停車場發(fā)卡器與IC卡讀寫器的設(shè)計(jì)開發(fā)
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1 MIFARE1非接觸式IC卡
MIFARE1非接觸式IC卡的核心,是Philips公司的MIFARE1 IC S50(-01，-02，-03，-04)系列微模塊(微晶片)。它所具有的獨(dú)特的MIFARE RF(射頻)非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已被定為國際標(biāo)準(zhǔn)：IS0／IEc14443 TYPEA標(biāo)準(zhǔn)。該卡片上有8 kb EEPROM存儲容量，并劃分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)劃分為4個(gè)數(shù)據(jù)存儲塊。各扇區(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。因此一張卡可以同時(shí)運(yùn)用在16個(gè)不同的系統(tǒng)中，且可以根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際情況決定各區(qū)的密碼及數(shù)據(jù)形式。卡片上還內(nèi)建有增值、減值的專項(xiàng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，非常適合于各種收費(fèi)場合。文中所介紹的發(fā)卡器與IC卡讀寫器所使用的卡就采用MIFARE1卡。
2 停車場管理系統(tǒng)的基本模塊
非接觸式IC卡停車場管理系統(tǒng)最基本的功能是車輛進(jìn)出放行和費(fèi)用核算管理，基本模塊介紹如下：
1)PC機(jī)中心管理系統(tǒng)它是整個(gè)停車場管理的控制核心，由計(jì)算機(jī)、發(fā)卡器、通訊線路和管理軟件等組成，主要完成發(fā)卡、費(fèi)用統(tǒng)計(jì)與結(jié)算、接收與發(fā)送控制信號等功能。發(fā)卡器完成2種卡的發(fā)行：一是對用戶卡進(jìn)行發(fā)行登記、收費(fèi)充值、財(cái)務(wù)報(bào)表記錄等；二是對配置卡進(jìn)行發(fā)行登記、配制信息填寫等。
2)用戶IC卡作為信息載體，記錄車主標(biāo)識、消費(fèi)余額、系統(tǒng)特征等，完成每次停車費(fèi)用扣減及重復(fù)充值功能。
3)IC卡讀寫器通過讀取配置卡，更改Ic卡讀寫器中的配制信息和權(quán)限信息；通過校驗(yàn)方式完成讀寫用戶IC卡、記錄并向計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)、控制道閘等功能。
4)電子開關(guān) 由自動(dòng)擋車道閘、數(shù)字式地面車輛檢測器、防砸車檢測系統(tǒng)組成，完成接收控制信號、開啟道閘、車通過后落下道閘等功能。
3 發(fā)卡器與IC卡讀寫器的設(shè)計(jì)
3．1 配置卡與用戶卡簡介
配置卡由停車場管理中心擁有 。它主要用來對停車場中各個(gè)IC卡讀寫器設(shè)備進(jìn)行配制，例如信息調(diào)制、權(quán)限和數(shù)據(jù)更改等。當(dāng)需要更改IC卡讀寫器的內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)，首先通過發(fā)卡器把要更改的數(shù)據(jù)信息和配制信息寫入配置卡，然后將配置卡貼近各個(gè)IC卡讀寫器，刷卡1次，就完成了數(shù)據(jù)的更改。
用戶卡由用戶擁有。在發(fā)卡時(shí)，管理中心將車主信息、消費(fèi)余額等寫入此卡，并決定該卡的使用范圍和權(quán)限。在停車場人口，車主將用戶卡在IC卡讀寫器前刷一下，IC卡讀寫器對卡中的信息進(jìn)行密碼校驗(yàn)并判 斷該卡是否有權(quán)限進(jìn)入此系統(tǒng)。當(dāng)校驗(yàn)通過時(shí)，系統(tǒng)確認(rèn)有效后撤除路障，開啟自動(dòng)道閘，允許其通行，并將卡的信息傳送到管理中心進(jìn)行存儲。在出口，車主將用戶卡在IC卡讀寫器前刷一下，IC卡讀寫器從卡中扣減相應(yīng)金額，系統(tǒng)確認(rèn)有效完成后撤除路障，開啟自動(dòng)道閘，允許其出閘。
3．2 發(fā)卡器與IC卡讀寫器的基本工作流程圖
發(fā)卡器與卡片之間采用一對一通信方式，發(fā)卡程序流程見圖1(a)，圖1(b)。讀卡過程是一個(gè)很復(fù)雜的程序執(zhí)行過程，要執(zhí)行一系列的操作指令，調(diào)用多個(gè)函數(shù)，包括裝載密碼、驗(yàn)證密碼、鑒別卡、讀卡等。這一系列操作必須按固定的順序進(jìn)行l(wèi)_5j。讀卡程序設(shè)計(jì)流程圖見圖1(C)。
(a)發(fā)卡器配制配置卡 (b)發(fā)卡器配制用戶卡
(c)I c卡讀寫器讀寫配置卡與用戶卡
圖1 發(fā)卡器與Ic卡讀寫器的流程圖3．3 IC卡讀寫器的硬件圖
圖2所示為IC卡讀寫器的硬件連接圖。系統(tǒng)所使用的硬件主要由2部分組成：PIC16F876單片機(jī)與芯片MF RC500組成。該系統(tǒng)采用PIC16F876單片機(jī)為控制核心，主要完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲及控制系統(tǒng)工作的功能，通過RB El與MF RC500的數(shù)據(jù)總線相連，可實(shí)現(xiàn)與非接觸式IC卡數(shù)據(jù)的無線傳輸。RC7、RC6用來連接RS232，最終與計(jì)算機(jī)相連。RK3作為MF RC500的片選端，低電平有效。RK5、RC0分別控制MF RC500的讀寫，RA4接收來自非接觸式IC卡的中斷請求并執(zhí)行中斷程序。該系統(tǒng)的工作頻率為13．56 MHz，由石英晶體振蕩器產(chǎn)生，用于給MF RC500提供時(shí)鐘信號，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)天線基頻載波信號。MFRC500是與非接觸式IC卡實(shí)現(xiàn)無線通信的核心模塊，也是IC卡讀寫器讀寫非接觸式IC卡的關(guān)鍵接口芯片。它根據(jù)寄存器的設(shè)定對發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，得到發(fā)送的信號，通過由TX1、TX2腳驅(qū)動(dòng)的天線以電磁波的形式發(fā)出去，非接觸式IC卡采用RF場的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。MF1卡放在距離射頻天線100mm內(nèi)，天線拾取非接觸式IC卡的響應(yīng)信號，經(jīng)過天線匹配電路送到RX腳，MF RC500內(nèi)部接收緩沖器對信號進(jìn)行檢測和解調(diào)，并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理。處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由單片機(jī)讀取。
圖2 硬件電路圖
3．4 IC卡讀寫器的軟件編程
程序采用標(biāo)準(zhǔn)C語言編制，以PCW C Compiler IDE編譯器為開發(fā)環(huán)境，以下是部分程序源代碼以及子函數(shù)說明。該程序代碼在PIC16F876單片機(jī)上測試通過。程序?qū)F場適時(shí)的開啟與關(guān)閉，大大降低了MCU與RF場的功耗，同時(shí)減少了在讀卡過程中MF RC500對MCU的干擾。
4 結(jié)語
采用MF RC500設(shè)計(jì)的硬件電路，不僅適用于停車場，也適用于基于ISO／IEC 14443A標(biāo)準(zhǔn)并且要求低成本、高性能以及單電源的非接觸式通信的其他應(yīng)用場合。如公共交通終端、非接觸式公用電話、小區(qū)管理系統(tǒng)等。依照實(shí)際用戶的需要，此發(fā)卡器與IC卡讀寫器還可以開發(fā)更多的功能，適用性非常強(qiáng)。
基金項(xiàng)目：魯潤京九石化監(jiān)控系統(tǒng)(105—642081)．
作者簡介：劉瑩(1981-)，女，武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)碩士生．E—mail：liuying921054@126．com
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