（检测技术与自动化装置专业论文）基于非接触式ic卡的考场信息管理系统的研究和设计.pdf

_ 、 j 1 卜 绉 | at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g r e s e a r c ha n d d e s i g no fe x a m i n a t i o nr o o m i n f o r m a t i o nm a n a g es y s t e mb a s eo nc o n t a c t l e s s i cc a r d m a jo r ：d e t e c t i o n t e c h n o l o g y a n da u t o m a t i c e q u i p m e n t c a n d i d a t e：l i b o s u p e r v i s o r ：c h e ng u o - p i n gp r o f e s s o r w u h a ni n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y w u h a n ，h u b e i4 3 0 0 7 4 ，er c h i n a m a y , 2 0 0 7 弋ri i 叠一，式 一j 卜 f f ， t 摘要 摘要 i c 卡以其超小的体积、先进的集成电路芯片技术以及特殊的保 密措施和无法被破译及仿造的特点受到普遍欢迎。自从法国b u l l 公司于1 9 7 6 年首先创造出i c 卡产品以来，i c 卡这项技术已应用到 了金融、交通、医疗、身份证明等多个行业，与人们的生活和工作 越来越密切。 本文针对考场管理中认证安全问题、管理简便问题以及数据完整 问题，将i c 卡技术的安全保密特点结合单片机技术、通信技术以及 数据库管理技术，提高考试中对考试参与人员的认证严密性和管理 考场信息数据简便性以及保存考场数据信息完整性。 本文的i c 卡考场信息管理系统的组成结构主要分为下位手持机 和上位管理软件。下位手持机具有方便携带和使用的特点，它负责 存储所有的考试信息，并且在考试过程中对所有参与考试的考生、 监考人员、巡视人员进行身份认证，以及对考试中发生的一些事件 进行记录；上位管理软件是本系统的所有数据信息的管理工具，它 结合数据库技术负责存储和处理所有考试信息，对下位手持机完成 调整时钟、下载与提取数据等操作，并与读卡器完成发卡工作，以 及向客户提供数据输入、数据查询和报表打印等功能。 关键词：单片机v bi c 卡数据库 4 i j ! ，j t 小j t a b s t r a c t 一_ - - _ - - - 一 a b s t r a c t i cc a r d sw i t hu l t r a - s m a l ls i z e ，a d v a n c e di cc h i pt e c h n o l o g y , a n ds p e c i a l s e c u r i t ym e a s u r e sa n d c a nn o tb ed e c i p h e r e da n dc o u n t e r f e i t i n gf e a t u r e sw e r e w i d e l yw e l c o m e s i n c et h ef r e n c hb u l lc r e a t e dt h ef i r s ti cc a r d sp r o d u c t si n 19 7 6 ，t h ei cc a r dt e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e dt of i n a n c e ，t r a n s p o r t ，h e a l t h ， i d e n t i t ya n do t h e ri n d u s t r i e s ，a n di tc l o s e l yi n t e g r a t ew i t h t h em i c r o e l e c t r o n i c s a n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , a n dt h ep e o p l el i v i n ga n dw o r k i n gi n c r e a s i n g l y c l o s e l y t h i sp a p e rw a sa i m e da ta t t e s t a t i o ns e c u r i t yp r o b l e m ，a n ds i m p l ea n d c o n v e n i e n tm a n a g e m e n t ，a sw e l la sd a t ac o m p l e t e n e s sp r o b l e mi ne x a m i n a t i o n m a n a g e m e n t f o ri m p r o v i n gr i g o r o u sa u t h e n t i c a t i o no f t h ep e o p l ew h o jo i ni n e x a m i n a t i o na n ds i m p l e n e s so fe x a m i n a t i o nm a n a g e m e n t ，a sw e l la si n t e g r i t y o fe x a m i n a t i o nd a t a , t h es a r ya n dc o n f i d e n t i a l f e a t u r eo fi cc a r d sw a s c o m b i n e dw i t hs i n g l e c h i pt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y a n d d a t a b a s em a n a g e m e n tt e c h n o l o g y i nt h i sp a p e r , t h es t r u c t u r eo ft h ei cc a r de x a m i n a t i o nr o o mi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mw a sd i v i d e d i n t ot h el o w e rh a n d s e ta n dt h eu p p e r m a n a g e m e n ts o f t w a r e l o w e r h a n d s e ti sm a i n l yc o m p o s e do ft h es c m ( s i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e r ) i ti sr e s p o n s i b l ef o rt h es t o r a g eo f a l li n f o r m a t i o ni n t h ee x a m i n a t i o n ，a n dt h ee x a m i n a t i o np r o c e s sf o ra l lc a n d i d a t e sp a r t i c i p a t i n g i nt h ee x a m i n a t i o n ，i n v i g i l a t o r s ，i n s p e c t i o np e r s o n n e la u t h e n t i c a t i o n ，a n dt h e e x a m i n a t i o no fs o m ei n c i d e n t sr e c o r d e d u p p e rm a n a g e m e n ts o f t w a r e i s p r e p a r e db yv b 6 0 i t c o m b i n e sd a t a b a s e ，t e c h n o l o g yf o rs t o r i n ga n d p r o c e s s i n ga l le x a m i n a t i o nd a t ai n f o r m a t i o n ，a n dw i t ht h el o w e r h a n d s e ts e r i a l c o m m u n i c a t i o nt oa d j u s th a n d s e tt i m e ，d o w n l o a da n dc o l l e c td a t a ，p u b l i s h i n g i cc a r d sw i t hc a r dr e a d e r , a sw e l la st op r o v i d ec u s t o m e r sw i t hd a t ae n t r y , d a t a q u e r ya n dr e p o r tp r i n t i n ga n d s oo n ， k d 0 4 鼍 时 a b s t r a c t k e y w o r d s ：s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r v i s u a lb a s i c i n t e g r a t e dc i r c u i t c a r dd a t a b a s e 卜 ， 驴 目录 目录 摘j 要1 a b s tr a c t i i i 引言。1 第1 章绪论3 1 1 课题背景及意义3 1 2 本课题系统功能简介。3 1 3 本课题的主要研究内容。6 第2 章非接触式i c 卡技术。7 2 1ic 卡技术背景与应用概况7 2 2 非接触式ic 卡的功能特点7 2 3 非接触式ic 卡的工作原理8 2 4 非接触式lc 卡的分类9 第3 章i c 卡考场信息管理系统设计分析1 l 3 1 系统需求分析1 1 3 1 1 系统的设计目标l l 3 1 2 系统实现的主要功能1 2 3 2 系统的组成1 3 3 2 1 读卡器13 3 2 2 手持机1 3 3 2 3 主控p c 机1 3 3 3 系统的安全机制1 4 第4 章i c 卡考场信息管理系统硬件设计15 4 1 手持机的设计15 4 2 手持机的硬件框图15 4 3 微处理器模块16 4 4 读卡模块16 4 5 存储模块17 卜 h k p 武汉工程大学硕士学位论文 4 6 通讯模块18 4 7 时钟模块19 4 8 键盘及显示模块：2 0 4 9 单片机程序设计2 0 4 9 1 单片机软件开发工具2 0 4 9 2 单片机程序设计2l 第5 章手持机与p c 机之间通讯协议设计2 2 5 1 物理层2 2 5 2 数据链路层2 2 5 2 1 数据帧结构。2 2 5 3 应用层2 4 第6 章i c 卡考场信息管理系统数据库的设计2 6 6 1 系统数据库模型2 6 6 2 数据库表清单2 6 6 3 系统数据库e - r 图。2 7 6 4 数据库表结构2 8 6 5 系统的d b m s 解决方案2 9 第7 章i c 卡考场信息管理系统软件设计3 2 7 1 开发工具的介绍3 2 7 2 系统初始化程序。3 3 7 3 初始化数据库界面3 3 7 3 1 建立数据库3 5 7 3 2 注册数据库信息“3 7 7 3 3 生成注册文件3 7 7 4 登录系统界面3 8 7 4 1 连接数据库e x a m 3 9 7 4 2 判断操作员登录信息并进入系统主界面4 0 7 5 系统主界面4 l 7 6 实时情况界面4 l 7 7 基本资料菜单4 2 u 蠢 t 1 一 ， ， - t ， 驴 目录 7 7 1 院系资料菜单4 2 7 7 2 班级资料菜单。4 3 7 7 3 学生资料菜单4 4 7 7 4 教师资料菜单4 4 7 7 5 考场资料菜单4 5 7 7 6 考试科目菜单：4 5 7 7 7 考试时间段菜单4 6 7 7 8 设备资料菜单4 6 7 7 9 操作员资料菜单4 7 7 8 设备管理菜单4 7 7 8 1 设备初始化菜单。4 8 7 8 2 读取加载时间菜单4 9 7 8 3 设备信息菜单5 0 7 9 卡片管理菜单51 7 9 1 卡发行功能界面5l 7 9 2 卡检测功能界面5 2 7 9 3 卡延期功能界面5 3 7 9 4 卡挂失功能界面5 5 7 9 5 卡解挂功能界面5 6 7 9 6 退卡功能界面+ 5 7 7 10 考场及人员安排菜单5 8 7 1o 1 安排考场菜单5 8 7 10 2 安排监考巡视人员菜单5 9 7 10 3 下载白名单菜单6l 7 1 1 手持机操作菜单6 2 7 1 1 1 提取记录菜单6 2 7 12 查询及报表管理菜单6 3 7 12 1 人员查询菜单6 3 7 12 2 考试事件查询菜单。6 4 7 13 报表管理菜单6 5 卜 k 9 武汉工程大学硕士学位论文 7 14 系统维护菜单6 6 7 14 1 参数设置菜单6 6 7 14 2 权限管理菜单6 7 7 14 3 修改密码菜单6 8 7 15 帮助菜单6 9 7 15 1 帮助菜单6 9 7 15 2 关于菜单6 9 第8 章总结7 0 攻读硕士学位期间发表的论文7 1 参考文献7 2 附录1 手持机软件的主函数程序7 6 附录2 数据库e x a m 中各表结构。7 7 致谢8 5 w ， t l 一 ， ， h h 厶 引言 引言 i c 卡( i n t e g r a t e dc i r c u i tc a r d ) ，又称集成电路卡。它将一个集 成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，其外形与覆盖磁条的 磁卡相似。它一出现，就以其超小的体积、先进的集成电路芯片技术以 及特殊的保密措施和无法被破译及仿造的特点受到普遍欢迎。i c 卡的概 念是7 0 年代提出来的，法国b u l l 公司于1 9 7 6 年首先创造出i c 卡产品， 并将这项技术应用到金融、交通、医疗、身份证明等多个行业，它将微 电子技术和计算机技术结合在一起，提高了人们生活和工作的现代化程 度暖1 。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地供外部读取和供内部信息处理和判定之用。 在i c 卡投入应用前使用的信息卡有光电卡、条码卡和磁卡。光电卡 及条码卡因其防伪性差，目前仅用于某些特定的应用。磁卡防伪能力较差 且易磨损磁化，应用于用卡不频繁的场合，现在已基本不用了。现在普 遍使用的是i c 卡。i c 卡的存储容量小到几十位，大到几十k 字节，主要 根据它们的用途来选用。 i c 卡可以分成三大类： 存储器卡：卡中存储器为e e p r o m ，它仅有数据存储能力，没有数据 处理能力，对卡中数据操作时无需核对密码，安全性较差。 逻辑加密卡：卡中的集成电路包括加密逻辑电路和可编程只读存储 器e e p r o m ，当对加密卡进行操作时，必须先通过读卡器核对卡中的密码， 只有核对密码正确才能对卡进行操作。 c u p 卡：是一种具有微处理器芯片的i c 卡，它的安全级别和存储容 量比加密卡更高。卡中的集成电路包括中央处理器c p u 、e e p r o m 、随机存 储器r a m 以及固化在只读存储器r o m 中的片内操作系统c o s ( c h i p o p e r a t i n gs y s t e m ) 。严格地讲，只有c p u 卡才是真正的智能卡。 智能i c 卡分为接触式i c 卡、非接触式i c 卡及双界面卡( c o m b i - c a r d ) 三种哺3 。当前使用广泛的是接触式i c 卡，在这种卡上，i c 卡芯片有8 个 触点与外界接触，通过机械接触点从读写器获取能量和交换数据。非接 触式i c 卡不向外引出触点，通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换 数据。因此它除了包含接触式i c 卡的电路外，还带有射频收发电路，因 而又称这种i c 卡为感应式i c 卡，即射频( r f ) 卡。近年，p h i l i p s 半导 体等国外知名厂商推出了一种将射频卡和接触卡合二为一的双界面卡， 以适应各种应用需要。但双界面卡因其结构及操作较复杂、价格高，目 武汉工程大学硕士学位论文 前在国内较少使用。 接触式i c 卡读写操作速度慢，每次读写时必须把卡正确地插入读写器 中才能完成数据交换。这样，在公交、考勤等需要频繁读写卡的场合很不方 便，而且读写器和i c 卡的触点暴露在外，容易损坏和搞脏而造成接触不良。 非接触式i c 卡是根据射频电磁感应原理产生的。它的读写操作只需将卡放 在读写器射频能量范围内就能实现数据交换，不需接触，使用非常方便快捷、 不易损坏。目前非接触卡适用范围广、不易破坏、使用方便的优点，决定了 在大多数应用中它将逐渐取代接触式i c 卡。非接触式i c 卡的应用范围相当 广泛，它的典型应用包括身份证、门禁控制、电子标签、公共交通、小额电 子钱包等。事实上，目前使用接触式i c 卡的绝大部分应用将来都可以被非 接触卡所取代，非接触卡在这些领域的应用仅仅取决于卡发行者和用户是否 愿意承担较高的系统和i c 卡更新的费用。 很显然若不发展非接触式i c 卡，那么未来接触式i c 卡尤其是接触 式存储卡的生存和发展空间会十分有限，已经形成的i c 卡产业必将走上 末路h 3 。正是这个原因，研究和设计基于非接触式智能i c 卡的管理系统 是非常必要的，本课题就是将非接触式i c 卡的安全保密和方便实用的技 术特点应用于考场信息管理系统中，加强考试中对考生和监考人员认证 严密性，方便考场管理人员安排考场、查询和记录考场人员信息以及打 印报表。 ， 鼍 一 ， - 墨 伊 第1 章绪论 1 1 课题背景及意义 第1 章绪论 随着考试数量和种类的不断增长，考试范围和规模的不断扩大，人 们安排考试的程序和管理考场的过程十分的烦琐而且也不严密。比如考 场作弊的问题，监考人员找人代监考的问题以及安排考场和管理考场等 一些问题。所以人们迫切需要一种考试信息管理系统能解决这种难题， 而i c 卡的实用性和方便性以及保密性可以解决这种难题。i c 卡能读写信 息，一般将i c 卡读写器与计算机连接，通过计算机读写i c 上的信息。 i c 卡在停车场管理系统、消费管理系统中已经有了广泛的应用。事 实已经证明了其高度的保密性以及方便的实用性，但是i c 卡在考试管理 系统中的应用研究还很少，国内的考试管理系统中有代表性的有高等教 育自学考试i c 卡信息管理系统和指纹i c 卡考试管理系统，但是它们的应 用性能上和保密性能上还有待开发和完善m 1 。 本课题研究的这个基于非接触式i c 卡考场信息管理系统能安排考 场；发放i c 卡考试证、i c 卡监考证以及i c 卡巡视证；对考生、监考人员、 巡视人员的身份认证；考场信息记录、收集、查询以及打印报表功能方 面都能涉及到，功能十分完善，基本上能适应目前对考试信息管理的要 求。 1 2 本课题系统功能简介 本系统总体功能介绍： 1 为了对参与考试过程中的所有人员进行认证和管理，包括考生、监 考人员和巡视人员，管理中心负责发行i c 卡考试证、i c 卡监考证和i c 卡 巡视证。 2 为了方便记载考场信息，在考前，管理中心只需将各考场的参加考 试的考生信息、监考人员信息、考场时间地点信息、考试科目等所有考 场有关信息输入为每个考场配备的手持式i c 卡读卡机( 以下简称手持机) 匕。 武汉工程大学硕士学位论文 3 为了杜绝监考人员找人代监考现象，监考人员到管理中心报到时， 监考人员将i c 卡监考证在手持机上刷卡后，手持机上就立即显示监考人 员的一些信息，包括监考人员的身份证、年龄、身高、监考人员编号、 所在单位、所监考的考场、考场考试时间、监考科目、监考人员的照片 信息等。 4 为了对考生进行身份认证，管理人员将手持机交给监考人员，监考 人员便可以携带手持机去考场。在考场，监考人员用手持机将考生的i c 卡考试证进行刷卡检查考生信息。对考生的i c 卡考试证刷卡后，手持机 的显示屏上便显示考生的身份证、年龄、身高、考试证编号、所在考场 及座位、所在单位、考试科目、考生照片等信息。然后监考人员将手持 机上存储的考生信息与考生本人进行对照，如有代考的考生，监考人员 便可随时用手持机刷卡做记录。而且手持机上存储了考生的主要信息， 比如照片等信息，i c 卡考试证上只有考试证号码信息，这样做是为了防 止考生伪造考试证进行代考。 5 为了对监考人员和巡视人员进行监管，巡视人员在各个考场进行巡 视时，监考人员为了确认巡视人员的信息，可将巡视人员的i c 卡巡视证 在手持机上刷卡认证，手持机的显示屏上便显示巡视人员的身份证、年 龄、身高、所在单位、巡视人员照片等信息，同时手持机作巡视人员的 巡视时间信息记录。进行确认后，监考人员便可以将手持机交给巡视人 员，然后巡视人员在手持机上输入密码进入巡视人员管理权限，此时巡 视人员就可以用手持机去进行监考人员的信息认证并作监考人员报到记 录，以及抽查一些考生的i c 卡考试证进行信息认证，如有监考人员代人 监考便可以在手持机上作记录，退出巡视人员管理权限后巡视人员便可 将手持机还给监考人员。 6 为了统一管理考试过程中的信息，考试结束后，监考人员将手持机 交还给管理中心，管理中心将手持机连入电脑，将手持机上的记录的信 息采集并输入电脑并进行统一整理。 7 本系统还有一些针对考试中发生的意外情况的应急措施。在接近考 试开始之前，管理中心可查询各个考场报到的监考人员信息，如发现未 有报到的监考人员可查询未报到的监考人员的电话立即通知监考人员， ， 毫 伊 第l 章绪论 如未通知到监考人员或时间来不及的情况下可临时发行i c 卡监考证找人 补充进场监考。 本系统与传统的考场管理的比较： 1 在以前的发行考试证时需要填写考生的信息然后制作成卡片， 还要在各个考场贴各个教室座位上的考生信息证，这样的工作 非常的烦琐而且还不严密，本系统只需安排考场和安排各个考 场座次编号后便可通过管理中心的软件输入考生和监考人员以 及巡视人员的全部信息，然后通过p c 机将考生、监考人员、巡 视人员的信息对应i c 卡考试证、i c 卡监考证、i c 卡巡视证的 卡号写入数据库中，整个发行工作非常方便轻松，而且它是由 管理中心统一管理的。 2 在以前存在着有监考人员找人代考的现象，还有巡视人员未进 场巡视等现象，本系统可以有效的确认监考人员的信息和记录 监考人员报到或缺监考等信息，而且还能对巡视人员进场巡视 进行记录，这样不但方便而且严格。 3 在其它的考试管理系统中，比如指纹i c 卡考试管理系统中是将 指纹信息存储在i c 卡上，如果考生伪造考试证就很难认证了， 与之相比本系统所有的考场信息都存储在手持机上，这样做有 两个优点，一是考生主要信息都存储在手持机上，手持机只要 得到i c 卡考试证号码后就能显示出所有考生信息，考生伪造考 试证是无效的。二是当考生的考试证遗失后进入考场时无法及 时办理考试证，只要考生记得i c 卡考试证或身份证号码，输入 i c 卡考试证或身份证号码就能对考生进行认证，免去了考生紧 急补证的心理负担。 4 在以前的考后管理中，在对考试中的记录进行查询和统计时， 总存在着遗漏和有人造假等情况，而在本系统中，考试中的一 些记录，包括考生缺考、考生作弊、监考人员缺监考、监考人 员找人代监考、巡视人员到场巡视等记录都会统一记录在手持 机上，一但记录是无法更改的，而且在考试后都会将手持机上 武汉工程大学硕士学位论文 的记录信息下载存储到管理中心电脑上，方便管理人员查询考 试中的一些记录信息，并可作成报表形式打印出来。 1 3 本课题的主要研究内容 i c 卡考场信息管理系统设计主要分为三个部分：硬件系统、软件系 统以及硬件系统与软件系统之间的通讯协议部分。主要工作内容分为： 1 设计手持机的硬件电路结构图，绘制p c b 板，制作手持机以及编 写单片机程序。 2 编写p c 与手持机之间的通讯协议并编写相应程序代码，本课题采 用i s o o s i 标准协议中的三层，即物理层、数据链路层、应用层， p c 与手持机之间使用4 8 5 串口线进行通讯。 3 编写i c 卡考场信息管理系统软件，并且结合s q ls e r v e r2 0 0 0 进行 对数据的存储操作和管理，以及与手持机和读卡器之间的通讯程 序。 ? 皆 第2 章非接触式l c 卡技术 第2 章非接触式i c 卡技术 2 1l c 卡技术背景与应用概况 i c 技术是- i - 产生于2 0 世纪末的新兴课题。随着微电子学科、集成 电路制造技术以及现今电子计算机技术和理论发展，为i c 智能卡技术的 出现奠定了理论和技术基础。先后出现了接触式i c 卡和非接触式i c 卡。 随着芯片制造技术的发展和先进工艺的采用，使得接触式i c 卡有了 长足的发展。上世纪末，以银行为代表的企业广泛发行了各种信用卡， 这些卡由以其保密性好、可靠性高的接触式i c 芯片制作而成。 其后非接触式i c 卡的出现为智能卡的发展开辟了一个全新的领域。 接触式i c 卡和非接触式i c 卡相比，它继承了接触式i c 卡的容量大、安 全性高的特点，同时也克服了以接触方式工作的i c 卡所无法避免的缺点， 如触点磨损、污染、静电以及插卡不便的读写过程，使非接触式i c 卡的 使用更加自由，应用更加广泛口8 1 。 由于i c 卡的潜在应用范围极广，其诸多的优越性已引起了有关人士 的广泛重视，使用呈快速增长趋势，尤其非接触式i c 卡的开发，得到了 国内外学术界和科技工作者的广泛关注和研究。近几年来，射频识别系 统的发展极其迅猛。国内i c 智能卡技术起步较晚，我国i c 卡行业的发 展始于1 9 9 3 年左右建立的“金卡工程 四1 。近年来，我国的发卡量年增 长率达到3 0 至4 0 ，已成为世界智能卡应用发展最快的国家之一。 2 2 非接触式ic 卡的功能特点 非接触式i c 卡又称射频卡，是最近几年发展起来的一项新技术。在 卡片靠近读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作，采用密码加密功 能，使i c 卡更具安全性，是电子器件领域的一大突破n 0 1 2 1 。它有如下特 点： 1 可靠性高：非接触式i c 卡采用非接触式读写，避免了由于接触读 写而产生的各种故障。不受阻物的影响，隔物一样可正常读写操作。此 武汉工程大学硕士学位论文 外，非接触式i c 卡的芯片藏在塑料中间，无须担心脱落，静电击穿弯曲， 损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片使用的可能性。 2 操作方便、快捷：由于使用射频通讯技术，读写器在5 - l o c m 范 围内就可以对卡片进行读写，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，读写时间不大于o 1 秒，大大提高了每次 使用的速度。 3 防冲突：非接触式卡中有快速防冲突机制，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，这提高了应用 的并行性，无形中提高系统工作速度。 4 验证严密：非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写 器验证i c 卡的合法性，同时i c 卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在 处理前要与读写器之间进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数 据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。 2 3 非接触式ic 卡的工作原理 非接触式i c 卡由i c 芯片和感应天线组成，完全密封于p v c 卡片之 中。其中i c 芯片与接触式i c 卡芯片的功能基本相同；感应天线除起到 与i c 卡读写设备通讯的作用外，还要通过与i c 卡读写设备发出的无线 电波感应，从而产生i c 卡芯片工作所需的电能n 3 1 利。其工作过程如下： ( 1 ) 读写设备发射无线激励信号和有关询问信号。 ( 2 ) i c 卡进入工作区时，感应天线被读写设备发射的无线激励信号 激励，产生电能，启动i c 卡芯片，对读写设备发射的询问信息进行认证， 发射应答信号。 ( 3 ) 读写设备收到i c 卡发射的应答信息，经认证后，进行下一步 处理。 非接触式i c 卡工作区域的大小主要取决于读写设备所发射无线电波 的强弱，最小为数厘米，最大可到数十米n 5 1 。 三 产 第2 章非接触式i c 卡技术 2 4 非接触式lc 卡的分类 非接触式i c 卡又称为射频卡，射频卡的分类方式多种多样，以下是 几种常见的分类方式： 1 按载波频率分 按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频 卡主要有1 2 5 k h z 和1 3 4 2 k h z 两种，中频射频卡频率主要为1 3 5 6 m h z ， 高频射频卡主要为4 3 3 m h z 、9 1 5 m h z 、2 4 5 g h z 、5 8 g h z 等。低频射频卡 大部分型号芯片没有存储空间，只是一个i d 序列号；而部分型号芯片有 一定较小的存储空间。一般用于考勤系统、门禁系统、身份识别、通道 系统、感应式智能门锁等短距离、低成本的应用中，也有极个别配合软 件用于学校企业一卡通系统的情况；中频射频卡用于门禁控制和需传送 大量数据的应用系统，如企业校园一卡通、公交储值卡、高速公路收费、：。 停车场、小区管理等。高频射频卡应用于需要较长的读写距离和高读写 速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路 收费等系统中应用。但高频射频卡实际生活中人们见得不是很多，所以 人们都习惯把中频射频卡称为高频射频卡了。 2 按供电方式分 。 按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源， 其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环 境下工作；无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量 转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长 且对工作环境要求不高。m a f i r e1 卡就是无源卡，现在大规模应用的射 频卡基本上是无源卡。 3 按调制方式分 按调制方式的不同可分为主动式射频卡和被动式射频卡。主动式射 频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器，在有障碍物的情况下， 用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式 的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频卡主 要用于有障碍物的应用中，距离更远( 可达3 0 米) 。被动式射频卡使用调 武汉工程大学硕士学位论文 制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该 类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范 围之内的射频卡。目前市场上常见的射频卡以被动式射频卡为主。 4 按作用距离分 按作用距离可分为密耦合卡( 作用距离小于1 厘米) 、近耦合卡( 作用 距离小于1 5 厘米) 、疏耦合卡( 作用距离约1 米) 和远距离卡( 作用距离从 1 米到1 0 米，甚至更远) 。现在最常见的射频卡是近耦合卡( 作用距离小 于1 5 厘米) o 5 按读写类型分 按读写类型分为只读卡、读写卡。中频射频卡和高频射频卡基本上 是读写卡；低频射频卡大多数是只读卡，一部分是读写卡，只不过能写 的空间不大。 6 按厚度分 按厚度分为三种：0 8 0 - 0 9 5 r a m 厚度的射频卡称为薄卡，1 0 5 r a m 厚 度的射频卡称为厚薄卡( 也称为中厚卡) ，1 8 0 r a m 的射频卡称为厚卡。 i o 第3 章i c 卡考场信息管理系统设计分析 第3 章i c 卡考场信息管理系统设计分析 3 1 系统需求分析 3 1 1 系统的设计目标 本系统是针对目前考场进行管理，具体的是通过p c 机将各个考场的 信息下载到各个考场所使用的手持机上，之后各个考场的监考人员持下 载后的手持机去相应的考场对每个考生所带的i c 卡考试证进行刷卡认证 以及对考试过程中发生的事件进行记录，加强对考场的严格管理，在考 试后将所有考场的手持机收集起来，之后将手持机中的信息上传给p c 机， p c 机将结合数据库对所有的数据信息进行统一管理。 因此，本系统所要求的在软件系统和硬件系统设计中的基本设计目 标如下： ( 1 ) 界面友好性 根据本系统的使用对象的计算机文化程度，本系统的管理系统软件 除了能完成本系统所要求的功能之外，还必须具有界面友好性，使普通 用户能够简单的学会操作，这样可以扩大系统使用者的范围。 ( 2 ) 方便性 本系统中的手持机具有与p c 机联机时连接方便性以及脱机时拆卸方 便性的特点，还有轻便携带的特点，便于监考人员方便携带和使用。 ( 3 ) 可靠性和安全性 在系统硬件设备选型、总体结构设计、软件设计、p c 机与硬件通讯 等各个方面要充分考虑可靠性和安全性，在设备选型方面，要保证软、 硬件的可靠性，必须采用成熟的技术和产品，在设备选型和系统设计的 各个方面都尽量减少故障的发生。 ( 4 ) 可扩展性 本系统考虑今后发展的需要，因而可考虑扩大手持机的存储容量和 显示内容多样性以及软件功能扩展性方面的可能，这种扩展不仅充分保 护了原有投资，而且具有较高的综合性能价格比。 武汉工程大学硕士学位论文 3 1 2 系统实现的主要功能 本系统完全不同于以往的考场信息管理系统，它将考场安排、参考 人员和考试工作人员的安排以及考场的事件记录信息在p c 机上统一操作 和管理，而不同于以往的在纸上安排和填写，不仅方便而且严密和集中， 并且在认证方面也十分严格，总的来看，本系统所能够实现的功能主要 如下： ( 1 ) 电子身份证：发行后的i c 卡，作为持卡者的身份证明，将非 接触式i c 卡在手持机上刷卡，手持机上便可显示该i c 卡使用者的详细 用户信息，以此来对该人员进行认证。 ( 2 ) 移动的身份认证系统：此身份认证系统即本系统中的手持机设 备。本设备可自由移动，以便于监考人员携带。同时可下载考场所需要 的所有信息。并且它对监考人员和巡视人员有不同的操作权限，监考人 员和巡视人员通过此系统上的键盘输入密码进入不同的操作界面。在考 试过程中该设备对考生、监考人员、巡视人员所持i c 卡刷卡进行认证， 对考试过程中所发生的比如考生作弊、监考人员缺席等事件作记录，该 设备一但记录是无法修改的，考试后送还考试管理中心，并将该设备中 的所有记录信息上传给p c 机进行统一处理。 ( 3 ) 信息的统一管理：该系统使用的数据库中存储了所有考生、监 考人员、巡视人员信息、所有i c 卡使用情况、所有的考试过程中手持机 的记录信息等数据，并且由用户对上位管理软件的操作来统一存储和管 理该数据库。 ( 4 ) 查询和制作报表：该系统可以查询所有的考生、监考人员、巡 视人员的信息、所有i c 卡的使用情况、所有考试过程中的记录信息，并 且所有查询结果能够制作成报表，便于考试管理中心人员进行行政管理。 i ： 分 第3 章l c 卡考场信息管理系统设计分析 3 2 系统的组成 3 2 1 读卡器 根据本系统设计的要求，要使用非接触式i c 卡来代替考试证等信息 卡，本课题选用的是非接触式i d 卡( 简称为i d 卡) 。根据系统设计要 求，系统只需要使用i d 卡的卡号，而本系统使用的读卡器是一种专用的 i d 卡读卡器，它实际上就是读取i d 卡的卡号n 引。读卡器通过r s 4 8 5 与 r s 2 3 2 的串口转换器与p c 机相连，由系统管理员操作管理软件来读取i d 卡卡号。 考虑到性价比的因素，本系统选用的i d 卡的芯片型号为f k 4 1 0 0 ，工 作频率为1 2 5 k h z ，存储容量为6 4 b i t ，读写距离为5 1 2 c m 。 3 2 2 手持机 手持机在本系统中是记录和存储信息的可移动的载体，它既可以联 机使用也可以脱机使用。在考试之前，手持机通过r s 4 8 5 与r s 2 3 2 的串 口转换器与p c 机联机，然后p c 机对手持机下载考试信息、读取加载手 持机时间。手持机与p c 机的连接线路断开时，便处于脱机状态，此时手 持机可手持移动用来刷卡显示i d 卡持卡人员的信息以及做考试事件记 录。在考试结束后，将手持机交还考试管理中心，然后将手持机与p c 机 联机，p c 机采集手持中的考试事件记录，同时存入数据库中。 3 2 3 主控p c 机 主控p c 机是本系统的主要部分，它的主要功能如下： 1 主控p c 机是本系统数据库e