又有信用卡和現(xiàn)金卡等。還有一種雙界面 IC 卡，其既可以接觸式使用也可以非接觸式使用，是未來 IC 卡發(fā)展的方向之一。大大提高了使用速度。 高抗干擾性 ： 非接觸式 IC 卡具有防沖突機制，在多張卡片同時進入讀卡器工作范圍時能夠防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，允許多張卡片同時操作。而且由于無線電波不會受塵土、潮氣和震動的干擾，使得非接觸式 IC 卡可應(yīng)用在惡劣的環(huán)境。 高安全性 :非接觸式 IC 卡的序列號是唯一的，制造商在產(chǎn)品出廠前將此序列號固化于卡內(nèi)芯片中，不可再更改，使用時非接觸式 IC 卡與讀卡器要進行三次相互認證，而且通訊過程中所有的數(shù)據(jù)都加密，卡內(nèi)各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。非接觸式 IC 卡的功能組成如圖 所示 : 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書 6 圖 非接觸式 IC 卡的功能組成 整個卡片包含了兩個部分，射頻接口電路和數(shù)字電路部分 : 射頻接口電路 ,在射頻接口電路中，波形轉(zhuǎn)換模塊接收讀卡器上的 的無線電調(diào)制頻率，一方面送調(diào)制解調(diào)模塊，另一方面進行波形轉(zhuǎn)換，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊 對電壓進行進一步的處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。 EEPROM 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) )仍將被保持?？ㄆ羞@一單元容量為 IK 字節(jié)，分為 16 個扇區(qū)。如果不進行第一步的 ATR 工作，讀卡器對卡片的其他操作 (讀、寫等操作 )將不會進行。在程序員控制下的讀卡器將會首先與每一張卡片進行通信，取得每一張卡片的系列號。被選中的卡片將直接與讀卡器進行數(shù)據(jù)交換，未被選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時準備與讀卡器進行通信。 選擇模塊 :主要用于卡片的選擇當卡片與讀卡器完成了上述的二個步驟，想要對卡片進一步操作時，必須先對卡片進行“選擇”操作，以使卡片真正地被選中。當讀卡器收到信息 后，就可以對卡片進行深一步的操作了?？ㄆ嫌?16 個扇區(qū)，每個扇區(qū)都可分別設(shè)置各自的密碼，互不干涉。整個卡片可以設(shè)計成“一卡通”形式來應(yīng)用。 圖 三遍認證的令牌原理框圖 圖中的 A 環(huán)表示由卡片向讀卡器發(fā)送一個隨機數(shù) 據(jù) RB。C 環(huán)表示卡片收到 TOKENAB 后，對 TOKENAB 的加密的部分進行解密，并校驗第一次由 A 環(huán)中卡片發(fā)出去的隨機數(shù) RB 是否與 B 環(huán)中接收到的TOKENAB 中的 RB 相一致 。E 環(huán)表示讀卡器收到令牌 TOKENBA 后，讀卡器將對令牌 TOKENBA 中的 RB(隨機數(shù) )進行解密，并校驗第一次由 B 環(huán)中讀卡器發(fā)出去的隨機數(shù) RA 是否與 D 環(huán)中接收到的 TOKENBA 中的 RA 相一致?？ㄆ械钠渌葏^(qū)由于有其各自的密碼，因此不能對其進行進一步的操作。認證過程中的任何一環(huán)出現(xiàn)差錯，整個認證將告失敗，必須從新開始。 控制及算術(shù)運算單元 :這一單元是整個卡片的控制中心。同時它還對各種收 /發(fā)的數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算處理，遞增、遞減處理， CRC 運算處理等等，是卡片中內(nèi)建的MCU 單元。如果某些數(shù)據(jù)需要傳送給讀卡器，則由控制及算術(shù)運算單元取出，經(jīng)過盯射頻接口電路的處理，通過卡片上的天線傳送給卡片讀卡器。同時， ROM 中還固化了卡片運行所需要的必要的程序指令，由控制及算術(shù)運算單元取出去對每個單元進行微指令控制，使卡片能有條不紊地與卡片的讀卡器進行數(shù)據(jù)通信。 (4)IC 卡的存儲結(jié)構(gòu) Miafir 卡分為 16 個扇區(qū)，每個扇區(qū)由 4 塊 (塊 0、塊 l、塊 塊 3)組成，我們也將 16 個扇區(qū)的 64 個塊按絕對地址編號為 0 一 63，存儲結(jié)構(gòu)如下表 所示 : 表 存儲結(jié)構(gòu) 扇區(qū)號 塊號 扇區(qū) 0 塊 0 密碼 A 存取控制 密碼B 數(shù)據(jù)快 0 塊 1 密碼 A 存取控制 密 碼B 密碼 B 1 塊 2 密碼 A 存取控制 密碼B 密碼 B 2 塊 3 密碼 A 存取控制 密碼B 密碼 B 3 扇區(qū) 1 塊 0 密碼 A 存取控制 密碼B 數(shù)據(jù)快 4 塊 1 密碼 A 存取控制 密碼B 密碼 B 5 塊 2 密碼 A 存取控制 密碼B 密碼 B 6 塊 3 密碼 A 存取控制 密碼B 密碼 B 7 … .. …… …… …… …… …… 塊 0 密碼 A 存取控制 密碼B 數(shù)據(jù)快 60 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書 9 扇區(qū) 15 塊 1 密碼 A 存取控制 密碼B 密碼 B 61 塊 2 密碼 A 存取控制 密碼B 密碼 B 62 塊 3 密碼 A 存取控制 密碼B 密碼 B 63 第 0 扇區(qū)的塊 0 用于存放廠商代碼，己經(jīng)固化，不可更改。每個扇區(qū)的塊 3 為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼 B。存取控制為 4 個字節(jié)，共 32 位，扇區(qū)中的每個塊(包括數(shù)據(jù)塊和控制塊 )的存取條件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個塊都有相應(yīng)的三個控制位，三個控制位以正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪問權(quán)限 (如進行減值操作必 須驗證 KEYA，進行加值操作必須驗證 KEYB，等等 )。本課題開發(fā)的非接觸式 IC 卡讀卡器是基于 IOS/ICE14443TypeA 標準的。自出現(xiàn)以來，由于它極大加速了信息的收集和處理，近年來獲得迅速的發(fā)展。 射 頻 識 別 技 術(shù) 是 自 動 識 別 技 術(shù) 中 的 一 種 。該項技術(shù)的基本思想是通過采用一些先進的技術(shù)手段，實現(xiàn)人們對各類物體或設(shè)備 (人員、物品 )在不同狀態(tài) (移動、靜止或惡劣環(huán)境 )下的自動識別和管理。其中光學(xué)技術(shù)中普遍應(yīng)用的產(chǎn)品有條形碼和攝像兩大類。 比如，條形碼用于商品管理，攝像用于抓拍違章車輛等。射頻識別系統(tǒng)的組成一般至少包括兩個部分，一部分是電子標簽 (Tag)，另一部分是閱讀器 (Raeder)。閱讀器又稱為讀寫裝置，可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的，進一步通過計算機及計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。 (2)根據(jù)射頻卡工作方式的不同可分成三種 :可讀寫卡 (RW)、一次寫入多次讀出 (WORM)和只讀卡 (RO)系統(tǒng) 。 (4)根據(jù)調(diào)制方式的不同可分為主動式和被動式系統(tǒng) 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書 11 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 讀卡器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 非接觸式 IC 卡讀卡器硬件電路包括以 下幾個部分：微控制器、 Mifare 讀寫芯片、 液晶顯示模塊，鍵盤模塊，時鐘電路， 天線匹配電路、天線、 RS232通信電路和蜂鳴器驅(qū)動電路等。 讀卡器主控模塊設(shè)計 本課題的讀卡器主控模塊由單片機及其外圍電路組成。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機通信以及與射頻模 塊通信 )，存儲器空間的大小。根據(jù)市場上的單片機的性能、價格、應(yīng)用領(lǐng)域的不同，加之綜合考慮諸如單片機程序存儲器的容量、外部中斷及定時中斷功能、開發(fā)工具的費用等因素，從市場上眾多的 8位微處理器中選取了 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C51(其指令與 MCS51 系列兼容 )。 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4kbytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)