（控制理论与控制工程专业论文）感应式ic卡智能门禁系统的研究与开发.pdf

摘要 中南人学珂5f 。论立 摘要 率论文土要研究了一种感应式! c 射频( r f ) 技术在r j 禁保宜系缆中的麻州。f - 禁保安系统是楼宇自动化系统的一个子系统，它能够完威对楼宇的出入口控制，以及与 消防报警系统和c c t v 闭路监视系统的联动控制。本文所介绍的d a c 2 0 0 0 门禁系统还 能实现一卡多用的功能有较强的系统扩展性可根据实际情况再己萱为考勤管理紊统 停车场管理系统及电子巡更系统等。 全文共分六章，主要内容如下： 第一章简要介绍了门禁系统的一般功能和结构以及设计实际系统时所避循的原u 和 依据，重点论述了d a c 2 0 0 0 系统的设计方案和功能特点： 第一章概括描述了智能i c 的基础知识( 起源、分类及便仃耋i = = 构) 、发腱趋辨一一 走向非接触式应j = j ，最后着重讲述了本系统所采剧的m oc 。r o l a r 接齄式i ce 技术，扯 绍了它的接收模块和w i e g a n d1 6b i t s 数据传输格式。 第三章是本文的重点内容，针对系统的核心部分一一【d 2 0 0 l 门禁控制器描述了其软 硬件部分的设计及功能特点，逐一介绍了构成控制器的儿个硬件模块以及软什模块最 后简单列出了系统通信时的各种命令格式。 第四章和第而章分别讲述了管理士机系统软什部分的殴计内齐：通7 吉接几d l l 壬数 据库，通信接口部分的编制分两层逐步实现。 在文中最后，从适用场合、设计特点等方面对本系统进行总体评价，用发展的观点 指出本系统需要完善之处。文中附有相应例程以便参考。 关键字：智能大厦 智能门禁系统 i n t e l 8 0 c l9 6 动态聪接宦d l l数据库 感应式i c 智能 r s 一4 ：2 全舣 d e d h i a b s t m c t中南大学硕士论文 a b s t r a c t t h i st h e s i sc h i e f l yr e s e a r c h e st h ea p p l i c a t i o no fa ni cr fc a r dt e c h n i q u eb a s e di n i n d u c t m o d ei nt h ea c c e s sc o n t r o is y s t e m a c c e s sc o n t r o l s y s t e m ，w h i c hb e l o n g s t o b u i l d i n ga u t o m a t i o ns y s t e m ( b a s ) ，c a nn o to n l yc o n t r o l se n t r a n c e w a y so fb u i l d i n g ，b u t a l s oc o m b i n e sw i 小t h ef i r ef i 曲t i n ga n da l a r m i n gs y s t e ma n dc l o s e d - c i r c u i tt e l e v i s i o n s y s t e m m o r e o v e r ，t h ed a c 2 0 0 0a c c e s sc o n t r 0 1s y s t e mr e c o m m e n d e db yt h i sp a p e rh a s p r e f c r a b l ee x p a n s i b i l i t y ，s oi tc a nc a r t yo u tm a n yo t h e rf i l n c t i o n s ，s u c ha sr o l lm a n a g e m e n t s y s t e m ，s t o p p i n gp l a c em a n a g e m e n ts y s t e m 加dp a t r o ls y s t e ms oo n t h ew h o i et h e s i si n c l u d e ss i xc h a d t e r s t h em a i nc o n t e n t sa r es u 盯1 m a r i z e da sf b l l o w s ： i nc h a p t e r1 ，i tc o n c i s e l yi n t r o d u c e st h ec o m m o nf u n c t i o n sa n ds t r u c t u r eo ft h ea c c e s s c o n t 0 1s y s t e m ，a sw e l la st h ep r i n c i p l e sa n db a s i sw h e nd e s i g n i n ga c t u a is y s t e m b e s i d e s ，i t e m p h a t i c a 儿ys t a t e st h ep r o j e c ta n ds p e c i a l t i c s 。 c h a p t e r2丘f s t l y b e w r i t e sr u d i m e n t a lk n o w l e d g ea b o u t i n t e l l i g e n ti c c a r da n dt h e u p t r e n d 一一n o n t o u c h j n ga p p l i c a t i o n a f t e r w a r d s ， i ts t r e s s e so nt h em o t o r o l a n o n t o u c h i n gm o d et e c h n i q u e su s e db yt h i ss y s t e ma n dd e p i c t st h er e c e i v i n gs t a t i o na n d w i e g a n d2 6b i t st r a n s p o nf b m l a t c h a p t e r3 ，t h ee m p h a t i cc o n t e m so ft h et h e s i s ，a i m sa tt h ec o r eo fw g 2 0 0 0s y s t e m 一一 i d 2 0 0 ic o n t r o i l e ra n de x p o u n d st h cp a r to ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e ，a tt h e1 a s t ，i p a s s i n g l y1 i s t st h ec o 衄u n i c a t i o ns p e c i a lp r o t o c o l s h o wt od e s i g nt h es o f t w a r ep a r to ft h eh o s tc o m p u t e ri sd i s p l a y e di nc h a p t e r4a n d5 ：o n e i sc o m u n i c a t i o i n t e r f h c ed l l， t h eo t h e ri sd a t a b a s e c o m m u n i c a t i o ni n f e r f a c ed a r ti s c a r r i e do u tb yt w os t e p s i nt h el a s tc h a p t e ro ft h ep a p e r ，i ts h o w e saw h o l ea p p r a i s e m e n to ft h i ss y s t e mf r o m a p p c a t i o ns i t e sa n dd e s i g nc h a r a c t e r i s t j c s ，a tt h es a m et i m e ，i ta l s op o i n t st h ed e 打c j e n c yo f t h es y s t e mw i t ha ne y et od e v e l o p m e n ts i m u l t a n e o u s l y ，t h ep a p e ra t t a c h e ss o m er e i a t e d i n s t a n c e sc o n v j e n tf b rr e f c r e n c e k e y w o r d s ：i t e 儿i g e n tb u i l d i n gi 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 m r s - 4 2 2f u u - d u p l e xi n t e l 3 0 c 1 9 6 卜n a m i cl i n kl i b r a r y i d d u c t - m o d e d a t a b a s e d e l p h i 前言中南人学硕l 论殳 日u舌 目前，门禁系统己成为安全防范系统中极其重要的部分，在一些发达国家中， 禁系统正以远远高于其它类安防产品的进度迅猛发展：门禁系统之所以能在众多安防产 品中脱颖而出，根本原因是因为其改变了以往安防产品如自】路监控防斋报警等被动的 安防方式，以主动地控制替代了被动监视的方式，通过对主要通道的控制人人地防l rj 7 罪犯从正常通道的侵入并且可以在罪案发生时通过对通道j 的控制限制罪犯的活动范 围制止犯罪或减少损火。 近年来，门禁系统由于其自身的优势，已在国内悄然兴起，包括邮电系统，供电系 统，银行系统，住宅小区，度假村等备种类型的场所都已有使州门禁系统的范例通过 这套系统的使用极大地提高了管理者的上作效率和管理区域内的安全程度。同时，随着 信息技术的不断发展科会经济的已新月异，i c ( 集成电路) 印能 也f j 扛一已野融、 当今信息技术的主流。它以其高度的售息集成鬲度晌安全性逐渐t 替嵫i 。j汪j 刊j 在许多领域中，如电子交易，公共交通行业，电话通信，身份识别以及有出入权限控制 的f 禁系统等等从而使人们的目常生活变得更为便捷、高放。 非接触式( 射频) i c 卡由i c 芯片、感应天线组成并完全封装在一种标准的塑料 卡片中无外露部分，读写操作通过无线电波来完成，具有磁 和接触式【c 不可比 拟的优点，冈此它一经产生就以惊人晌速度得到丁推应州：在奉义所介引c nd a c ：0 u u 智能r j 禁控制系统中，就采用美国m o t or o i aa s r 6 0 5 系列1 r 接触式】cp 作为识别e 持 人只需将 在凄 器寺勺有效距离内晃一f 即完成擎个于亡操竹过群， 本课题是与深圳华润达实科技有限公司合作开发项目之一，此项目立足r 我国智能 卡应用事业，注重技术创新与同行业中同类产鼎相比具有使州方便、可靠性鬲、网 络结构简单、数据传输能力强、应用范围r 等优点，它不仅饭人地提高了管理部j 的f 作效翠，而旦对于改善城市综合服务功能、提高劳动生声率和管理水平、政变传统的管 理服务方式和提高服务质草等都具有显井的计会设备剐经济效豁 此论文是本人近一年工作和学习的总结。由于时间和水平有限，文中错误在所难免， 恳切希望各位老师、同学指正。 第一章系统概述中南大学硕士学位论文 第一章系统概述 随着高科技的蓬勃发展，智能化管理已经走进了人们的社会生活一座座智能化大 厦拔地而起，为适应信息时代的需要，智能建筑必须在功能上满足当前和未来发展的需求 成为文化和经济发展的基地。这就要求建筑物本身除了处在良好的地理位置外，不仅在建 成和投入使用时具有超越他人的先进性，满足用户当时的各种需求，而且应该具有开放式 的结构和动态灵活性，能够满足用户不断变化的未来需求而不必增加花费。此外，还应在 日常的管理和维护中把管理费用降低。 而集成了门禁系统的建筑完全可以满足这些要求。这一系统集电脑技术、电子技术、 机械技术、磁电技术和非接触式l c 卡技术于一体，使卡与锁之间实现完整“对话”功能【6 】， 以智能来控制门锁的开启，开创了门禁管理的新概念，它不仅给管理者提供了更安全、 更迅捷、更自动化的管理模式，而且也给使用者带来了极大的方便。 第一节门禁系统简介 在工厂、学校、办公室、商店、金融系统、军事系统、住宅、宾馆等多种场台，为 了学习、工作、生活的安全与有效，需要进行封闭式管理。传统的方法是工作人员对出 入人员进行登记放行。这种方法费事、费力又容易出错，而且管理不严格。 随着技术的进步，门禁系统逐渐由原来的钥匙开门，到i c 卡的门禁管理，最后到 现在的非接触式i c 卡门禁系统。非接触式门禁系统采用个人识别卡方式工作。给每个 有权进入的人发一张个人识别卡，相当于一把钥匙。系统根据该卡的卡号和当前时间等 信息，判断该卡持有人是否可以进出，如果可以，则系统自动开门，否则不开门。对 于工厂、机关等需要考勤的场所，门禁系统还可以记录每个职工是否按时上下班。门禁 系统的另一优点是可以随时增加和删除某一卡，而不必担心某一卡丢失后造成什么损 失。 门禁系统叉称门禁出入口保安自动化管理系统。智能建筑通过对四个基本元素，即 结构、系统、服务和管理进行最优化的考虑，从而为用户提供一个高效和具经济效益的 工作环境。它在功能上实现了通讯自动化( c a ) 、办公自动化( o a ) 和楼字自动化( b a ) ， 通过综合配置在建筑内的各功能子系统，以综合布线系统为基础，以计算机网络为桥梁 全面实现对通讯系统、办公自动化系统、楼宇自动化系统的综合管理”“。门禁系统属 于楼宇自动化( b a ) 系统部分，它能有效提高管理的层次和效果是智能大厦保安系统 的一个重要组成部分，具有对门户出入控制，保安防盗，报警等多种功能，它主要方便 内部员工或住户出入，杜绝外来人员随意进出，既方便了内部管理，又增强了内部的保 安。 一套现代化的，功能齐全的门禁系统，不止是作为进出口管理使用，而且还有助于 第一章系统慨述中南人学帧i 学位论上 内部的有序化管理。它将时刻自动记录人员的出入情况，限制内部人员的出入区域，出入 时间礼貌地拒绝不速之客。同时也将有效的保护财产不受1 f 法侵犯。 下面从功能及结构组成上简单介纠一f 门禁系统的概况。 一、门禁系统功能 其一般功能是坤j ： ( 1 ) 时刻自动记录人员的进出情况，限制内部人员的进出区域和进出时间，礼貌 地拒绝不速之客，同时也将有效的保护公共财产不受非法侵犯。 ( 2 ) 系统的每个远端控制器通过总线方式与控制中心实时联系，记录所有进山人 员的信息包括人员姓名、进入时间和进入的门等，如请求进入的人员身份合法( 即经 过控制中心授权) ，电锁将打开：否则电锁不会开启。 ( 3 ) 发生火灾时，各远端智能控制器能同时全局联动打开所育的门以紧急琉教 人群并发出报警信号，控制器对于非法闯入事件也采取实时报警并处理。 ( 4 ) 人员可以向控制中心申请权限，中心批准后可以使j = j 该 开指定的j 。 ( 5 ) 控制中心通过管理软件对所有远端控制器进行实时监控随时汇擎数据，芹 根据需要将资料打印出来。 二、门禁系统的构成 门禁系统由控制器、读乍器、电控锁、门磁、开门开芙、识别 和通信管理器、管 理主机、管理软件等组成。系统构成图如下： 管理主矾i 通信管理器 ! 堡塑 雾厂u _ 堑塑! 差 图1 1 门禁系统组成框图 其中控制器、读卡器、电控锁、门磁、开门开关、识别# 构成基本的门禁控制单元 设备。控制器是门禁系统核心。它由一台微处理机相应的外同电路组成。如果将凄 器 比做系统的眼睛将电控锁比作系统的手那么控制器就是系统的人脑由它来决定某 一张是否为本系统己注册的有效卡，该卡是否符合所限定的时间段和开门权限。从而控 制电控锁是否打开。 系统的控制主机可以是工控机也可以是p c 机，系统组网情况f 的拓扑结构一般采 用总线结构，其优点是节点接入方便、成本低、轻载时时延小、可靠性高等。 门控器是整个系统的核心控制部分，对锁的一切操作均由它米控制完成，l 机发 f 的控制命令及门锁的状态和记录信息都经由门控器来传送因而1 j 禁系统的智能 化程度也就主要取决于这部分的设计。 蚺一章系统概述中南人学坝j 。学位论直 门磁传感器则可以反映的实时状态，通过磁信号，j 控器可以判断是否是台法 开门，若是非法开门同时给与相应报警信号。 电子锁是门禁系统的执行机构，有阴锁、阳锁之分。 按照识别身份技术的不同，可以把门禁系统划分为磁 门禁系统、非接触式感应i c 卡门禁系统，指纹门禁系统等。在以卡识剐技术为主的系统中用户可以根据需要选择 各种类型的读卡器：磁卡读卡器、韦根式读。 器、感应式读 器、免持式读 器、遥距 式红外线读卡器也可选用数字密码键盘开锁，常用于酒占、商场、公司、机关等公共 场所。对于通过指纹鉴别身份的门禁系统通常用于保密性很强的出入控制场所【4 j 。 第二节门禁系统的设计原则与依据 一、系统设计原则 门禁系统作为一项先进的高科技技术防范手段在早期，一些经济发达的国家就已 经应用于科研、t 业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等，特别是由丁系 统本身具有隐蔽性，及时性等特点，在许多领域的应用越来越j 泛】，门禁系统既要处 于技术的尖端，具有智能 生、高可靠眭、实时| 生，义要能符台实际需要。冈此，系统的改 计应遵循下列原则： 系统的实用性 门禁系统的内容应符合实际需要不能华而不实。如果片面追求系统的超前性势 必造成投资过大，离实际需要偏离太远。因此系统的实用性是首先应遵循的第一原则。 系统的实时性 如果i 1 禁系统中任何一个关毽系统出现差错或停机将直接影响到整个系统的运作情 况因此，门禁系统各子系统应尽可能属于、o n s t o p ( 不停机) 系统，以保证上作正常 运行。 系统的完整性 一个完警的门禁系统是建筑整体形象的重要标志，功能完善殴备齐全管理方便 是醍计应考虑的一个因素。 系统安全性 门禁系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符台中国或国际有 关的安全标准并可在非理想环境下有效 ：作。另外，系统安全性还声体现在信息传输 及使用过程中，不易被劫获和窃取等方面。 系统可扩展性 门禁系统的技术不断向前发展月j 户需求也在发生变化因此禁系统的跬计与实 施应考虑到将来可扩展的实际需要，亦即：可灵活增减或更新各个子系统，满足不同 时期的需要，保持长时间领先地位，成为智能建筑的典范。 第一章系统概述 系统易维护性 门禁系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。系统的运转真止做刨开电即可 工作，插上就能运行的程度。而且维护过程中无需使用过多专用的维护_ 厂贝。 门禁系统在设计时结台目前国内在的实际应用水平使系统建成后能立即得到充分 的利用。采用合理的投资而得到晟佳的效果。这体现在三个方面： 一是在满足功能性和可靠性的前提下，初期的总投资要尽可能少。 二是系统运行后的管理和维护费用少。 三是系统在未来进行更改或搬迁以及改造升级时只需少量资金便可达成。 总而言之，作为面向二十一世纪的建筑，智能化系统首先要具有先进性，适廊未来 发展的需要。因此设计的思路必须超前，选用的系统设备和软件必须是目前国际上比较 先进的。 二、系统设计依据 在智能大厦的楼字自动化系统中，j 禁系统属丁其中的保互于系统，其改及i 辟 安装均须依据一定的规范主要的设计规范有如下几个： 1 国际综合布线标准i s o i e c l l 8 0 1 2 民用建筑电气设计规范j g j t1 6 9 2 3 中华人民共和国安全防范行业标准g a t 7 4 9 4 4 中华人民共和国公共安全行业标准g a ，7 t 7 0 9 4 5 监控系统工程技术规范g b 5 0 l9 8 9 4 第三节系统的方案设计与特点 一、方案设计 智能化大厦是一个综合性的经济文化中心，根据保安系统的要求及现场的实地情况， 我们设计了一套以i d 2 0 0 i 控制器为基础的d a c 2 0 0 0 门禁系统方案，统一采片i m o t o r o l a 和i d 2 0 0 1 设备及产品。 在产品的选用上则依据产品的质量、性能及价格为第一原则。在系统设计上采用统 一的技术规范及通信格式将所有的系统有机地集成一起，其系统与系统之间可相互通 信，数据共享使其构成个高度自动化的保安管理系统。同时要考虑列所采用的系 统设备不但在日后运行时起到对外防范作用，系统本身也具有自身防破坏及破坏报警功 能，并且可长时问可靠运行。 综合上述的设计目标，我们在发备的选型上采州l d 2 0 0 】控制器，m o l or 0 1 a 心i t 【c 卡读 器等，这样将使日后的系统投入使用提供了现代化管理及质量上的保障更好 地为系统起到高度安全保护作用。 ( 1 ) 系统组网方案 4 第一章系统概述 经各方面因素的考虑及对客户的需求进行分析，最终将系统的方巢选扦如h 幽1 2 禁系统方案i 殳计筒幽 本| j 禁系统共由五人部分组成：主控计算机及管理软件、r s 2 3 ：j r s 4 1 1 通讯转换 卡、门禁控制器、凄卡器及电子锁等执行机构平lj 传感j 殳备。通乱电缆将控制= 心端上# l 、 配线架和所有的门檗装置i d 2 0o l 门禁控制器联成一个总线拓扑结构的网络，主机与 i d 2 0 0 1 门禁控制器节点以r s 4 2 2 全双r 方式通信。由土机发出的控1 命令或者从| j 等芸 控制器返回的信息部通过八芯电缆传输， 在系统= 作过程中主机随时同门禁控制器保持联系，判断lj 禁控制器的【怍情况 检测传感器的状态。主机中插有一块研华p c l 7 43 7 4 5 br s 一2 3 2 转r s 4 8 5 4 ：二通j ：网e 可以扩展两条总线，末端加上终结器防止总线信息、传递时的电子反射所带米的干扰”： 每条总线上可挂接2 55 个节点( 若要接更多的节点，则需中继器) ，传输距离色1 ：o o 水 以上：每个门控器独立控制两个门可u 有20 0 0 个用户的使用权限和堆栈式存储32 0 0 条 开门记录；控制器与非接触式f c 卡读头的接口通信采用m oc o r o l a 公司w i e g a n d2 6 竹标 准传输协议。 ( 2 ) 禁装置的配置情况 门禁装置部分土要由门禁控制器( i d 2 0 0 1 ) 、感麻式凄i 器7mo i or 。laa s r 6 0 、i 锁电源、断电闭锁电锁( 15 c a ) 断电开锁电锁( 35 c a ) 、开f j 按钮绲戍。l 岜锁的选州必 须根据现场实际安装门的情况来确定。一套门禁装置的组成结构如f 所示： 接至r s 4 通讯电缆 电 开门按钮 图1 3 门禁装置组成结构图 5 号 第一章系统概述 中南大学硕士学位论文 由于我们有效挖掘了i d 2 0 0 l 控制器的潜力，不仅大大减少了控制器的用量，而且最 大限度地增加了检测点和控制点的数量并且为系统联动使用和未来扩展留下了较大的 余量。 根据门的重要性不同，门分为a 、b 、c 、d 四类： a 一监测门：在通行门上安装门磁开关，通过磁感应器，将门的开关状态通知管理 中心，同时管理中心将该门开关的时间、状态、地址记录在管理机硬盘中 b 一监控门：在需要监测和控制的门上( 如：楼梯间通道门、防火门等) ，除了安装 门磁开关外，还安装电动门锁和开门按钮。系统管理中系统管理中心不仅可以监视门的 开关状态，同时可控制监视门的开关，此外还可以运用时间程序进行控制。 c 一单向读卡门：在需要监控、控制和身份识别的门或者具有通道门的保安区，除了 安装门磁开关、电控锁外还要安装读卡机。卡片系统采用先进的非接触型读卡系统、能 避免多次插卡造成卡片的物理损伤。 d 一双向读卡门：在保密性要求较高的保安区和出入场所，为防止反潜行为，除了与 单向读卡门一样要安装门磁开关、电控锁外，每一个门还需要安装两个读卡器，人员进 出都需要刷卡方能通行。卡片系统和c 类类似。 二、系统的特点 1 分散的结构和脱机运行机制 d a c 2 0 0 0 控制系统的特点是由分散的智能控制器组成的多层次结构，网络通讯控制 器的每个接口下挂6 3 个单元控制器构成4 2 2 总线结构，然后将总线结构集成到一台主控 制机上进行多串口联网集中控制。系统全部采用现场控制器，接近控制点，所有节点均 可独立工作，部分发生故障不会殃及整个系统这便减少了风险，增加了系统整体的可 靠性。系统提供通讯接口、数据协议、网络管理等功能，所有节点采用总线技术。 既可以和计算机联网工作，又可以脱离计算机独立运行，并自成网络。这样可以为 企业减少庞大的系统投资。 2 容易使用的工作站软件 d a c 2 0 0 0 系统的软件容易使用，不需要学习线上编程语言，可在中文 w i n d 0 w s 9 5 9 8 2 0 0 0 、n t 等环境下运行，提供全中文界面；甚至不需要会拼字就可以发 布控制指令或了解每个点的状况，d a c 2 0 0 0 系统有各种用途的程序模块：使用检查模块， 支持模块和排除故障模块，安装和更改既简单又灵活，模块化构造的软件块用于时间程 序表，直接数字控制( d d c ) ，门禁、事件控制、灯光控制、常规计算、趋势采集、需求控 制等，并允许客户做二次开发。 3 高速、安全、便捷的感应式i c 卡 本系统使用方便快捷。极短的运作时间。每张卡感应只需0 s 秒，甚至更短。( 而 磁卡，接触式i c 卡开门时间要达到2 秒以上，甚至更长。) 感应卡便于携带，解除了管 理员对钥匙管理的负担，一张卡可以打开所有授权其权力范围的所有的门。严格的安全 性能，每张感应卡的芯片内都有一个只读的识别码，这使得复制成为不可能。而且授权 系统密码管理严格，绝无仿冒的可能。如果卡片遗失或是用户调离后未交回卡片，只要 在门控制器上将该卡号注销掉，这张卡片就失去功效，绝对没有后顾之忧。该系统具有 6 奠 审= 系统概述 掉电开锁功能，符台消防要求在发生消防火警时如累断电，j 可白动打开，不会使 门被锁住而使人员无法疏散或妨碍消防人员的救援工作。 4 基于进口元器件的可靠性能 内置时钟芯片，精确度和电子表一样，无需经常校对。i c 卡与感应器之间无机械接 触避免了由于接触而产生的各种故障，并且提高了e 片的使川寿命。而且由j _ 无渊露 的i c 芯片无需担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损伤或油污等闭素。擎个系统采州质茸 可靠的进口元器件，并采用多种保护方案，从而保证r 系统运仃的高町靠性。抗十抗| 生 强，允许同时多卡操作，能在各种恶劣的工作条件下使用比磁卡和接触式i c 卡更让管 理人员放心。系统采用总线结构，便丁以后扩展或实现智能化人厦一 通方紊。 j 除此而外，本系统还具有功能齐全可靠的特点，土要表现在： ( i ) 守护神 员j 一通过个人识别 j 匹应后，通过系统确认其身贸午倥川群段再一能，j ， j0 、 设置感应昔的使用权限和年限，每周的使用天数，每日的使刷时段。可以禁用挂失一张 个人识别卡或一批识别卡： ( 2 ) 千里眼 系统实时显示当前所有门的开关情况、进出情况。可以对以前时间内所有和 的 进出情况进行统计查询；进出人员均有相片显示。j 上随时可卉阉其人币档案。系统j 设 备的故障进行自检和跟踪监测，并有灯光提示，以便维护人员及时维修： ( 3 ) 安全可靠 可以通过火警开关( 打碎玻璃开关) 打开某个r j 或所有j ，t 要州丁出现火火等紧急 疏散情况或特殊情况：可以通过软汁强制打开或戈圳某个特定奇勺，州丁紧急或质通场 合： ( 4 ) 方便灵活 系统使用同时产生可供使闰的喇户数据牟历史数据布雨l 天系数据晖丁供十辱 工1 资报表，和其他系统使用。系统扩展性好：在系统网络同路上可任意增减控制器，基 于w i n 9 8 ，7 n t 的应用软件剧户界面友好，操作方便简单：窗口式鼠怕、操作臼瑚越甜记求 多种查询方式； ( 5 ) 神通广大 系统容量人：每控制器均可保持2 0 0 0 张j 盛商 8 【) ( ) f ) 个控制h f 段敬据汗h 以 扩充。控制器可脱机工作，i d 2 0 0 1 门禁控制器可保存最近的记录数据3 2 0 0 条计算机 可存储1 0 年的记录数据； 控制范围广：读卡器与控制器距离可达l o o 米，每一控制器之间距离可达1 0 0 0 米 系统联网时可接控制器数量为2 5 5 个： 兼容性j ：可以对接所有w ie g a n d2 6 格式的备品牌的凄 器，例如：m o t o r o l a 、h i d 等等。可以使用各种类型的常开常闭电锁，使州电压不限，常“j 的类型有电牺锁，皑也 锁阴极锁肝j 极锁，电控锁等等： 第一二苹i c 智能卡技术 第二章i c 智能卡技术 经济发达的国家现在都以信息产业即由现代通信产业、计算机产业、集成电路产 业( c3 s ) 所构成的新兴产业群，作为整个经济发展的基础。i c 止是在这二种产业结 合的基础之上迅速发展起来的技术。智能化的i c 乍是当今世界日新月异发展的信息社会 中的一颗耀眼的新星，被认为是世界上最小的微计算机f 】”。它非常适台于对数据安全陛 及可行性要求十分敏感的应用。 目前，金融领域的信用卡、电信领域的s i m 卡( 移动电话身份识别 ) 等己成为智 能i c 卡应用的几个最大领域。此外，由智能i c 卡支持并代表的一 多用( 多功能p ) 概念越来越受到人们的重视。在本| lj 禁系统的设计中，就是采用i c 智能 技术的砷一 一非接触式射频i c 卡作为识别身份的手段因此有必要了解一r 智能 的概况。 第一节i c 智能卡的基础知识 智能卡的名称来源于英文名词“s m a r tc a r d ”，又称集成电路 ( i n t e g r a t e dc jr c u i t ) ， 下文都简称i c 卡【”。它将集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成膏的形式其外形与 覆盖磁条的磁、 相似。 一、智能卡的兴起 i c 卡的概念最初是由法国罗兰莫雷诺( r o l a n dm o r e n o ) l9 7 2 年首先提出法国 布尔( b u l l ) 公司率先投入研究与开发1 9 7 6 年研制了世界上第一张由叔晶片( 微处理 器和存储器) 组成的智能仁川。此后十几年间，世界上先后有m o t o r a 】a t h o m s o n ，h i t a c h i ， o k i ，t os h i b a ，s h a r p a t m e l ，g e m p 【u s s c h i u m b e r g e r ，p h i p s 等十儿家公司相继投入 了智能卡芯片和卡片成品的开发与生产，并将这项技术应用刨金融、交通、医疗、身份 证明等多个行业形成了一个世界| 生的新兴技术产业。它将微电子技术和计算机技术结 合在一起即具有智能义便于携带，为现代信息的处弹手f 传递提供了一砷伞新手段它 一出现就倍受重视。i9 8 7 年国际标准化组织i s 0 专为l c 的接口利通讯协议怍了详 细规定制定了国际标准i s 0 i e c 7 8 l6 i ，2 ，3 4 ，5 6 。这些标准为f c 住1 廿= 界范 围内的推广和应用，创造了规范化的前提和条件。 二、智能卡的分类 i c 卡芯片具有写入数据和存储数据的能力i c 卡存储器中的内容根据需要可以有条 件的供外部读取，或供内部信息处理和判定之剧。 根据告中集成电路的组成结构的不同可以分成存储器譬、逻辑加密 、c p u 、超 级智能卡。 l 、存储器卡( m e m or yc a r d ) 其山嵌芯片相当r 皆通串行e 二p r o m 存储器，有些 芯片还增加了特定区域的写保护功能这类卡信息存储方便，使用简单价格便宦很 8 箱一举1 c 智能卡技术 多场合可替代磁卡，但由于其本身不具备信息保密功能，冈此只能刖丁保密性要求不 高的应用场合。 2 、逻辑加密卡( s e c u r i tyc a r d ) 加密存储器 内嵌芯片在存储区外增加了控制逻 辑，在访问存储区之前需要核对密码，只有密码止确才能进行存取操作，这类信患、保 密性较好，使用与普通存储器卡相类似。 3 、c p u 卡( s m a r tc a r d ) c p u 冈嵌芯片相当丁一个特殊类型的单片机，内部除 了带有控制器，存储器，时序控制逻辑等外，还带有算法单元刊片内操作系统c o s ( ch j d o p e r a t i n gs y s t e m ) 。由于c p u 卡有存储容量人处理能力强信扈、存储安全等特胜。因 此，广泛用于信息安全性要求特别高的场合。 4 、超级智能在卡上具有m p u 和存储器并装有健盘、液品显示器丰电源有的 卡上还具有指纹识别装置等。 按照数据读写方式，i c 昔又可分为接危虫式i cp 和1 r 接触式i ce 西类： 1 、接触式i c 卡 在这种卡片上i c 芯片由8 个触点可与外界读写醍备相接触进 行数据交换，国际标准i s 0 7 8 1 6 系列对此类i c 仁进行了规定。 2 、非接触式【c 卡顾名思义也就是卡片与读弓备无电路接触由1 r 接触式的 读写技术进行读写( 例如光或无线电射频技术) 。其内嵌芯片除了存储单元、控制逻辑 外，还增加了射频收发电路。这类卡一般用在存取频繁，可箍性要求特别高的场合。国 际标准i s o l 0 5 3 6 系列阐述了对非接触式i c 的有关规定”i i 。 三、智能i c 卡的硬件结构 智能i c 的硬什部分是一个计算机系统土要由c p u 、r o m 、r a m 、e e p r o m 、 输入输山接口、安全逻辑、加密解密运算协处理器等一系列功能部件织成：如幽二1 所 不： 图2 1 智能仁硬什结构圈 智能i c 卡的c p u 目前以微处理器为主，两个主要微处理器系列是6 8 0 j 系列自l8 0 j l 系列。但随着i c 卡应用的要求越米越高，智能i c 卡c p b 向1 6 位丰【j3 2 位发艘由cl s c 芯片向r i s c 发展。例如g e m p lus 公司于l9 9 4 年开始了32 付rt s c 结构的智能 专心c p 0 的研制。存储器种类为r o m 、e e p r o m 、r a m 。在智能i c 中r a m 、r o m 、e e p r o m 的作川 都不相同，e e p r o m 是提供用户的最主要的应用资源。目前存储器的容量比较小其中r a m 容量很小为l k 字节左右r o m 容量为2 0 k 字节左右e e p r o m 容量为lo k 字宵左右。随 着集成电路技术的发展智能i c 的存储器容量将不断扩人，智能i c 支持r s a 等加 密算法，但加密算法的运算量很大，如果用软件实现，则速度性能著故较高级的智能 9 第= 章i c 智能卡拉术中南人学坝l ，学位论史 i c 卡中集成有加密解密协处理器，大多数加密协处理器支持如r s a 等1 r 对称算法当然 有加密协处理器的智能i c 卡的成本较高、价格较贵”“。 第二节i c 智能卡的发展 1 c ( 集成电路) 智能 正在并己经融入当今信息技术的土流，它以其高度的信息集 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圳是公共交通行业、无线通信 领域、卫生保健行业、封闭式场所管理、身份识别、电焉通信、人楼保安系统等等人 们已愈米愈多地开始接受和使用l c 智能 。尤其是在银行服务系统，l c 智能 替代占 老的磁卡而服务于大众己日渐成熟。并e “一卡通”一卡多用，给我们的生活质量带米 了很大的提高。i c 智能 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i c 智能s i m 卡等等，l c 智能卡已愈来愈贴近我们的生 活，“刷卡”已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。 近几年来，由丁l c 中的接触式c p ue 以及1 f 接触式l c 哿能_ ：j ：j 如；、内建m c l ， a s i c 等) 的高度安全保密性，使之在【c 卡领域中异军突起，成为当今i c 智能中的流 行宠物应用前景十分广阔”“。 ( 1 ) 国外的i c 幸应用状况 国外对i c 卡的研究和应用较早，特别是在美国欧洲国家等。i ce 遍布社会备个 方方面面。就象在美国国民消费总额的2 0 一3 0 是由“刷 ”消费完成的由此可 见i c 智能卡流行和使用的程度。 尽管国外对i c 已有多年的研究但真止在i c 智能 中特别是c p u 类，竹接 触式i c 智能射频告( 内建m c u ，a s i c 等) 方面的研究也仅有1 ：年的成熟崩，因为 他们也看到了c p u 卡特别是非接触式【c 智能射频卡( 内建m c u ，a s f c 等) 代表了 整个“刷卡”领域的发展方向，前景光明。 ( 2 ) 国内的i c 卡应用状况 我国对i c 卡行业的发展始于19 9 3 年左右，中央领导高度重视l c 卡行业高瞻远瞩， 指示要发展我国自己的1 c 事业。建立“金卡工程”。虽然至今也只有短短的8 年左也 时间，但己取得了不小的成就。已研制成功我国自t 版权的较人容封的存储 ，逻辑加 密卡等，但是对于尖端的c p u 及1 f 接触式i c 智能射频 ( 内建m c u ，a s f c 再) 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l c 昔行业的 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 l 。稃的实旋 和发展”j 。 为了加快i c 行业的发展特别是尖端的c p u 及竹接触式1 c 智能射频 ( 内建 m c u ，a s l c 等) 的推广应用，l 止i c 卡行业及其他行业的同行尽陕掌握c p u 及仃接 触式i c 智能射频卡( 内建m c u ，a s i c 等) 的核心技术及其读写设备的软硬件技术及戍 o 第一章i c 智能卡拉术 用设计跟上国外的i c 研究平应步伐，甚至走住其前面成为可能。 当今世界上非接触式i c 智能射频卡( 内建m c u a s l c 等) 中的主流主要为p 川l l p s 公司的m i f a r e 技术已经被制定为国际标准：i s o i e c1 4 4 4 3t y p ea 标准。欧洲一 些较人的l c 片制造商以及i c 片读写器制造商以及i c 片软什设计公司等( 例如法 国的g e m p l u s 公司) 大都以m i f a r e 技术为标准，而发展和推进l c 卡行业【”。 第三节i c 卡走向非接触式应用 1 c 是在较为原始的磁 的基础上发展起来的人致经过了从接触式【c ( 如存 储譬、加密存储卡、c p u 卡) 到非接触的射频卡的发展阶段，我们目前使用的多是接触 式的i c 卡。 接触式i c 卡使用时要将其插入读卡机中，通过表面上的电极触点的物理接触来实现 命令、数据和卡片状态的传递：而非接触式i c _ 在使用时只要靠近读 机即可， 片和 读 机通过无线电波或也磁场感应的方式进行信息传递。接触式i cp 已经走过十儿年的 历程并得到广泛的应用，但随着应用规模的扩大，其本身不可克服的缺点，如具有接触 磨损、难以维护、基础设施投入大等就成了它进一步发展的绊脚右1 1j 。 随着信息业和服务业的全球化，社会对信息载体的便携性、高安全性及易j = | 生等方 面提出更高的要求，于是非接触式l c 卡以其无机械磨损、容易维护、力使使埔等优点， 成为i c 卡潜力最大的新军而备受业界瞩目。 非接触式l c 卡与磁 、接触式l c 相比较【j ： ( 1 ) 磁卡由于其结构简单，存储容量小，安全保密性差读写设备复杂且维护费h j 高，作为七、八十年代技术水平的产品己风光不再，面临_ f 岗。 ( 2 ) 接触式【c 卡与磁i 相比，更加安全可靠除了存储容量人还可e 多h ， 同时可靠性比磁卡高寿命长：读写机构比磁卡读写机构简单可靠，造价便盲，维护方 便，容易推广。正由于以上优点，使得接触式l c 市场遍布1 进界各地风靡一时。然而， 当前风头止健的接触式i c 面临着后来者1 f 接触式l c 的强勘挑战， ( 3 ) 非接触式i c 卡与传统的接触式l c 卡相比，它住继承j 接触式l c 卜的优点的 同时，如大容量、高安全性等又克服了接触式所无法避免的缺点如读弓故障率高， 由于触点外露而导致的污染、损伤、磨损、静电以及插卡这个不便的读写过程等。1 f 接 触式i c 卡完全密封的形式及无接触的上作方式，使2 不受外界不良冈奈的影唰从| j 使 用寿命完全接近i c 芯片的自然寿命，因而卡本身的使用频率和期限以及操作的便利性部 大大的高于接触式c 卡。可见竹接触式i c 不仅代表着 技术慧展z 年的结吊，也 是象征着卡的应用又提高到一个新阶段的里程碑1 ”。 第二章i c 智能卡技术 中南大学硕士学位论文 第四节非接触式i c 卡的工作原理 非接触i c 卡，又名感应卡，诞生于9 0 年代初，由于存在着磁卡和接触式i c 卡不可 比拟的优点，使之一经问世，便立即引起广泛的关注，并以惊人的速度得到推广应用”。 非接触式i c 卡由i c 芯片，感应天线组成，并完全密封在一个标准p v c 卡片中，无 外露部分。非接触式i c 卡的读写过程，通常由非接触型i c 卡与读写器之间通过无线电 波来完成读写操作。读写原理如图2 - 2 所示： 鼍渡使螭l 柱甚鲤