劉瑞濤

摘要： 本文在深入分析非接觸式IC卡工作原理的基礎(chǔ)上，提出了一種基于AT89S51單片機(jī)控制的S50系列IC卡讀卡器的設(shè)計(jì)方法，并從元器件選型，硬件電路設(shè)計(jì)，軟件程序設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了探討，并結(jié)合公共交通收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)地講解了公交車刷卡機(jī)的讀寫技術(shù)和工作原理。

Abstract： Based on thorough analysis of the working principle of contactless IC card， this paper proposes a design method of S50 series IC card reader based on AT89S51 control. It discusses the design from the components selection， hardware circuit design， software program design and other aspects. Combined with the practical application of public transport charge system， the reading and writing techniques and working principle of bus card machine is systematically explained.

關(guān)鍵詞： 非接觸式IC卡；單片機(jī)；S50系列；刷卡機(jī)

Key words： contactless IC card；single chip microcomputer；S50 series；card machine

中圖分類號(hào)：TN409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）12-0027-02

0 引言

非接觸式IC卡因其使用方便，安全可靠，成本低廉等特點(diǎn)正逐步應(yīng)用于居民生活的各個(gè)方面，已經(jīng)廣泛使用在公共交通收費(fèi)系統(tǒng)，醫(yī)院信息管理系統(tǒng)，學(xué)校一卡通系統(tǒng)，小區(qū)門禁系統(tǒng)，停車場(chǎng)管理收費(fèi)系統(tǒng)等諸多方面，給人民的日常生活，醫(yī)院就醫(yī)，外出交通提供了很大便利。本設(shè)計(jì)是主要采用非接觸式IC卡讀卡模塊進(jìn)行信息采集，并用市場(chǎng)上比較常用AT89S51作為主控芯片設(shè)計(jì)一款公交刷卡器系統(tǒng)。其主要功能如下：能夠讀取非接觸式IC卡信息并能自動(dòng)扣費(fèi)；正常扣費(fèi)時(shí)發(fā)出短提示音，當(dāng)卡中費(fèi)用低于限額時(shí)發(fā)出長(zhǎng)提示音；通過(guò)數(shù)碼管顯示卡中余額及其他信息。

1 設(shè)計(jì)思路及流程

根據(jù)前面所講的功能要求，IC卡讀卡器系統(tǒng)可以分為單片機(jī)模塊、電源模塊、讀卡器模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊5部分組成。如圖1所示。

單片機(jī)模塊采用AT89S51作為核心控制器，并配有基本的復(fù)位電路與晶振電路，其從讀卡器模塊中讀取IC卡信息及數(shù)據(jù)，通過(guò)顯示模塊向外輸出顯示，同時(shí)通過(guò)報(bào)警模塊發(fā)出對(duì)應(yīng)的提示音。

電源模塊可以采用兩種方式供電，一種是市電交流220V供電，讀卡器系統(tǒng)內(nèi)部必須使用開關(guān)電源，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?V，供系統(tǒng)正常工作；另一種是利用公交車上的車載電源12V供電，這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部必須使用線性穩(wěn)壓芯片7805將12V直流電轉(zhuǎn)變成5V直流電。

讀卡器模塊用于對(duì)IC卡進(jìn)行讀寫卡操作，IC卡采用飛利浦公司的S50卡，使用13號(hào)存儲(chǔ)塊存儲(chǔ)乘車人各類信息，并采用與之配套的專用讀寫卡模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫

操作。

顯示模塊主要顯示IC卡信息及待乘車次數(shù)，由于只是顯示數(shù)字信息，所以采用控制比較簡(jiǎn)單的數(shù)碼管作為顯示器件，使用四位一體數(shù)碼管顯示，采用靜態(tài)顯示方式。

報(bào)警模塊主要發(fā)出長(zhǎng)音和短音兩種提示音，方便乘客在刷卡時(shí)確認(rèn)是否刷卡成功，發(fā)音器件采用市場(chǎng)上常見的蜂鳴器。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中涉及到的芯片主要包括單片機(jī)AT89S51，線性穩(wěn)壓芯片7805，讀卡模塊和S50卡片。由于AT89S51和7805芯片是比較常用的芯片，在一般的教學(xué)中都會(huì)重點(diǎn)講解，所以在此不再贅述。本文主要介紹讀卡模塊和S50卡。

2.1 非接觸式IC卡S50卡 S50系列IC卡的核心是飛利浦公司的S50系列芯片，并采用了國(guó)際上常用的ISO14443 TYPE A標(biāo)準(zhǔn)，IC卡的制造標(biāo)準(zhǔn)采用Mifare技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)，其功能框圖如圖2所示。

IC卡主要包括RF射頻接口電路和數(shù)字電路部分。在射頻接口電路中，波形轉(zhuǎn)換模塊可以接收讀卡器發(fā)出的13.56MHz無(wú)線電調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)試、解調(diào)，并進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，之后又電壓模塊進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換并輸出到卡上的各個(gè)電路上，最后使電路同步啟動(dòng)。數(shù)字電路部分包括請(qǐng)求應(yīng)答模塊，存儲(chǔ)控制模塊等部件，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)IC卡的選擇與認(rèn)證，數(shù)據(jù)的讀與寫。

2.2 S50卡讀寫模塊 對(duì)S50卡的讀寫操作由MFRC500芯片完成，現(xiàn)今市場(chǎng)上已經(jīng)將此芯片集成為專用的讀寫模塊MF-500M。此模塊是采用最新的MIFARE技術(shù)設(shè)計(jì)的微型嵌入式、非接觸式IC卡讀寫模塊，內(nèi)嵌ISO14443 TYPE A協(xié)議解釋器，并具有射頻驅(qū)動(dòng)及接受功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)S50卡的讀寫操作，操作距離為10cm。其特性為5V供電，RS-232接口，射頻頻率13.56MHz，106kbit/s傳輸率，工作溫度-20～+75℃

2.3 讀卡電路 硬件設(shè)計(jì)中單片機(jī)通過(guò)串口向讀卡模塊發(fā)送指令及接受數(shù)據(jù)，因此單片機(jī)的TXD、RXD引腳分別接讀卡模塊的RXD、TXD。同時(shí)為了能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸過(guò)程實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，將單片機(jī)的TXD、RXD引腳分別連接上一個(gè)LED和1KΩ的限流電阻，當(dāng)有數(shù)據(jù)交換時(shí)，LED燈閃爍。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

軟件程序主要實(shí)現(xiàn)讀卡模塊對(duì)IC卡進(jìn)行讀寫操作，并將信息顯示到數(shù)碼管上及發(fā)出提示音。主要包括：主程序模塊，調(diào)用各個(gè)子程序，實(shí)現(xiàn)IC卡讀寫操作；讀卡子程序模塊，根據(jù)讀寫電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)IC卡的讀寫操作；顯示子程序模塊，根據(jù)顯示電路，將信息輸出到數(shù)碼管顯示；報(bào)警子程序模塊，根據(jù)報(bào)警電路，控制蜂鳴器發(fā)出長(zhǎng)短提示音。在讀卡子程序模塊中要根據(jù)MF-500的指令結(jié)構(gòu)圖與指令集分別編寫尋卡函數(shù)、讀卡函數(shù)、寫卡函數(shù)以及?？?/p>

函數(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)公交車IC卡收費(fèi)系統(tǒng)提出了具有針對(duì)性、專業(yè)性的設(shè)計(jì)方案，并給出了硬件設(shè)計(jì)和軟件編程的思路與方法。在硬件設(shè)計(jì)中，由于外界環(huán)境干擾信號(hào)較多，可以采用看門狗功能芯片，當(dāng)系統(tǒng)死機(jī)時(shí)能夠強(qiáng)迫其復(fù)位。在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還可以加上時(shí)鐘芯片和存儲(chǔ)芯片，記錄刷卡時(shí)間，便成為考勤機(jī)，如果再加上與上位機(jī)的通信模塊，還可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上，便于建立數(shù)據(jù)庫(kù)。

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