城市公交非接触IC卡读写器的应用设计

采用PHILIPS公司的Mifare卡作IC卡，设计以射频技术为核心，以单片机为控制器的IC卡读写器在公交自动收费系统中的应用。制作的IC卡读写器可以实现制卡、售卡、自动收费等功能，具有安全、实用、方便、快捷、可靠性高的特点，解决了城市公共交通服务行业既频繁又琐碎的收费管理问题，有广泛的应用前景。
一、IC卡读写器概述
目前经常接触到的IC卡有两种：接触式的和非接触式的IC卡。接触式的IC卡通过机械触点从读写器获取能量和交换数据;非接触式IC卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以又称射频卡。目前在社会上常见的是接触式IC卡。它具有存储量大(以兆为单位)，保密功能强(有多重密码设置和认证功能)，可实现一卡多用。但是，这类卡的读写操作速度较慢，操作也不方便，每次读写时必须把卡正确地插入到读写器的口槽才能完成数据交换，这样，在公交、考勤等需要频繁读写卡的场合就很不方便，而且读写器的触点和卡片上IC卡的触脚暴露在外,容易损坏和搞脏而造成接触不良。
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，使用中非常方便、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泛的应用前景。目前我国引进的射频 IC卡主要有PHILIPS公司的Mifare和ATMEL公司的Temic卡。下面以PHILIPS公司的Mifare卡为主、介绍城市公交自动售票IC卡读写器的实现方法。
二、工作原理
非接触式IC 卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了1片Mifare卡专用的读写处理芯片--MMM微模块。它是一个小型的最大操作距离达20～30mm的Mifare读/写设备的核心器件，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：射频区内含调制解调器和电源供电电路，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三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。这是与射频卡实现无线通信的核心模块，也是读写器读写Mifare卡的关键接口芯片。读写器工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波(13.6MHz)，当有卡靠近时，卡片内有一个LG串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LG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2V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写器发出的数据与保存。
三、硬件组成
公交收费系统结构复杂，环节较多，因此，公交非接触IC 卡的读写器至少应包括公交售卡机、公交车载机和公交制卡机三个读写器。除了售卡机要求有键盘外，其余的硬件组成大体相同。图1为非接触IC卡及其读写器硬件电路原理图，主要由MMM微模块、单片机、键盘、显示、存储器、天线和监控电路以及与PC机通信的TC232串行通信接口电路等部分组成。
(1)单片机系统
单片机采用89C52。它片内有8KB的ROM，256字节的RAM以及有32个I/O口。P1口与串行器件24C64和显示、报警电路连接;P0口与MMM微模块相连，用作数据线;P2口用作4×4键盘;P3口用于读写控制和中断。
(2)键盘电路
键盘接口电路用P2口接成4×4结构，共16个键。其中数字键10个，功能键2个，退格键和回车键各1个，有2个键暂时未用。 功能键有查询和通信两键。
查询键：售卡员可以通过此键查询售卡金额和售卡记录数。
通信键：由于读写器的存储量有限，因此读写器每售卡一段时间，应将读写器中的数据通过RS-232串行接口与PC机通信，以便回放和清空读写器中的数据。数据回放到PC机中后，通过分析处理，形成各种报表，以便公交公司及时掌握售卡情况。
(3)显示电路
显示部分采用数码显示，利用串行输入BCD码--十进制译码驱动显示器件MC14499来完成与单片机系统的显示接口，以显示读写器工作状态、输入的数据或读出IC卡中所剩余以及出错信息等。此器件主要有1个20位移位寄存器、1个锁存器、1个多路输出器。多路输出器输出的BCD码经段译码器译码后，换成七段码(abcdefg)和小数点DP送到段驱动器输出。
(4)存储器
读写器中设计了存储器。存储器选用24CXX系列的串行E2PROM。在售卡机中主要存放卡号、售卡员号、售卡金额、售卡日期、售卡总金额和售卡总记录数;在车载机中主要存放乘客IC卡号、司机号和刷卡总数等信息。显示用MC14499驱动4位共阴数码管。正常工作后，每隔一段时间要把读写器拿到公交管理中心将读写器储存的信息回放到PC机中保存处理。读写器中存储器可采用24C64，其存储量为8KB，如有需要也可用容量更大的存储器如24C128或24C256等。