毕业设计一卡多号读卡器的电路设计值得参考

毕业设计（论文）题目：一卡多号读卡器的电路设计 学 院：高等职业技术学院（房山分校）专 业： 应用电子技术 毕业设计（论文）任务书题目类别： 毕业设计 题目性质： 工程设计 毕业设计（论文）题目：一卡多号读卡器的电路设计学 院：高等职业技术学院（房山分校）专 业： 应用电子技术 1北京理工大学房山分校毕业论文题目内容：随这科技日益发展，互联网构架的完善，人民的生活水平逐渐提高，生活节奏明显加快。生活中的电子用卡开始普及，银行卡，公交卡，本题内容是研究如何是一张卡上多个识别号码从而真正做到“一卡多号”“一卡通行”节约随身的负累。通过研究我将阐述关于非接触式IC读卡器的工作原理M1卡的工作原理以及IC卡读卡器的防冲突读卡设计既所谓的一卡多号读卡器。任务要求：第一阶段：查阅相关资料，熟悉掌握电路原理与射频卡技术原理。第二阶段：研究一卡多号读卡器的工作原理，应用领域与技术实现手段。第三阶段：驱动电路设计，包括硬件选择，电路设计与软件设计。第四阶段：研究一卡多号应用领域与使用范围。第五阶段：对外来发展方向的设想。 指导教师签字： 年 月 日专业负责人签字： 年 月 日毕业设计（论文）评语表（一）指导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师 （签字）年 月 日评阅人对毕业设计（论文）的评语：评阅人 （签字）年 月 日毕业设计（论文）评语表（二）答辩委员会（小组）成员姓 名职称主要分工签 字答辩中提出的主要问题及回答的简要情况：问：题目产品存在什么问题？答：由于扇区可以加密所以制造企业为方便企业保护一般不对外开放密码,更新产品成本大。问：单片机频率？答：13.56MHZ问：读写反应时间长短？答：典型的检票交易时间最长不超过100ms(0.1秒)（包括卡片的认证，6个扇区的读（768bit,2个扇区的认证），2个扇区的写操作（256bit）问：高速收费站可否使用？答：可以,通过蓝光卡的远距离扫描可以做到无障碍不停车过收费站，但由于收费体制与系统不成熟，当前应用的并不多。问：放冲突的操作原理？答：如果有多张Mifare卡片处在卡片读写模块天线的工作范围之内时，读写模块将首先与每一张卡片进行通信。以取得每一张卡片的序列号。由于每一张 Mifare卡片都有其唯一的序列号，因此读写模块可根据卡片的序列号来保证一次只对一张卡操作。该操作得到的卡的返回值即为卡的序列号。答辩委员会（小组）代表 （签字）年 月 日答辩委员会（小组）的评语：答辩委员会（小组）代表 （签字）年 月 日答辩委员会（小组）给定的成绩：答辩委员会（小组）主任 （签字）年 月 日毕业设计（论文）开始日期 年 月 日截止日期 年 月 日毕业设计（论文）答辩日期 年 月 日摘要 随这科技日益发展，互联网构架的完善，人民的生活水平逐渐提高，生活节奏明显加快。生活中的电子用卡开始普及，银行卡，公交卡，本题内容是研究如何是一张卡上多个识别号码从而真正做到“一卡多号”“一卡通行”节约随身的负累。研究一卡多号的读卡器设计。文中介绍非接触式IC卡读卡器的开发，具体阐述了非接触式IC卡读卡器的电路设计和软件开发。由于现代化的企业管理离不开先进的技术手段”金卡工程”的开展,智能卡的应用使用全面提高企业管理效率。它可使企业的车辆出入管理、门禁管理、内部员工管理等功能对提高企业的综合效率有显著作用。本文中将设计一卡多号在企业管理中的可行性。关键词：非接触 IC卡 读卡器 一卡多号ABSTRACT With the increasing development of this technology, the Internet architecture improvement of peoples living standards gradually increasing the pace of life has accelerated noticeably. Life of electronic cards starting with the popularity of bank cards, bus cards, this question is to examine how the content is more than a card identification number in order to be really a Multi-sim card smart card to save the burden to carry. Study of a Multi-sim card reader design. In this paper, non-contact type IC card reader development, specifically addressed the non-contact type IC card reader circuit design and software development. As the modern enterprise management is inseparable from the advanced technical means Golden Card Project unfolds, the use of smart card applications and comprehensively improve the efficiency of enterprise management. It allows companies to vehicle access control, access control management, internal staff management functions such as improving the overall efficiency of enterprises has a distinct role. This paper will design a Multi-sim card in the enterprise management feasibility.Key words: non-contact, IC card, reader One Multi-sim card 目录1. 引言72. 卡片设计及工作原72.1 IC卡的发展史82.2 Mifare 1非接触式IC智能射频卡特点82.3 Mifare 1非接触式IC智能射频卡功能组成92.3.1. RF射频接口电路92.3.2 在数字电路部分模块中102.4 Mifare 1 IC智能(射频)卡的物理组成及卡片上天线的研究122.5Mifare 1卡片的存储结构133. 读卡器的工作原理与设计143.1 读卡芯片143.2 非接触读写系统组成154. 一卡多号防冲突设计184.1 请求操作184.2 防冲突操作184.3 卡片的选择184.4 认证操作184.5 读写操作185.一卡多号在企业管理应用设想195.1设想195.2 智能卡介绍205.3.系统介绍215.3.1.C3系统介绍225.3.2.系统组成225.3.3.系统特点215.3.4.应用领域226.总结227.参考文献231.引言非接触式IC卡技术是最近几年发展起来的一项新技术，具有操作快捷便利、可靠性高、寿命长、防伪性好、安全性好、抗干扰能力强和一卡多用等优点，可广泛应用于各种身份识别、收费系统中。其中非接触式IC卡读写器是非接触式IC卡应用的关键。下面以PHlLIPS公司的MIFARE ONE卡为基础介绍非接触式IC卡读写器的硬件电路设计和软件开发以及在各个领域中IC卡一卡通的应用实例。2.卡片设计及工作原理2.1 IC卡的发展史当今的信息技术又到了一个关键的十字路口。单独的PC甚至局域网的时代已为“全球化网络”时代所代替。互联网INTERNET的产生和今天的飞速发展和广泛渗透就是典范。IC（集成电路）智能卡正在并已经融入当今信息技术的主流。她以其高度的信息集成，高度的安全性，正日渐其辉煌和灿烂。随着金融行业的不断发展，社会经济的日新月异，特别是公共交通行业，无线通信领域，卫生保健行业，封闭式场所管理，身份识别，电话通信，大楼保安系统等等，人们已愈来愈多地开始接受和使用IC智能卡。特别是银行服务系统，IC智能卡替代古老的磁卡而服务于大众已日渐成熟。并且“一卡通”，一卡多用，给我们的生活质量带来了很大的提高。IC智能卡自动电表抄表系统，煤气/自来水抄表系统，公交/地铁自动售票/检票系统，移动通信手机中IC 智能SIM卡等等，IC智能卡已愈来愈贴近我们的生活，成为我们生活的一步分。“刷卡”已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。近几年来，随着IC智能卡中的接触式CPU 卡以及非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）的高度安全保密性，使之在IC智能卡领域中异军突起，成为当今IC智能卡中的流行宠物，应用前景十分广阔。国外对IC卡的研究和应用较早，特别是在美国，欧洲国家等。IC卡遍布社会各个方方面面。就象在美国，国民消费总额的20%30%是由“刷卡”消费完成的，由此可见IC智能卡流行和使用的程度。尽管国外对IC卡已有多年的研究，但真正在IC智能卡中特别是CPU卡类， 非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）方面的研究也仅有12年的成熟期。因为他们也看到了CPU 卡，特别是非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）代表了整个“刷卡”领域的发展方向，前景光明。我国对IC卡行业的发展始于1993年左右，当时的中央领导特别是江泽民同志高度重视IC卡行业，高瞻远瞩，指示要发展我国自己的IC卡事业，建立“金卡工程”。虽然至今也只有短短的6年左右时间，但已取得了不小的成就。已研制成功我国自主版权的较大容量的存储卡，逻辑加密卡等，但是对于尖端的CPU卡及非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）的制卡技术及其相应的读/写卡设备技术，仍处于落后状态。这极大地制约了IC卡行业的发展，特别是在要求有极高安全性和保密性的金融行业中，制约了我国金卡工程的实施和发展。为了加快IC卡行业的发展，特别是尖端的CPU卡及非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）的推广应用，让IC卡行业及其他行业的同行尽快掌握CPU卡及非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）的核心技术及其读写设备的软硬件技术及应用设计，跟上国外的IC卡研究和应用步伐，甚至走在其前面，在上海华东计算机研究所，上海计算机协会等领导同志的关怀下，在上海华东磁记录设备电子公司吴文总经理的直接支持下，经过一段时间全身心投入的研发之后，笔者已基本上比较全面地掌握了PHILIPS公司的非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）MIFARE 1卡（S50系列）及其卡片读写设备核心模块MCM（Mifare Core Module）的软硬件技术。使我们发展，应用，甚至超越PHILIPS公司的非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）技术及其读写设备技术成为可能。当今世界上非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）中的主流主要为PHILIPS公司的MIFARE技术，已经被制定为国际标准：ISO/IEC 14443 TYPE A标准 。欧洲一些较大的IC卡片制造商以及IC卡片读写器制造商以及IC卡片软件设计公司等（例如法国的GEMPLUS公司）大都以MIFARE技术为标准，而发展和推进IC卡行业。通过阅读本文，相信有一定IC卡经验，技术及具有一定的计算机软/硬件技术（尤其是微处理单片机MCU技术）的同行定能将本文消化之后而能设计出诸多应用场合的产品，例如，门禁控制系统（Door Access System）,高速公路不停车收费系统，停车场收费管理系统，地铁非接触式IC智能射频卡的“刷卡”读写器，机关/企业内部考勤管理系统，医疗保险管理系统，公共交通收费管理系统，出租车收费管理系统，银行服务“一卡通”等等。2.2 Mifare 1非接触式IC智能射频卡特点Mifare 1 IC智能(射频)卡的核心是Philips 公司的Mifare 1 IC S50（-01，-02，-03，-04）系列微模块（微晶片）。它确定了卡片的特性以及卡片读写器的诸多性能。Mifare 1 IC智能(射频)卡采用先进的芯片制造工艺制作。内建有高速的CMOS EEPROM，MCU等。卡片上除了IC微晶片及一副高效率天线外，无任何其他元件。卡片上无源（无任何电池），工作时的电源能量由卡片读写器天线发送无线电载波信号耦合到卡片上天线而产生电能，一般可达2V以上，供卡片上IC工作。工作频率 13.56MHZ。Mifare 1射频卡所具有的独特的MIFARE RF（射频）非接触式接口标准已被制定为国际标准：ISO/IEC 14443 TYPE A 标准。射频卡标准操作距离为100mm（由MCM500 作为读写器核心模块）和25 mm （由MCM200 作为读写器核心模块）。与卡片读写器的通信速率高达106Kbit/s。Mifare 1 IC智能(射频)卡上具有先进的数据通信加密并双向验证密码系统；且具有防重叠功能：能在同一时间处理重叠在卡片读写器天线的有效工作距离内的多张重叠的卡片。Mifare 1 IC智能(射频)卡与读写器通信使用握手式半双工通信协议；卡片上有高速的CRC协处理器，符合CCITT标准。卡片制造时具有唯一的卡片系列号，没有重复的相同的两张MIFARE 卡片。卡片上内建8K（bit） EEPROM存储容量并划分为16个扇区，每个扇区划分为4个数据存储块，每个扇区可由多种方式的密码管理。卡片上还内建有增值/减值的专项的数学运算电路，非常适合公交/地铁等行业的检票/收费系统。典型的检票交易时间最长不超过100ms(0.1秒)（包括卡片的认证，6个扇区的读（768bit,2个扇区的认证），2个扇区的写操作（256bit）。卡片上的数据读写可超过10万次以上；数据保存期可达10年以上，且卡片抗静电保护能力达2KV以上。2.3 Mifare 1非接触式IC智能射频卡功能组成如图所示为MIFARE 1 S50非接触式IC智能射频卡的功能组成图。MIFARE 1 S50 CARD IC Clock Data Energy波形转换正弦=方波整流电压调节Modu./DeModu调制/解调 POR (复位)EEPORAntiCollisionATRDigital Section 数字电路部分Select ApplicationAuthentication & Access ControlControl &Arithm. Unit ROMCrypto UnitRAMRF-Interface 射频接口电路卡片天线整个卡片包含了两个部分，RF射频接口电路和数字电路部分。2.3.1. RF射频接口电路在RF射频接口电路中，主要包括有波形转换模块。它可将卡片读写器上的13.56MHZ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，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等，最终输出供给卡片上的各电路。POR模块主要是对卡片上的各个电路进行POWER-ON-RESET（上电复位），使各电路同步启动工作。2.3.2 在数字电路部分模块中：（1） ATR模块：Answer to Request(“请求之应答“)当一张Mifare 1卡片处在卡片读写器的天线的工作范围之内时，程序员控制读写器向卡片发出REQUEST all(或REQUEST std) 命令后，卡片的ATR将启动，将卡片Block 0 中的卡片类型（TagType）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ATR工作，读写器对卡片的其他操作（Read/Write等）将不会进行。卡片的类型（TagType）号共2个字节，可能为：0004H（2）AntiCollision模块：防止（卡片）重叠功能如果有多张Mifare 1卡片处在卡片读写器的天线的工作范围之内时，AntiCollision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通信，取得每一张卡片的系列号。由于Mifare 1卡片每一张都具有其唯一的系列号，决不会相同，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MCM中的AntiCollision防重叠功能配合卡片上的防重叠功能模块，由程序员来控制读写器，根据卡片的序列号来选定一张卡片。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。AntiCollision模块（防重叠功能）启动工作时，卡片读写器将得到卡片的序列号Serial Number。序列号Serial Number存储在卡片的Block 0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Serial Number的校验字节，这在以后章节中详细论述，包括对序列号Serial Number的校验方法等。序列号Serial Number中实际有用的4个字节，可能为：007e0a42h 。（3） Select Application 模块：主要用于卡片的选择。当卡片与读写器完成了上述的二个步骤，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“Select” 操作。以使卡片真正地被选中。被选中的卡片将卡片上存储在Block 0中的卡片的容量“Size” 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深一步的操作了。例如，可以进行密码验证等等。读写器收到的“Size” 字节可能为：88h（4） Authentication & Access Control 模块： 认证及存取控制模块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认证，如果匹配，则允许进一步的Read/Write操作。Mifare 1 卡片上有16个扇区，每个扇区都可分别设置各自的密码，互不干涉。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“一卡通”形式来应用。三遍认证：如图所示为三遍认证的令牌原理框图。Mifare 1 卡片非接触式卡片读写器 （A）RB (E)（B）TOKEN AB (C) (D)TOKEN BA认证过程是这样进行的：（A）环 ：由Mifare 1卡片 向读写器 发送一个随机数据 RB；（B）环 ：由读写器收到RB后向Mifare 1卡片发送一个令牌数据TOKEN AB，其中包含了读写器发出的一个随机数据 RA；（C）环 ：Mifare 1卡片收到 TOKEN AB 后，对TOKEN AB 的加密的部分进行解 密，并校验第一次由（A）环中Mifare 1卡片 发出去的随机数RB是否与（B）环中接收到的TOKEN AB中的RB相一致；（D） 环 ： 如果（C）环校验是正确的，则Mifare 1卡片 向读写器 发送令牌TOKEN BA给读写器 ；（E）环 ：读写器 收到令牌TOKEN BA后，读写器将对令牌TOKEN BA中的RB（随机数）进行解密；并校验第一次由（B）环中读写器发出去的随机数RA是否与（D）环中接收到 的TOKEN BA中的RA相一致；如果上述的每一个环都为“真”，都能正确通过验证，则整个的认证过程将成功。读写器将能对刚刚认证通过的卡片上的这个扇区可以进入下一步的操作（READ/WRITE 等操作）。卡片中的其他扇区由于有其各自的密码，因此不能对其进行进一步的操作。如想对其他扇区进行操作，必须完成上述的认证过程。认证过程中的任何一环出现差错，整个认证将告失败。必须从新开始。如果事先不知卡片上的密码，则由于密码的变化可以极其复杂，因此靠猜测密码而想打开卡片上的一个扇区的可能性几乎为零。这里提醒一下程序员和卡片的使用者，必须牢记卡片中的16个扇区的每一个密码，否则，遗忘某一扇区的密码，将使该扇区中的数据不能读写。没有任何办法可以挽救这种低级错误。但是，卡片上的其他扇区可以照样使用。上述的叙述已经可以充分地说明了Mifare 1 卡片的高度安全性，保密性，及卡片的应用场合多样性，一卡多用（一卡通）。5 Control & Arithmetic Unit 控制及算术运算单元：这一单元是整个卡片的控制中心，是卡片的“头脑”。它主要进行对整个卡片的各个单位进行微操作控制，协调卡片的各个步骤；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，CRC运算处理，等等。是卡片中内建的中央微处理机（MCU）单元。6 RAM/ROM 单元：RAM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EEPROM，则由控制及算术运算单元取出送到EEPROM存储器中；如果某些数据需要传送给读写器，则由控制及算术运算单元取出，经过RF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。RAM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，ROM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的读写器进行数据通信。7 Crypto Unit 数据加密单元：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DES标准算法或其他。8 EEPROM INTERFACE/EEPROM MEMORY EEPROM存储器及其接口电路：该单元主要用于存储数据。EEPROM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。Mifare 1卡片中的这一单元容量为8196bit(1 Kbyte)。分为16个扇区。2.4 Mifare 1 IC智能(射频)卡的物理组成及卡片上天线的研究在卡片上的微晶片外面一般封装了保护层。保护层可以防止微晶片被折叠，扭曲等众多对卡片实施非正常的物理性损坏。同时也防止微晶片受到紫外线的辐射，使卡片能长久地被使用。但从电性能的角度来看，由于加入了保护层，使IC与卡片上的天线组成的振荡回路的频率将发生变化。因为，保护层给IC微晶片增加了一个输入回路电容Cmount。尽管这个电容只有几个pf 至几十个pf，但对于要求频率精度，稳定度等都很高的非接触式IC智能射频卡来说，也将是很重要的。天线线圈带保护层的IC微晶片Mifare 1 IC智能(射频)卡卡片上的等效电路如下： Rcoil La Ccoil Cpack Cic Cmount Lcoil Lb 不带IC微晶片的天线 IC 微晶片2.5Mifare 1卡片的存储结构 Mifare 1卡片的存储容量为8192 BIT X 1位字长（即1K X 8位字长），采用EEPROM作为存储介质，整个结构划分为16个扇区，编为扇区0 15。每个扇区有4个块（Block）,分别为块0,块1,块2和块3。每个块有16个字节。一个扇区共有 16 Byte X 4 = 64 Byte。如下图：扇区0块 0（厂商标志代码）块 1块 2块 3（A密码+存取控制+B密码）扇区1Block 0Block 1Block 2Block 3(A密码+存取控制+B密码）。扇区15。Block 0Block 1Block 2块 3（A密码+存取控制+B密码）每个扇区的块3(即第四块) 包含了该扇区的密码A(6个字节)、存取控制(4个字节)、密码B(6个字节)，是一个特殊的块。其余三个块是一般的数据块。但扇区0的块0是特殊的，是厂商代码，已固化，不可改写。其中：第04个字节为卡片的序列号，第5个字节为序列号的校验码；第6个字节为卡片的容量“SIZE”字节；第7，8个字节为卡片的类型号字节，即Tagtype字节；其他字节由厂商另加定义。Mifare 1 卡片的扇区0中的块0（Block 0）存储的16个字节的内容可能为：420a7e00368804004481740630373937h3. 读卡器的工作原理与设计3.1 读卡芯片目前国际上非接触式IC智能射频卡中的主流技术是Philips公司的MIFARE技术已经被制定为国际标准一IS014443 TYPEA标准。本模块采用的国产非接触卡读卡机专用芯片FM1702，正是基于此国际标准。该模块具有体积小、易于嵌入到应用系统中使用的特点。 FM1702SL是复旦微电子股份有限公司基于IS014443标准设计的非接触卡读卡机专用芯片，该芯片采用的是06微米CMOS EEPROM工艺制造可支持ISOl4443 typeA协议和MIFARE标准的加密算法。芯片内部集成了模拟调制解调电路。因而只需搭接最少量的外围电路就可以工作。FM1702SL芯片支持SPI接口，其数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。特别适用于ISO14443标准下的水、电、煤气表等计费系统的读卡器的应用。该芯片的三路电源都适用于低电压。3.2 非接触读写系统组成 该系统主要由MCU、FM1702SL、RS232I2C通信模块、ISP在线调试接口和天线组成。系统组成框图如图1所示。用户只需简单地通过选定的 UART或IIC接口发送命令就可以对卡片进行操作，MCU根据接收到的命令来控制FM1702SL，并由FM1702SL驱动天线对MiFare卡进行读写操作。系统MCU采用Philips增强型单片机LPC931，其可以通过ISP在线调试，且运行稳定。射频非接触式IC卡读写模块同时支持IIC和UART通讯接口。通过对模块的引脚设置电平可确定模块的通讯端口是IIC还是UART。3.2.1 天线设计 系统数据存储在无源Mifare卡中。读写模块的主要任务是将能量传输给Mifare卡。并与之建立通信。天线是非接触式IC卡读写模块的一个重要组成部分，在读写模块和非接触式IC卡通信过程中，天线用于产生能发射和接收射频信号的磁通量而磁通量用于向卡提供电源并在读写模块和卡片之间传送信息。因此，在设计中要求天线线圈的电流最大，以用于产生最大的磁通量，并要确保有足够的带宽。读写模块的性能与天线的参数有着直接的关系。在对天线的性能进行优化之后。读写模块的读卡距离可以达到10 cm。由于FM1702SL的频率是1356 MHz属于短波段，因此可以采用小环天线。小环天线有方型、圆形、椭圆型、三角型等，本系统采用的是矩型天线。天线的最大几何尺寸同工作波长之间没有一个严格的界限。一般定义为： L1(2) (1) 式中，L是天线的最大尺寸，是工作波长。对于136 MHz的系统来说，天线的最大尺寸在50cm左右。 在天线设计中，品质因数Q是一个非常重要的参数。对于电感耦合式射频识别系统的读写器天线来说。较高的品质因数值会使天线线圈中的电流强度也较大，由此可改善对卡的传送功率。品质因数的计算公式为： 式中，f0是工作频率，Lcoil是天线的尺寸，Rcoil是天线的半径。 通过品质因数可以很容易地计算出天线的带宽： B=f0/Q (3) 从式中可以看出，天线的传输带宽与品质因数成反比关系。因此。过高的品质因数会导致带宽缩小，从而减弱读写器的调制边带，导致无法与卡通信。一般系统的最佳品质因数为10-30，最大不能超过60。3.2.2 硬件电路 图2为FM1702SL与MCU的主要部分的接口电路。系统通过接收上位机的数据，并根据接收到的相关命令进行工作。另外。也可设定为自动寻卡方式，而无需上位机频繁发送寻卡指令，即当卡片进入到天线区后在ICC引脚上出现低电平告知上位机，上位机则通过寻卡指令直接读取卡片序列号。3.2.3 软件设计 读写器软件编程是采用标准C语言程序来实现对非接触式IC卡的一系列操作。主要有：LPC931单片机初始化、FM1702SL初始化、接收命令数据处理、IC卡读写、防冲突、密码验证以及对卡片block(数据块)操作程序等。 读写卡过程是一个较复杂的程序执行过程，其软件流程图如图3所示，读写卡过程需要执行一系列的操作指令，并需调用多个C51函数。如果采用自动寻卡方式，MCU需要每隔05秒自动寻卡一次，如果寻到卡，则ICC置1。4. 一卡多号防冲突设计4.1 请求操作 当一张Mifare卡片处在读写模块天线的工作范围之内时上位机通过发送命令来控制读写模块向卡片发出REQUEST all(或REQUEST std)命令。卡片的ATR将启动，并将卡片BlockO中的卡片类型(TagType)号(共2个字节)传送给读写模块。以建立卡片与读写模块的第一步通信联络。如果请求卡操作不成功，读写模块对卡片的其它操作将不会进行。 4.2 防冲突操作如果有多张Mifare卡片处在卡片读写模块天线的工作范围之内时，读写模块将首先与每一张卡片进行通信。以取得每一张卡片的序列号。由于每一张 Mifare卡片都有其唯一的序列号，因此读写模块可根据卡片的序列号来保证一次只对一张卡操作。该操作得到的卡的返回值即为卡的序列号。4.3卡选择操作 完成了上述二个步骤之后，读卡模块必须对卡片进行选择操作。执行操作后，返回卡上的卡片序列号(UID)。4.4 认证操作 经过上述三个步骤，在确认已经选择了一张卡片时。卡片读写模块在对卡进行读写操作之前。必须对卡片上已经设置的密码进行认证，如果匹配，才允许进一步的读写操作。4.5 读写操作 对卡的最后操作包括卡片初始化卡值、读卡、写卡、增值、减值、存储等。5.一卡多号在企业管理上的应用5.1设想以前，在企业中，员工的证件、门禁、巡更、考勤、食堂就餐、节水控制等管理都是不关联的，各部门之间没有相互的联系，造成人力和财力的浪费，且工作效率低。为此，各企业都在寻求一种简捷高效的现代化信息管理模式。而智能卡技术的推广应用，则是推进现代化信息管理模式的重要措施之一。随着科学技术的推广运用，现代社会几乎各个行业的众多部门纷纷引进了IC卡智能管理系统，期望以此来改进提高管理档次，降低管理成本。因此根据市场现状，准确实效的“一卡通” “一卡多用”已成为“势所必出”的必然要求。 一卡通管理系统是以智能卡为电子媒体，集电子工程技术、计算机它将门禁、人事、考勤、薪资、食堂就餐、保安、停车场管理集于一体，实现全方位“一卡通” “一卡多用”智能综合管理。该系统强化了工厂企业、办公室、智能小区及校园等不同领域的“一卡通” “一卡多用”管理理念，为用户提供高效、安全、便利的现代化管理手段. 利用智能（IC）卡“一卡通” “一卡多用”管理系统，将员工考勤、就餐、门禁、停车、娱乐、购物消费综合应用集中到一张智能IC卡上，使一张IC卡同时担负证件、厂牌、内部消费货币、门禁通行等各项职能。这样一来，这样一来，单位加强了对人、财、物流的有序及有效监控管理，提高有限资源的共享利用率。5.2 智能卡介绍智能卡即(Smart Card),也被称为智能(IC)卡。IC卡分为接解式IC卡和非接式IC卡。国际标准化组织使用术语ICC（Integrated Circuit Card）,即“集成电路卡”来涵盖所有在一个符合ISO IDI定义的塑料卡片内封装了一个集成电路的器件，卡的外形尺寸是85.6mm 53.98mm 0.76mm,与银行所使用的磁卡相同。当然，也可封装为标签、纽扣、钥匙、饰物等特殊形状，也被称为智能（IC）卡。5.2.1 接触式IC卡介绍（1）.IC卡又称“集成电路卡”、其集成电路为标准串行EEPROM。智能卡、英文名称“Integrated Circuit Card”或“Smart card”,是法国人Roland Moreno于1974年发明的，将具有存储，加密及数据处理能力的集成电路芯片封装于和信用卡尺寸一样大小的塑料片基中，便构成IC卡。（2）.IC卡分加密存储器卡和非加密存储器卡非加密存储器卡:卡中集成电路为标准的串行EEPROM.加密码储存器卡:卡中集成电路为带有加密逻辑的串行EEPROM. EEPROM:是一种可用电学方法将其内容一次全部擦除,也可按字节擦除,然后再重新写入的储存电路. （3）. IC卡和其它卡的比较由于IC卡采用了当今最先进的半导体制造技术和信息安全技术，IC卡相对于其它种类的卡具有以下特点： 存储容量大：其内部有RAM、ROM、EEPROM、等存储器，存储容量可以到兆字节，可存储文字、声音、图形、图象、等各种信息。 体积小，重量轻，抗干扰能力强，便于携带，易于使用。 安全性高：IC卡从硬件和软件等几个方面实施其安全策略，可以控制卡内不同区域的存取特性。加密IC卡本身具有安全密码,如果试图非法对之进行数据存取则卡片自毁,不可再进行读写。 对网络要求不高：IC卡的安全可靠性使其在应用环境中对计算机网络的实时性、敏感性要求降低，十分符合当前国情，有利于在网络质量不高的环境中使用。5.2.2 非接解式IC卡介绍（1）PHILIPS非接触式IC卡介绍PHILIPS的Mifare 1非接触式IC卡又称射频卡，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。（2）非接触IC卡主要特性：卡与读写器之间非机械接触。卡表面没有裸露器件，不会因为污损、弯曲而损坏IC卡。卡本身是无源件,体积小，耐用可靠。 写器不需要卡座，可以完全密封盒子内。 写器与IC卡以天线通讯联系。 非接触式IC卡的发行依据一套严格的规则因化不可改变的标记(标明生产厂家、专利使用许可者编号)，明确的管理层别。并用所有的读写器与IC卡必须通过只有发行者拥有的MASTER卡来初始化和定义存取权限 读写器与IC卡实施双向密码鉴别制。读写器能识别IC卡的合法 性，IC卡能识别它的“主人”(读写器)，判别“主人”的读写权限5.3 系统介绍5.3.1 C3介绍C3是全面满足客户真实需求的智能卡应用系统的简称。所谓“C3”意指Card,即非接触式智能卡（又称射频IC卡）“3”指3通，即卡通、库通、网通。 卡通：在C3中，一次发卡，全系统通用，能同时实现考勤、消费、门禁、会议签到等应用，任何子系统先上或后上均不需要重新发卡。 库通：在C3数据库系统，由帐套系统统一管理，各系统数据资源共享，一次性输入信息、一次性发卡，同时实现考勤、门禁、消费等应用，考勤和消费经过会计期间结算后，直接用于工资系统的计算。 网通：包括局域网（C/S）模式的解决方案和广域网（B/S模式）的解决方案。5.3.2 系统组成1)3系统如图： 图C3系统组成图5.3.3系统的特点）系统设计定位准确清晰，目的明确，高起点、高要求，以“一卡通用”为最终目标，在硬件设计、软件模块划分以及IC卡片的规划都有充分体现。4+N的系统划分模式，将基础平台系统和各个业务应用子系统相互独立，可灵活配搭任意几个业务子系统组成用户独有的一卡通系统。）业务数据采用后台SQL Server2000中央存储，真正实现了业务数据共享。避免了以往“拼凑型准一卡通”系统数据本地存储，不能共享。或需要进行“导入”“导出”等存在数据安全漏洞的操作才能“共享数据”的问题。5.3.4应用领域（1）考勤管理系统：读卡方式属于非接触读卡方式，持卡人只要将卡在读卡器附近（5-15厘米）快快速晃动一次，读写器就能感应到有卡，并检查卡的合法性，然后决定是否执行模块的动作。系统采用了目前非接触式IC卡技术，并具有磁卡、接触式IC卡、光电卡等无与伦比的优点。作考勤机使用时，代替了传统的“考勤卡”，员工在感应区的有效距离内刷卡，便可完成考勤操作。（2）门禁管理系统：智能门禁考勤系统由IC卡门禁控制管理系统，由非接触式IC卡读写器、执行模块、感应式IC卡组成，读卡方式属非接触读卡方式，持卡人只要将卡在读卡器附近（5-15厘米）快速晃动一次，读卡器就能感应到有卡并将卡中的信息（卡号）发送到主机，主机进行检查卡合法性，然后决定是否进行开门动作。读卡器安装门边墙内外，而不影响其工作。感应卡为只读属性、不易复制、安全可靠、寿命长（非接触读卡方式使卡的机械磨损减少到零）。并通过通信转接器（RS485 或 USB 接口）与电脑进行实时监控（可由电脑发指令开/关所有门