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1、武汉理工大学硕士学位论文小区“一卡通”门禁控制系统的研究与设计姓名：刘莹申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：梁楚樵20060401武汉理丁大学硕士学位论文摘要非接触式I C 卡是I C 卡领域的一项新兴技术，它是射频i y,男3 J 技术和I C 卡技术相结合的产物。由于非接触式I c 卡具有操作快捷、抗干扰性强、。C 作距离远、安全性离、便于“一卡多用”等特点，在门禁控制、自动收费、身份识别等领域具有接触式I C 卡所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。目前，非接触式I c 卡已J“泛应用于小区建设中，成为小区一#通智能化管理的重要组成部分。发卡器是小区“一卡通”门禁控制系统的
2、重要组成部分之一，通过发卡器向小区用户发放进出入各种门禁的小区用户卡。而发卡嚣的功耗和抗干扰性能是评价发卡器重要指标之一，本文在对发卡器的设计中，从功耗和抗干扰性能上作了。蝗改进。本论文首先对非接触式I c 卡进行了概述，对目前国际上其有代表性的两大非接触式I c 卡技术：L E G I C 技术和M I F A R E 技术进行了对L t 紧接着熏点介绍rP h i l i p s 公司的M I F A R E 技术，对M I F A R E 卡的内部结构、功能组成、存储结构以及M 1 F A R E 非接触式I c 卡的读写组件M FR C 5 0 0 进行了全丽的阐述；随后介绍_：r小区
3、“卡通”门禁控制系统的基本模块及功能。并在此基础上，论文重点阐述了小区“一卡通”门禁控制系统中发卡器配制的配置卡与用户卡的功能，给出了发卡器的部分硬件电路圈，并给出了P C 机与发卡器通信的通信协议和发卡器配制两种卡的工作流程图。该发卡器选用抗干扰能力强的P I C l 6 F 8 7 6 单片机，结合软件方面适时的开启和关闭R F 场，使蕤个发卡器具有功耗低、抗干扰能力强等特点。对于上位机软件的设计，本论文采用D e l p h i 作为小区“一膏通”门禁控制系统的界面开发平台，重点介绍了V a C o m m 串口通信程序的设计，包括接明通信协议和程序流程图以及串口收发模块的部分程序。V
4、a C o m m 是一种新型绿色控件，可移植性非常好，能安全、可靠、稳定并快捷的对串口通信进行控制：本论文最后以登录系统界面为例，介绍了D l e l 曲i 连接后台数据库A c c e s s 的方法，以及A c c e s s 数据库的优点。在本文的最后，给出了发卡器配制配置卡和用户卡的部分程序源代码。关键词：智能化小区，一卡通，门禁控制系统I l武汉理I：大学硕j：学位论文A b s t r a c tC o n t a c t l e s sI CC a r di so n ek i n do fn e wt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do f
5、 I Cc a r d，w h i c hi st h ec o m b i n a t i o no fR Ft e c h n o l o g ya n dI Cc a r dt e c h n o l o g y B e c a u s ec o n t a c t l e s sI Cc a r dh a ss o m ea d v a n t a g e so v e rc o m m o nI Cc a r ds u c ha si t sh i g l lw o r k i n gs p e e d，g o o da n t i c o l l s i o nq u a l i
6、t y,l o n gw o r k i n gd i s t a n c e，t h e r ew i l lb eag o o dp r o s p e c tf o ri ti nm a n yf i e l d ss u c ha si n t e l l i g e n ta c c e s sc o n t r o l，a u t o m a t i cp r i c i n g，i d e n t i t yd i s t i n g u i s h i n g，a n dS Oo n A tp r e s e n t，c o n t a c t l e s sI Cc a r
7、dh a sb e e nw i d e l yu s e di ni n t e l l i g e n tr e s i d e n tz o n ec o n s t r u c t i o n，a n dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ea l l p u r p o s ec a r di n t e l l i g e n ta d m i n i s t r a t i o no f i n t e l l i g e n tr e s i d e n tz o n e C a r ds e n d e ri sa ni m
8、p o r t a n tp a r ti na l l p u r p o s ec a r di n t e l l i g e n ta c c e s sc o n t r o ls y s t e mo fi n t e l l i g e n tr e s i d e n tz o n e U s e rc a r d su s e db yr e s i d e n t st oa c c e s ss o m ep l a c ea r es e n d e db yc a r ds e n d e r P o w e rc o n s u m p t i o na n da
9、n t i-j a m m i n ga r eo n eo ft h ei m p o r t a n tg u i d el i n e s T h ec a r ds e n d e ri nt h i sp a p e ru s e ds o m em e a s u r et or e d u c et h ep o w e rc o n s u m p t i o na n di m p r o v et h ea n t i-j a m m i n g A tf i r s tt h i sp a p e rg e n e r a l l yi n t r o d u c e s
10、t h ec o n t a c t l e s sI Cc a r d，a n dg i v e st h ec o m p a r eo fL E G I Ct e c h n o l o g ya n dM I F A R Et e c h n o l o g y，w h i c ha r et h er e p r e s e n t a t i v et e c h n o l o g i e so fc o n t a c t l e s sI Cc a r dt e c h n o l o g ya tp r e s e n t A f t e rt h a tt h eM I
11、F A R Et e c h n o l o g yd e v e l o p e db yP H I L I P SS e m i c o n d u c t o r si si n u o d u c e di nd e t a i l T h ep a p e rg i v e se m p h a s i st ot h ei n t r o d u e t i o no fM I F A R Ec o n t a c t l e s sI Cc a r d Si n n e rs t r u c t u r e。f u n c t i o nc o n s t i t u t i o
12、 n，m e m o r ys t r u c t u r ea n dt h er e a d-w r i t ec o m p o n e n t，M FR C 5 0 0 T h e ni td e s c r i b e st h eb a s i cm o d u l e sa n dt h e i rf u n c t i o n si nt h ea l l p u r p o s ec a r di n t e l l i g e n ta d m i n i s t r a t i o no fi n t e l l i g e n tr e s i d e n tz o n
13、 e B a s e do nt h e s e，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ef u n c t i o n so f c o n f i g u r a t i o nc a r da n du s e rc a r di nd e t a i l，p a r t i a lh a r d w a r ec i r c u i td i a g r a m，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sb e t w e e nP Ca n dc a r ds e n d e r,m a dt h ef l
14、 o wc h a r to ft h ec a r ds e n d e ra r ed e p i c t e d T h i sd e s i g nu s e sP I C l 6 F 8 7 6，f o ri th a sg o o dr e l i a b i l i t y W i t ht i m e l yo p e n i n ga n dc l o s i n gR Fi nt h es o f t w a r ep r o g r a m，t h ec a r ds e n d e rh a sm a n yg o o df e a t u r e s，s u c ha
15、 sr e l i a b i l i t y,l o wp o w e rc o n s u m p t i o na n de t c T ot h ed e s i g no ft h ep r o g r a mo fP C，t h i sp a p e rU S e SD e l p h ia st h ei n t e r f a c ee x p l o i t i n gI l l武汉理。r 大学硕卜学位论文p l a t f o r m，a n di n t r o d u c e st h ed e s i g no fV a C o m ms e r i a li n t
16、 e r f a c ec o m m u n i c a t i o n，i n c l u d i n gt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s，f l o wc h a r ta n dp a r t i a lp r o g r a m so fs e r i a li n t e r f a c e sr e c e i v i n ga n dt r a n s m i t t i n gm o d u l e s V a C o m mi san e wp a t t e mc o m p o n e n t，c a l l
17、b et r a n s p l a n t e dw e l l，a n dc a nc o n t r o ls e r i a li n t e r f a c ec o m m u n i c a t i o ns a f e l y，r e l i a b l ya n dq u i c k l y A tl a s t，w i t ht h el o g i ni n t e r f a c ea st h ee x a m p l e，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h em e t h o do fD e l p h i sl i n k
18、i n gA c c e s sd a t a b a s ea n dt h em e r i to fA c c e s sd a t a b a s e A sac o n s e q u e n c e，t h e r ea r ep a r t i a lp r o g r a mc o d e so fc a r ds e n d e r c o n f e c t i n gc o n f i g u r a t i o nc a r da n du s e rc a r d，a n dh a r d w a r ed e s i g nc i r c u i td i a g
19、r a mo fc a r ds e n d e ro f t h ep a p e r K e yW o r d s：I n t e l l i g e n tr e s i d e n tz o n e，A l l-p u r p o s ec a r d，I n t e l l i g e n ta c c e s sc o n t r os y 7 s t e m独创性声明本人声明，j 母里交的论文楚本人在导p 雨指导下进行酌研究工作及取得的研究成聚。尽我所知，除了文巾特粼加以栝注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成聚，也不包含为获得斌汉理工大学域其宅教裔机榴的学
20、位或证书而使用过的材料。与我一同1：捧的嘲志对本研究所傲的铙俺赏献均已在论文中 乍了甥确的说明势表示了掰意。美予论文使甩授极的说明本人完全了解武汉理工大学有关像霉、使捌学位论文既勰定，即学授奄摄像留、送交论文的复印侔，允诲论文被查阕和鹰阕；学校可以公布论文豹全部或部分内饔，i I J 以采甩影印、缡姆戴其他复制手段保存论文。(保密的论文在解蟹藤废遵守此规定)签名：i i 蒸导师签名：琢翔：窑鲢：羔塑武汉理r=大学硕士学位论文第1 章绪论1 1 课题研究的背景及意义随着2 1 世纪计算机网络带来的信息革命，近年来人们将现代高科技和信息技术引入智能化住宅小区，人们认为小区的智能化最终体现在于小区内
21、独谚家庭中运用多元信息技术达到监控与信息交互的程度(或能力)。最近国家建没部住宅产业化办公室提出了关于住宅小区智能化的基本概念：“即住宅小区智能化是利用4 C(计算机、通讯与网络、自控、1 C 忙)技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅d,I K的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务和管理提供安全舒适的家居环境。”当前中国j F 面临住宅建筑的高峰期，而且这高峰期又发生在I T 技术l I 速发展的世纪之交。中国的数字社区、智能小区的建设发展规模和速度是世晃其它任何国家和地区都无可比拟的。中国无疑即将成为、也必将成为世
22、界的数字社区建设、网络住宅建设的领跑者。建设数字社区和智能小区的关键是建设小区的信息平台和控制管理两大平台，而最能反映小区智能化集成度的是运行在小区控制管理平台之上的小区“一卡通”【1 1。一卡通系统是目前智能化社区的一种先进型，科学性，集成化，综合化程度高的设施，为人流、物流的有效管理提供了设备保障口I。随着人类文明的发展和科技的进步，各种各样的卡(借阅卡、储蓄卡、购物卡、工作卡等)在人类的生活中扮演着越来越重要的角色，可以说 方便了人们的生活。但是随着卡的层出不穷，在一定程度上，它又变成了累赘，所以说“卡通”是发展趋势。所谓小区“一卡通”，是指把智能卡作为信息的载体和进出某个系统的“通行证
23、”，居民的信息和其他资料都存放于此卡中，此卡J对各个系统均适用。在使用之前，物业管理部门根据居民的申请，利用发卡器给居民发卡，决定该卡的使用范围和权限。在小区“一蕾通”中，非接触式I c卡又将在此之中发挥它极其重要的作用m。非接触式l c 卡技术是近几年发展起来的一种新技术，它成功地将射频识别武汉理_ 大学硕+学位论文技术和l C 卡技术结合起来，将具有微处理器及大容量存储器的集成电路芯片和天线封装于塑料基片中。外形与普通信用卡基本相同，信息被卡中的集成电路进行存储和处理，卡中存储器分多个分区，呵以做到一卡多用，而且其有很强的安全保密性，读写器采用兆频段和磁感应技术，通过无线方式对卡中的信息进
24、行读写，并采用高速率的半双：E 通信协议。随着此项技术的不断繁荣和发展，原先局限于金融、商业、通信等领域的智能卡应用逐渐向智能小区延伸。目莳，非接触式I C 乍已广泛应用于小区建设中，成为小区智能化的一个重要组成部分。接触式卡由于卡和读写器要接触就势必会有损耗，因此对于门禁控制系统的应用而言，非接触式I C 卡技术是首选。现在非接触式I C 卡更容易兼容不同的格式和不同的功能。非接触式I C 卡的局限之一是需要获得足够的能量去运行内嵌的I c 芯片，因为I C 芯片越复杂就需要越多的能量。非接触式I C 卡能提供几乎所有接触式卡的功能。生物辨识技术要求能得到有效用户的数据库，以及他们的生物辨识
25、样板或注册数据，并发送到读卡器l：进行比较鉴别。相比之卜非接触式I C 卡则提供了一种用来携带数据的方式即有效的创建了个虚拟网络，因为用户可以携带着数据到任何需要的地方。“一鼻通”门禁控制系统的出现不但使监控非法闯入者的功能得以实现，而且还为钥匙J 这个名词引入了新的概念，即它不再仅仅是钥匙，早期看起来比较简单的机械式门禁控制系统现在已发展为像电脑一样的卡了，非接触式I C 卡给门禁行业带来了重要的功能，对门禁行业意义重大。它们可以存储大量数据，可读也可更新，可以提供高级加密和密码来保护存储的数据，还可咀通过计算程序提供处理能力。当然门禁控制系统有可能出现新的规范将E 物辨识和门禁权限数据存储
26、在卡里并加密，这样就只有本地的读卡器才可以使用该数据。生物辨识将用来解读卡罩的数据并获得通行许可。读卡器必须通过某种方法与授权数据库连接并可根据需要更新卡罩的信息f 4|。1 2 本课纛相关螗研究进晨及瑾状门禁控制管理系统是新型现代化安全管理系统，集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械部、机要室、办公间、停车场智能化小区、工厂等。在数字技术、网络技术飞速发展的今天，门禁控制技术武汉理工大学硕士学位论文也得到了迅猛的发展。门禁系统早已
27、超越了单纯的门道及钥匙管理，它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统，在小区门禁控制管理等管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础E 增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制，物业消防监控、保安巡检管理、餐饮收费管理等，真正：耍现区域内一1 卡通智能管理【5】。#接触式l c 卡系统相对于以往传统的接触式系统(如l c 卡，磁卡，条码卡，T M 等系统)具有更多的优点：(1)通过这套系统，可以实现对人员权限的明确界定。无论是内部人员或外部人员，都可以通过设置，对其权限进行清楚地界定，以方便管理。(2)在特定的范围内可以自由进出或进行消费等活动，并对人员的交易等情况进行记录，以备查询。
28、这样极大地解除了人员管理的压力，并可以在提高安全度的情况下达到节约人力的效果。对于考勤，卡证制作、电子巡更、就餐、停车场管理等功能，只需一张非接触式I C 卡就能非常方便地解决，因此不必再受卡太多的困扰，也不必因接触式卡的极易损坏而烦恼。(3)高效、集成、智能化是现代化管理的客观需求，它可以提高j f 作效率、降低运行成本。但是，智能忧管理系统在其设计和操作过程中的复杂性阻碍了系统集成的进程。为了解决这一矛盾，推广具有人工智能的“一卡通”系统在智能化管理中的应用，是噩待解决的一个课题。(4)高效、集成、智能化同样也是现代管理的重要内容和发展标志，“卡通”系统有助于解决其中的若干难题，实现小区中
29、各子系统之间的联系，实现内部各子系统之问的信息交换、统一管理和联动控制。现在的非接触式I c 卡系统燕合趋势有两个方向。第个是整合背景运算系统，在这方面，用户可以使用许多应用功能，而且整合在一超的系统会提供适当的信息和数据。另种整合形式是在用户的许可证上。在一张卡罩整合多重技术给予用户多种使用功能，然而这些系统是独立于背景运算系统的所以用户必须为每种应用分别注册。未来也许会将更多的系统整合在一起，也许不会再限制在设施的围墙内。例如，使用进入设旌的卡可以和汽车及家中车库的卡兼容。非接触式卡也可以用来存储私人医生记录，驾驶执照，信用卡信息，还有计算机密码，非现金交易，公共交通和电话费预付系统等等。
30、武汉壤工大学硕十学位论文1 3 本文的主要研究内容本课题来源于深圳市会安通电子有限公司关于小区“一卡通”门禁擦制系统的研究下作。该项目要完成的总体目标就是要对小区进行智能化控制和管理，通过发卡器配制不同卡型，通过一卡通系统控制整个小区的门禁管理，将门禁系统的现状和用户进，出入门的相关信息送入小区管理中心软件进行信息存储、备份和控制，达到对小区进行智能控制和管理的功能。在项目进行中，作者独立完成了发卡器的设计和开发。包括底层固件的编程，调试，原理设计，以及上位机中心管理软件通信程序界面的设计和丌发。而对于门禁控制系统的门禁控制器的设计和开发未参I=孑。本文的篇章结构为：第章为引言，简要介绍了本论
31、文选题的背景和意义，综述了小区“一卡通”门禁控制系统的国内外研究现状，以及本人的研究工作。第二章为M I F A R E l 非接触式I C 卡的概述，大体介绍了M I F A R E l 卡的内部结构和功能组成，存储结构，与读写器的通讯过程以及非接触式I C 卡的国际标准。第三章为M FR C 5 0 0 的介绍。包括M FR C 5 0 0 的特性，应用，内部结构，与C P U 的接口连接以及天线设计等方面的内容。第四章为串行通信接口的介绍。包括R S 一2 3 2 C 的总线标准接口，电气特性，电平转换，与计算机的连接图以及R S-4 8 5 的标准等方丽的内容。第五章简要介绍了小区“一
32、卡通”门禁控制系统的模块组成以及各部分的功能。详细论述了发卡器的设计和开发，包括P C 机与发卡器之间配制配置卡与用户卡的通信协议，硬件电路以及工作流程圈等，并讲述了降低发长器功耗的措施。第六章对上位机中心管理软件的接口通信程序设计做了详细的论述。包括接口所用控件V a C o m m，接口通信协议，接口工作流程以及连接A c c e s s 数据库的步骤和方法。第七章对全文的总结，在此研究的基础上针对不足之处给出了展望，提出了改进的方法，并对下一步工作做了简要规划。4武汉理丁大学硕十学位论文第2 章M I F A R E I 菲揍麓式I C 卡小区“一卡通”门禁控制系统利用了计算机技术、通讯
33、与网络技术、自控技术以及I C 卡技术。本章就着重对I C 卡技术进行介绍，包括M I F A R E l 非接触式l C 卡内部结构和功能的组成，存储结构以及与读写器通汛等相关内容，并介绍了非接触式I C 卡的国际标准。2 1I C 卡简介2 1 1I C 卡的分类I C 卡按卡与外界数据传送的形式不同【6 1，分为接触式I c 号和非接触式I C#。接触式I c 卡通过8 个触点从读写器获取能量和交换数据，非接触式I C 卡通过射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以非接触式I c 卡又叫射频卡。接触式l c卡的读写操作速度较慢，在公交、考勤等需要频繁读写卡的场合很不方便，而且I C 卡的
34、触点暴露在外，容易损坏和搞脏而造成接触不良。非接触式I c 卡是根据电磁感应原理产生的，它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一-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。o接触式I C 翱剧七较，非接触式I C 卡具有以下优点f 7 i：1)可靠性高。卡与读写器之问无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。例如：由j 二孝H 暴插卡、非卡外物插入、灰尘、油污导致接触不良等原因造成的故障；卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题：2)操作方便、快捷。由于非接触通讯，读写器在l c m 1 0
35、c m 范围内就町以对卡片进行操作，所以不必像I C 卡那样进行插拔工作；非接触式I C 卡使用时没有方向性，卡片可以任意方向掠过读写器表面，可大大提高每次使用的速度；3)防止冲突。非接触式l C 卡中有防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此读写器可以“同时”处理多张非接触式I C 卡，提高了应用的弗行性，无形中提高了系统工作速度；4)叫+以适应于多种应用。非接触式I c 卡的存储器结构特点使它一卡多用：武汉理上人学硕士学位论文可应用于不同的系统，用户可以根据不同的戍用设定不同的密码和访问条件；5)加密性能好。非接触式I c 卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出，一前已将此序列号固化，不
36、可再更改。它与I C 卡读写器之间采用双向验证机制和三次相互确认，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件，而且具有传递数据加密，传输密码和访问密码保护【8 J。基于以一 二优点，非接触式I C 卡在公交、门禁、校鼠、企事业人事管理等充面有广泛的应用。目前我国引进的非接触式I C 乍主要有P h i l i p s 公司的M I F A R E,f NA T M E L 公司的T e m i c 卡。而P h i l i p s 公司的M I F A R E 卡现在是市场的主流产品，应用越来越广。其典型型号为M 1 F A R E l$5 0，它有1 K 字节E E P R O M 用于存放数
37、据，分成1 6 个区，每个区都有自己的密码，完善的安全机制使之具有一卡多用的特性。M I F A R E 卡是一种智能卡(s m a r tc a r d)，内建有中央微处理机(M C U)和A S I C 等，使卡能在安全保密性、认证逻辑、算术运算等微操作控制中有序进行。目前国际上具有代表性的两大非接触式1 c 卡技术是L E G I C 技术和M I F A R E技术。L E G I C 技术是由瑞士K A B A 公司提供的非接触式I C 卡读写技术，M I F A R E技术是由P h i l i p s 公司提供的非接触式J C 常读写技术。这两种技术都采用1 3 5 6 M H
38、z 的近距离非接触式l C 卡通讯频率标准，其读写速度和读写距离是相同的，在通讯安全上均采用符合I S 0 9 7 9 8 国际标准的3次互感校验技术，以对卡和读写设备的合法性进行相互校验；在数据通讯上均采用D S A 算法对通讯数据进行加密，以确保卡上的数据不被非法的修改。但是这两种技术也有很多不同点，现将这两种技术的不同点比较如下：1)M I F A R E 采用密码读写控制方式，即读写设备的监控程序要掌握相应的系统密码才能对I c 卡内的数据进行不同操作(如读、写、增值、减值等)。L E G I C采用授权读写控制方式，即读写设备必须先获得“设备授权卡”的授权后彳能读写本系统的I C 卡
39、，而卡的初始化又必须经过上级授权卡的授权，并且只可以在专用的授权设备上进行。2)M I F A R E 读写模块与监控计算机之间采用符合单片机外部总线标准的并行标准，读写过程可由监控程序逐步控制。L E G I C 模块与监控计算机之间采用串行通讯方式，读写进程由模块自动完成。3)在防冲突功能上，M I F：A R E 允许多卡同时进入读写范围，再由读写设备武汉理r 大学顽 学位论文逐一处理。L E G I C 采用同时间内只能读写一张卡的防冲突模式。2 2M I F A R E I 卡介绍2 2 1M I I g A R l g l 卡结构及功I 童组成M I F A R E l 非接触式l
40、 C 卡的核心f 9，”1 是P h i l i p s 公司的M I F A R E lI C$5 0(0 1，一0 2，0 3，0 4)系列微模块(微晶片)。它所具有的独特的M I F A R E R F(射频)非接触式接口标准已被定为国际标准：I S O I E C1 4 4 4 3T Y P E A 标准。目前许多较大的I C 卡卡片制造商的非接触式卡制造均以M I F A R E 技术为标准。该昔片上有8 k bE E P R O M 存储容量，并划分为1 6 ,-扇区，每个扇区划分为4 个数据存储块。各扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。因此一
41、张卡可以同时运用在1 6 个，1 _：=同的系统中，且可以根据每个系统的实际情况决定各区的密码及数据形式。卡片上还内建有增值、减值的专项的数学运算电路J。文中所介绍的发卡器与l C 卡读卡器所使用的卡就采用M I F A R E l#。M I F A R E l 卡中I”1 包含一块A S I C 微晶片和。个高频天线，其基本工作原理是：读写器中的M I F A R E 基站向M I F A R E 卡发一组固定频率(1 3。5 6 M H z)的电磁波，卡片内有一个L C 串联谐振电路，其频率与基站发射的频率相同，在电磁波的激励下，L c 谐振电路产生共振，使F 片内具有电荷，当所积累的电荷
42、达到2 V 时，卡片中芯片将卡内数据发射出去或接收基站对卡片的操作。M I F A R E l 的框图如图2 1 所示，整个卡片包含了两个部分：R F 射频接1 电路和数字电路部分l”I。R F 射频接口电路：在R F 射频接口电路中，主要包括有波形转换模块，它可以将I C 卡读写器上的1 3 5 6 M H z 的无线电调制频率接收，一方面送调制解调模块，另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波，然后对其进行整流滤波，由电压调节模块对电压进行进步的处理，包括稳压等，最终将输出电压供给卡片上的各个电路。P O R 模块主要是对卡片上的各个电路进行P O W E R O N R E S E T(
43、上电复位)，使各电路同步启动工作。数字电路部分l j 4 t”J：主要包括请求应答模块、防重叠功能模块、选择模块、认证及存取控制模块、控制及算术运算单元、R A M 瓜O M 单元、数据加密单元、存储器及其接口电路I“l。武汉理l 一人学硕士学位论文图2 1M I F A R E lI C$5 0 的组成框图(1)请求应答模块(A n s w e rt oR e q u e s t)：当一张M I F A R E l 卡片处在卡片读写器的天线工作范围之内时，读写器向卡片发出R e q u e s t A l l(或R e q u e s tS t d)命令后，请求应答模块将启动，将仁片B l
44、o c k0 中的卡片类型(T a g T y p e)号共2 个字节传送给读写器，建立卡片与读写器的第一步通信联络。如果不进行第一步的请求应答工作，读写器对卡片的其他操作(R e a d W r i t e等)将不会进行。卡片的类型(T a g T y p e)号拭2 个字节，可能为：0 0 0 4 H。(2)防重叠功能模块(A n t i C o l l i s i o n)：如果有多张M I F A R E l 卡片处在I C#读写器天线的一：作范围之内时，A n t i C o l l i s i o n 模块的防重叠功能将被启动工作。在程序员控制下的卡片读写器将会首先与每一张卡片进行
45、通信，取得每一张卡片的序列号。由于M I F A R E l 卡片每一张都具有其唯一的序列号，绝不会相同，因此卡片读写器根据卡片的序列号来识别，区分已选的卡片。卡片读写器中的A n t i C o l l i s i o n 防重叠功能配合号片上的防重叠功能模块，由程序员来控制读写器，根据专片的序列号来选定张卡片。被选中的卡片将直接与读写器进行数据交换，未被选择的卡片处于等待状态，随时准备与卡片读写器进行通信。A n t i C o l l i s i o n(防重叠功能)模块启动工作时，卡片读写器将得到卡片的序武汉理“r 夫学硕十学位论文列号S e r i a lN u m b e r。序列
46、号S e r i a lN u m b e r 存储在卡片的B l o c kO 中，共有5 个字节，实际有用的为4 个字节，另一个字节为序列号S e r i a lN u m b e r 的校验字节。序列号S e r i a lN u m b e r 中实际有用的4 个字节，可能为：0 0 7 e o a 4 2 H。(3)选择模块(S e l e c t A p p l i c a t i o n)：主要用于卡片的选择，当卡片与读写器完成了卜述的两个步骤，程序员控制的读写器要想对卡片进行读写操作，必须对卡片进行“S e l e c t”操作，以使卡片真j F 地被选中。被选中的卡片将卡片上
47、存储在B l o c k 0 中的卡片的容量“S i z e”字节传送给读写器。当读写器收到这一字节后，将明确可以对卡片进行避步的操作了。例如，可以进行密码校验等等。读写嚣收到的“S i z e”字节可能为：8 8 H。(4)认证及存取控制模块(A u t h e n t i c a t i o n&A c c e s sC o n t r 0 1)：在确认了上述的三个步骤，确认已经选择了一张卡片时，程序员对卡片进行读写操作之前，必须对卡片上已经设置的密码进行三级认证，如果匹配，则允许进一步的R e a d、确t e 操作”1。M I F A R E l 卡片上有1 6 个扇区，每个扇区都可分
48、别设置各自的密码，互不千涉。因此每个扇区可独立地应用于一个应用场合。整个卡片可以设计成“通”形式来应用。(5)控制及算术运算单元(C o n t r o l A r i t h m e t i cU n i t)：这单元是攘个卡片的控制中心，是卡J 中内建的中央微处理机(M C U)单元，是卡片的“头脑”。它主要进行对楚个卡片的各个单元进行微操作控制，协调卡片操作的各个步骤；同时它还对各种收发的数据进行算术运算处理，递增递减处理，C R C 运算处理等。(6)R A M R O M 单元：R A M 主要配合控制及算术运算单元，将运算的结果进行暂时存储。如果某些数据需要存储到E E P R O
49、 M 中，则由控制及算术运算单元取出送到E E P R O M 存储器中；如果某些数据需要传送给读写器，则出控制及算术运算单元取出，经过R F 射频接口电路的处理，通过卡片上的天线传送给卡片读写器。R A M 中的数据在卡片失掉电源后(卡片离开读写器天线的有效工作范围内)将被清除。同时，R O M 中还固化了卡片运行所需要的必要的程序指令，由控制及算术运算单元取出去对每个单元进行微指令控制，使卡片能有条不紊地与卡片读写器进行数据通信。武汉理=人学硕士学位论文(7)数据加密单元(C r y p t oU n i t)：该单元完成对数据的加密处理及密码保护。加密的算法可以为D E S 标准算法或其
50、他。(8)存储器及其接口电路(E E P R O MI n t e r f a c e E E P R O MM e m o r y)：该单元主要用于存储数据，E E P R O M 中的数据在卡片失掉电源后(卡片离开读写器天线的有效工作范围内)仍将被保持，用户所要存储的数据被存放在该单元中。2 2 2M I F A R E l 卡存健结构M I F A R E l 卡片中的存储单元容量为8 1 9 6 b i t(1K b y t e)，分为1 6 个扇区，每个扇区有6 4 B，由4 块(块0、块l、块2、块3)组成，(我们也将1 6 个扇区的6 4 个块按绝对地址编号为O 6 3)每块有1