校园一卡通系统中Mifare卡读写器设计

    非接触式IC卡是根据射频电磁感应原理产生的。它的读／写操作只需将卡片放在读卡器附近一定的距离之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用非常方便、快捷，不易损坏。因此，在公交、门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面有广阔的应用前景。目前，我国引进的射频IC卡主要有Philips公司的Mifare卡和Atmel公司的Temic卡。下面以Philips公司的Mifare卡为例，介绍校园一卡通IC卡读写器的实现方法。

1 工作原理 

    非接触式IC卡读卡器以射频识别技术为核心，读卡器内主要使用了1片Mifare卡专用的读／写处理芯片— —MMM 微模块。其功能包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制解凋器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机相连的端口，还具有与射频区相连的收／发器、16字节的数据缓冲器、存放64对传输密钥的ROM、存放3套密钥的只写存储器，以及进行3次证实和数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。读卡器工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波(1 3．6 MHz)。当有卡靠近时，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读卡器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，I C谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。当电容器充电达到2 V时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读卡器发出的数据并保存。 

2 硬件组成

    校园一卡通系统结构复杂，非接触IC卡的读卡器至少应包括充值卡机、消费机及自动挂失机等，其硬件组成大体相同。图1为非接触IC卡及其读卡器硬件电路原理，主要由MMM 微模块、单片机、键盘、显示器、存储器、天线和监控电路，以及能构成校园一卡通网络系统的CAN总线节点电路等部分组成。 

图1 一卡通非接触IC卡读写器原理图

    读卡器采用单片89C52。其片内有8 KB的ROM，256字节的RAM 以及32个I／O 口。P1口与串行器件24C64和显示、报警电路连接。其中的显示模块采用串行方式进行通信，分别采用P1．0、P1．1模拟时钟信号线和数据线。24C64用来存储本消费终端机地址和其他数据信息。P0口分别与MMM 微模块及CAN 总线控制器SJA1000相连，用作数据线。P3口用于读／写控制和中断。监控电路采用DS1 232L芯片。它是个看门狗定时器，其功能是：上电和掉电时给89C52、MMM 模块及CAN总线控制器SJA1000产生RESET 信号；看门狗对系统进行监控，防止死机。由于单片机的I／0口资源比较紧张，而键盘需要8个I／O 口，因此，键盘处理过程是使用一个独立的cPU(89C2051)。这个CPU专门负责键盘处理，从按键扫描码的获得到通过扫描码再查键码表来获得键码。最后以串行的方式与主CPU进行通信，主CPU获得键码后再做相应的后续处理。

    CAN总线采用一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，其数据长度为8字节，不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，因此非常适合校园一卡通系统中的各终端机及服务器互联从而构成网络系统。

3 软件设计 

    IC卡读卡器在校园一卡通中一般有3种功能：消费终端、充值卡终端及挂失卡终端机等。其中充值卡终端和挂失卡终端分别读出IC卡序列号，交给服务器进行相关数据处理，并保存到服务器数据库中。消费终端机不但要读取IC卡号交给服务器，还要从服务器数据库中下载与此卡号相对应的金额数据并显示，以及对此数据进行消费运算处理，然后传回服务器数据库(为了安全和管理上的考虑，相关信息并不写入IC卡内)。本文主要以消费终端为例，因此程序主要包括Ic卡读操作程序、键盘扫描程序、显示程序、存储器读／写程序和通信程序。