出入口控制系统设计毕业论文.doc

重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 1 出入口控制系统设计出入口控制系统设计 毕业论文毕业论文 目目 录录 摘要摘要 3 3 ABSTRACTABSTRACT 4 4 1 1 绪论绪论 5 5 1 1 选题背景与意义 5 1 2 国内外发展现状 5 1 3 课题研究的主要内容 5 2 2 总体方案论述总体方案论述 7 7 2 1 设计原则 7 2 2 系统结构 8 2 3 硬件部分 9 2 4 软件部分 9 3 3 系统组成系统组成 1111 3 1 RS 232 串口 11 3 2 IC 卡 13 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 2 3 3 MIFARE S50 16 4 4 数据库数据库 2929 4 1 数据库简介 29 4 2 数据库选型 33 4 3 数据库建立过程 33 5 5 管理软件设计管理软件设计 3636 5 1 选择设计语言 36 5 2 系统分析与设计 38 5 3 三大模块 41 5 4 按钮功能 41 6 6 总结总结 4444 致谢致谢 4545 参考文献参考文献 4646 附录附录 4848 程序代码 48 文献综述文献综述 6464 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 3 1 绪论绪论 1 1 选题背景与意义 门禁系统 又称为出入口控制系统 在科学技术发达的今天 已发展为一套 现代化的 功能齐全的管理系统 它对出入门和通道的管理也早已超出了单纯 的对门锁及钥匙的管理 它不只是作为进出口管理使用 而且还能有助于内部 的有序化管理 它能够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 同时也将有效保护财产不受非法侵犯 门禁管理系统已成为安全防范系统中极其重要的一部分 在一些发达国家中 它正以远远高于其它类安防产品的进度迅猛发展 广泛应用在智能大厦 智能 小区 办公室 宾馆等各种房间门 大门 人行通道的管理 在注重美观的现代都市里 公司的形象体现了所追求的风格和气度 也是给 顾客建立起信心的保障 可以想象 在追求智能化无纸办公的今天 在豪华气 派的玻璃大门装上一把笨重的锁将会是件多么繁琐而尴尬的事情啊 但是 如 果能用手中的卡片轻轻一晃 大门就应声而开 那将是一种全新的感受 另外 在越来越注重商业情报和安全的今天 传统的个人身份鉴别手段己不能完全满 足现代社会经济活动和社会安全防范的需要 从消除人为不安全因素来看 只 有不易被他人代替 仿制 甚至本人也无法转让的身份识别凭证才能胜任 因 此 从易用性 安全性 成熟性 造价性等方面综合比较 IC 卡门禁技术正在 以惊人的速度迅猛发展 这正是我们研究 IC 门禁管理系统的意义所在 1 2 国内外发展现状 1 国内状况 门禁系统的发展和卡的发展密不可分 自 1993 年制定的 金卡工程实施计 划 及全国金融卡网络系统 10 年规划以来 金融电子化 商业和流通领域电子 化得到极大发展 IC 卡在银行 电信 公共安全 石油 海关 工商管理 税 收征管 卫生医疗 交通管理 社会保障等领域内得到广泛的应用 相应的 带动了读写机器和与之相关的各类应用产品及系统的开发 生产和推广应用 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 4 形成了从芯片设计 COM 开发 模块生产到产品开发 生产的完整体系 但我 国在要求有极高安全性和保密性 IC 卡制作技术及读写设备技术还处在相对落后 状态 不过我国已表现出了长期迅速发展的趋势 门禁系统的开发和设计也会 得到快速的发展 2 国外状况 国外对卡的应用较早 形成了大批量的生产厂家 如 Philips 公司 ATMEL 公司 卡的发展带动了门禁系统的发展 欧美门禁市场已开始进入成熟阶段 产业已开始细分 出现了只生产卡和读卡器的公司 如美国的 HMD 公司 德 国的 Destle 公司 只生产控制器和软件的公司 如美国的 Northern Computer 公 司 CSI 公司 市场的不断成熟 各大公司随着技术和专业人员的累积 开始 出现了垄断势头 从目前全球门禁系统的前端输入设备的水平及发展方向来看 虽然磁卡和 IC 卡读卡器在门禁系统的应用还有部分市场 但从发展趋势上看 除宾馆锁外 磁卡和 IC 卡读卡器已在逐步地退出市场 1 3 课题研究主要内容 本课题主要研究门禁系统的控制运作 主要为软件制作及设计 根据小区地 下车库门禁系统的需求 根据所得硬件的一些性质 合理的设计软件界面 编 制软件程序 从未实现系统的功能 软件主要功能分为两大部分 一个是对固定车位和临时停车的记录做数据库 处理 另一方面 处理 IC 卡的一些应用 如读卡 发卡 补卡 清零回收等 他通过学习研究 VB 中几大控件的作用和使用方法 将其应用到程序中 从而 实现系统功能 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 5 2 总体方案论述总体方案论述 2 1 设计原则 1 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 同时 系统的前端产品和系统软件均有良好的可学习性和可 操作性 特别是操作性 使具备电脑初级操作水平的管理人员 通过简单的培 训就能掌握系统的操作要领 达到能完成值班任务的操作水平 2 系统的稳定性 由于门禁系统是一项不间断长期工作的系统 并且和我们的正常生活和工作 息息相关 所以系统的稳定性显得尤为重要 3 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 还应符合中国或 国际有关的安全标准 并可在非理想环境下有效工作 强大的实时监控功能和 联动功能 充分保证使用者环境的安全性 4 系统可扩展性 门禁系统的技术不断向前发展 用户需求也在发生变化 因此门禁系统的设 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 系统 设计时 对需要实现的功能进行了合理配置 并且这种配置在工程完成后可以 设置和改变 系统软件可以根据不同历史时期的市场需求进行相应的升级和完 善 同时 可以扩展为考勤系统 会议签到系统 巡逻管理系统 就餐管理系 统等一卡通工程 5 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 系统的运转要真正做到 通电即可工作和运行的程度 而且维护过程中无需使用过多专用的维护工具 从计算机的配置到系统的配置 前端设备的配置都要充分仔细地考虑了系统的 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 6 可靠性 并实施相应的认证 做到系统故障率最低的同时 也要考虑到即使因 为意想不到的原因发生问题时 也能保证数据的方便保存和快速恢复 并且保 证紧急时能迅速地打开通道 整个系统的维护应是在线式的 不能因为部分设 备的维护而停止所有设备的正常运作 2 2 系统结构 该地下车库门禁系统 使用了 IC 卡读卡器 通过 RS 232 用转换线转换成 USB 接口后连接到 PC 端 通过电脑软件 实现 IC 卡的读 写 改密 清零回 收等操作 系统框图如图 2 1 所示 PC 机 IC 卡读卡器 电源接口 USB 接口 USB 转串口 图 2 1 硬件组成 说明 由于本人使用笔记本电脑作为系统的 PC 端 而笔记本没有 RS 232 串口接口 所以用一根 USB 转串口线将 IC 卡读卡器与笔记本电脑成功连接 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 7 2 3 硬件部分 在确定该系统方案之前 我查看了几个地下车库的门禁系统 发现不管是公 共停车库 还是小区内的地下车库 基本上 都是采用 IC 卡门禁系统 所以我 确定了系统的方案 即采用射频技术 来完成本次任务 RFID 是射频识别技术的英文 Radio Frequency Identification 缩写 是 2O 世纪 9O 年代随着网络技术普及而被重新认识和得到普遍重视的一种自动 ID 识 别技术 是一项利用射频信号通过空间耦合 电磁感应或电磁传播 实现无接 触信息传递并得到被标识物的 ID 信息以做到识别目的物的技术 自 2004 年起 全球范围内掀起了一场无线射频识别 RFID 的热潮 包括沃尔玛 保洁 波音 公司在内的商业巨头无不积极推动 RFID 在制造 零售 交通等行业的应用 RFID 技术及应用正处于迅速上升的时期 被业界公认为是本世纪最有潜力的技 术之一 它的发展和应用推广将是自动识别行业的一场技术革命 与此同时 无线射频识别 RFID 在门禁管理系统方面的应用也已逐渐成熟 采用感应式技术 或称作射频 RF 技术 是一种在卡片与读卡装置之间 无 需直接接触的情况下对卡片信息进行读写的方法 使用感应式读卡器 不再会 因为接触磨擦而引起卡片和读卡设备的磨损 也无需将卡插入孔内或在刷卡槽 内刷卡 卡片只需在读卡器的读卡范围内晃动即可 兼有使用方便 使用寿命 长等优点 2 4 软件部分 本系统的侧重点就是软件部分 虽然系统的硬件部分比较简单 但是想要实 现系统的功能 必须充分利用 IC 卡与读卡器所具有的功能 并且根据地下车库 的性质 来制作功能齐全 操作简单的软件 为了能使操作界面友好 操作人员易于操作 我使用了 Microsoft Visual Basic 6 0 软件来设计软件 充分利用了一些常用控件 来实现系统所需功能 对象上 我选择了系统为面向小区地下车库的门禁系统 由于小区地下车库内 大部分都为租用了固定车位的小区业主 这就需要对拥有固定车位的业主进行 建档存储 以方便地下车库管理人员进行管理 因此 在数据库方面 我选用 ACCESS 数据库 一方面 数据库中存储了拥有固定车位的业主信息 另一方 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 8 面 由于 ACCESS 数据库具有动态性 便可以将临时停车用户或所有进出车库 的一些信息存入到数据库中 软件的操作界面如图 2 2 所示 图 2 2 软件界面 图中软件上部分显示的为数据库表格 存储的信息都将显示在表格中 软件 左下分别显示资料的各个类别 有车辆编号 车牌号码 车主姓名 车辆颜色 型号 联系电话 进入车库时间 离开车库时间 备注 针对固定车位用户和临时车库用户 操作人员要进行不同的操作 1 固定车位用户 固定车位用户 即小区内租用了固定车位的业主 针对这一类型用户 需要 将详细的用户信息存储到数据库中 不但要有车辆信息 还要有业主的详细信 息 如姓名和联系方式等 2 临时停车用户 针对临时停车用户 则不需要登记车主姓名等信息 但是需要临时发卡 并 且收取临时停车费用 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 9 3 系统组成系统组成 3 1 RS 232 串口 个人计算机上的通讯接口之一 由电子工业协会 Electronic Industries Association EIA 所制定的异步传输标准接口 通常 RS 232 接口以 9 个引 脚 DB 9 或是 25 个引脚 DB 25 的型态出现 一般个人计算机上会有两组 RS 232 接口 分别称为 COM1 和 COM2 RS 232 C 是美国电子工业协会 EIA Electronic Industry Association 制定的一种串行 物理接口标准 RS 是英文 推荐标准 的 缩写 232 为标识号 C 表示修改次数 RS 232 C 总线标准设有 25 条信号 线 包括一个主通道和一个辅助通道 在多数情况下主要使用主通道 对于一般双工通信 仅需几条信号线就 可实现 如一条发送线 一条接收线及一条地线 RS 232 C 标准规定的数据传输速率 为每秒 50 75 100 150 300 600 1200 2400 4800 9600 19200 波特 RS 232 C 标准规定 驱动器允许有 2500pF 的电容负载 通信距离将受 此电容限制 例如 采用 150pF m 的通信电缆时 最大通信距离为 15m 若每米电缆的电容量减小 通信距离可以增加 传输距离短的另一原因是 RS 232 属单端信号传送 存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题 因此一 般用于 20m 以内的通信 图 3 1 RS 232 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 10 R RS S 2 23 32 2C C 接接口口标标准准 EIA RS 232C 是由美国电子工业协会 EIA Electronic Industry Association 在 1969 年颁布的一种串行 物理接口标准 RS Recommended Standard 是英文 推荐标准 的缩写 232 为标识号 C 表示修改次数 RS 232C 总线标准设有 25 条信号线 包括一个主通道和 一个辅助通道 在多数情况下主要使用主通道 对于一般双工通信 仅需几条信号线就 可实现 如一条发送线 一条接收线及一条地线 RS 232C 标准规定的数据传输速率为每秒 150 300 600 1200 2400 4800 9600 19200 波特 RS 232C 标准规定 驱动器允许有 2500pF 的电容负载 通信距离将受 此电容限制 例如 采用 150pF m 的通信电缆时 最大通信距离为 15m 若每米电缆的电容量减小 通信距离可以增加 传输距离短的另一原因是 RS 232 属单端信号传送 存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题 因此一 般用于 20m 以内的通信 串行通信接口标准经过使用和发展 目前已经有几种 但都是在RS 232 标准的基础上经过改进而形成的 所以 以RS 232C 为主来讨论 RS 232C 标准是美国 EIA 电子工业联合会 与 BELL 等公司一起开发的 1969 年公布的通信协议 它适合于数据传输速率在0 20000b s 范围内的通信 这个标准对串行 通信接口的有关问题 如信号线功能 电器特性都作了明确 规定 由于通行设备厂 商都生产与 RS 232C 制式兼容的通信设备 因此 它作为一种标准 目前已在微机通信接口中广泛采用 在讨论 RS 232C 接口标准的内容之前 先说明两点 远远程程通通信信连连接接数数据据终终端端 首先 RS 232 C 标准最初是远程通信连接 数据终端设备 DTE Data Terminal Equipment 与数据通信设备 DCE Data Communication Equipment 而制定的 因此这个标准的制定 并未考虑 计算机系统的应用 要求 但目前它又广泛地被借来用于计算机 更准确的说 是计算机接口 与终端或外设之间的近端连接标准 显然 这个标准的有些规定及和计算机 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 11 系统是不一致的 甚至是相矛盾的 有了对这种背景的了解 我们对RS 232C 标准与计算机不兼容的地方就不难理解了 发发送送 和和 接接收收 其次 RS 232C 标准中所提到的 发送 和 接收 都是站在 DTE 立场上 而不是站在 DCE 的立场来定义的 由于在计算机系统中 往往是 CPU 和 I O 设备之间传送信息 两者都是 DTE 因此双方都能发送和接收 R RS S 2 23 32 2C C 标标准准 协协议议 RS 232C 标准 协议 的全称是 EIA RS 232C 标准 其中 EIA Electronic Industry Association 代表美国电子工业协会 RS recommeded standard 代表推荐标准 232 是标识号 C 代表 RS232 的最新一次修改 1969 在这之前 有 RS232B RS232A 它规定连接电 缆和机械 电气特性 信号功能及传送过程 常用物理标准还有有EIA RS 422A EIA RS 423A EIA RS 485 这里只介绍 EIA RS 232C 简称 232 RS232 例如 目前在 IBM PC 机上的 COM1 COM2 接口 就是 RS 232C 接口 3 2 IC 卡 IC 卡是一种外形与信用卡一样 卡上含有一个符合 ISO 标准的集成电路芯 片卡片 又称集成电路卡 智能卡 英文名称 Integrated Circuit Card 它将 具有存储加密及数据处理能力的集成电路芯片模块封装于和信用卡尺寸一样大 小的塑料片基中 便构成了 IC 卡 IC 卡与 ID 卡的比较 1 ID 卡定义 ID 卡全称身份识别卡 Identification Card 是一种不可写入的 感应卡 含固定的编号 主要有台湾 SYRIS 的 EM 格式 美国 HID TI MOTOROLA 等各类 ID 卡 2 IC 卡在发放时必须进行初始化 初始化是 IC 卡与读写设备之间进行双向 密匙认证过程 初始化后在 IC 卡内部生成不可破解的系统专用密匙 保证了 IC 卡的安全发放 而 ID 卡与磁卡一样 仅仅使用了 卡的号码 而已 卡内 除了卡号外 不需要任何保密功能 其 卡号 是公开 裸露的 ID 卡就是 感应式磁卡 不需要初始化 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 12 3 IC 卡远比 ID 卡安全性高 ID 卡内的卡号读取无任何权限 易于仿制 IC 卡内所记录数据的读取 写入均需相应的密码认证 甚至卡片内每个区均有 不同的密码保护 全面保护数据安全 IC 卡写数据的密码与读出数据的密码可 设为不同 提供了良好分级管理方式 确保系统安全 4 IC 卡的可记录性好 ID 卡不可写入数据 记录内容 卡号 只可由芯片 生产厂一次性写入 开发商只可读出卡号加以利用 无法根据系统的实际需要 制订新的号码管理制度 IC 卡不仅可由授权用户读出大量数据 而且亦可由授 权用户写入大量数据 如新的卡号 用户的权限 用户资料等 IC 卡所记录 内容更可以反复擦写 5 IC 卡的存储容量大 ID 卡仅仅记录卡号 而 IC 卡 比如 Philips mifare1 卡 可以记录约 1000 个字符的内容 6 IC 卡可以实现联网与脱机自动转换使用 由于 ID 卡卡内无内容 其卡片 持有者的权限 系统功能操作要完全依赖于计算机网络平台数据库的支持 而 IC 卡本身已记录了大量用户相关内容 卡号 用户资料 权限 消费余额等大 量信息 可以脱离计算机平台运行 实现联网与脱机自动转换的运行方式 从而加大使用范围 减少布线需求 3 从上面的对比中可以看出 IC 卡具有 可靠性高 操作方便 加密和保密性好的 优点 IC 卡技术的发展经历了一个相当长的时间 从最初的磁条卡 条码卡到现 在的 IC 卡 其功能也在不断的发展 磁条卡都是接触式 它的一个缺点就是容 易消磁 而条码卡上的条码能轻易被复制 保密性得不到保障 1C 卡的概念最 初是由法国罗兰 莫雷诺 Roland Moreno 1972 年首先提出 由于 IC 卡使用 储存方便 使得 IC 卡尤其是非接触式 IC 卡受到了市场的青睐 IC 卡根据其中所镶嵌电路的不同 可以分为记忆体卡 逻辑加密 CPU 卡 超 级智能卡四类 1 存储器卡 Memory Card 其内嵌芯片相当于普通串行 E2PROM 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 价格便宜 很多场合可以替代磁卡等 但是由于其本身不具备信息保密功能 因此 只能用于保密性要求不高的应用场合 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 13 2 逻辑加密卡 Security Card 加密存储器卡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 只有密码正确 才能进行存取操 作 这类卡 信息保密性较好 使用与普通存储器卡相类似 3 CPU 卡 Smart Card CPU 卡内嵌芯片相当于一个特殊类型的单片机 内部除了带有控制器 存储器和时序控制逻辑等外 还带有算法单元和片内操 作系统 COS Chip Operating System 由于 CPU 卡有存储容量大 处理能力 强 信息存储安全等特性 因此广泛用于信息安全性要求特别高的场合 4 超级智能卡 在卡上具有 MPU 和存储器 并装有键盘 液晶显示器和电 源 有的卡上还具有指纹识别装置等 按照数据读写方式 IC 卡又可分为接触式 IC 卡和非接触式 IC 卡两类 1 接触式 IC 卡 在这种卡片上 IC 芯片有 8 个触点可与外界读写设备相接 触 进行数据交换 2 非接触式 IC 卡 顾名思义 也就是卡片与读写设备无电路接触 由非接 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 靠性要求特别高的场合 近些年 飞利浦和三星公司又推出了将射频卡和接触卡合二为一的双介面卡 以增强 IC 卡的相容性和应用灵活性 目前这种已得到成功应用 即采用双卡介 面方案 即可以实现门禁管理 停车场管理等 也可以实现同一个卡在银行金 融系统的应用 目前 市场上又出现了一种光卡 工作原理和光碟很相似 光 卡与 IC 卡相比 光卡具有 IC 卡无法比拟的存储空间 尽管光卡缺乏可以运行 的微处理器 但随着技术的发展 光卡的应用前景难以估量 IC 卡在全球的发展极不平衡 几乎被发达国家 如美国 法国 日本等国 家垄断 各国的发展模式也不同 如法国是政府主导型 日本是官民结合型 美国是民间主导型 在这些国家中 法国是最早推出 IC 卡的国家 更是 IC 卡 使用最多最好的国家之一 同时法国又是 IC 卡生产厂商最多 技术水平领先的 国家之一 她拥有像 Gem plus 这样国际著名的制卡公司 美国在 IC 卡的研制 方面滞后以欧洲 在 IC 卡的应用方面也赶不上法国和日本 但美国在磁卡研制 及应用方面居世界之首 所以美国市场主要以磁卡为主 而欧洲则以晶体卡为 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 14 主 日本在 IC 卡的研制和应用方面和法国旗鼓相当 她也有强大的制卡商队伍 如 NEC Fujitsu Toshiba ST 等 中国的 IC 卡产业起步较晚 但发展迅速 自 1993 年国家金卡工程启动后 IC 卡的发展如虎添翼 在金融 电信 交通 公共安全等得到了广泛的应用 但让人遗憾的是 中国基本上只是处于应用层 面 IC 卡的研制还得依赖国外的核心技术 本土只是进行简单的封装 虽然中国的技术不是那么成熟 各国 IC 卡的发展也各具特色 不同的类型 的卡也各具优厉 但中国现在用于门禁管理 智慧大厦 智慧小区 校园管理 等局部封闭系统中 采用那种卡已不再是什么重要的难题 因为一个封闭系统 中都有一个固定的资料中心 所有的信息都可以在数据库中保存 卡的授权 挂失 告警 撤消挂失等行为都可在数据库中实现 卡片只要记载这些数据 采用何种类型的卡来实现门禁管理 可以根据各种卡的特点结合自己的需求自 由选择 需要考虑的因素如 读卡距离 卡的厚薄 性价比 存储空间的大小 等 而在开放系统中 如公交 地铁等系统 因为涉及范围太大 且都是移动 物体 很难实现时时联网控制 这样的系统所选的 IC 卡的登记不记名 遗失后 也无法挂失 拾到者就可以直接用储存在里面的资金 这样的系统就可以选像 Mifare 这样的储存式 IC 卡 3 3 MIFARE S50 1 概述 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 与接触式IC卡相比较 非接触式卡 具有以下优点 a 可靠性高 非接触式IC卡与读写器之间无机械接触 避免了由于接触读写而产生的各种 故障 例如 由于粗暴插卡 非卡外物插入 灰尘或油污导致接触不良等原因 造成的故障 此外 非接触式IC卡表面无裸露的芯片 无须担心芯片脱落 静电击穿 弯 曲损坏等问题 既便于卡片的印刷 又提高了卡片的使用可靠性 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 15 b 操作方便 快捷 由于非接触通讯 读写器在10cm范围内就可以对卡片操作 所以不必插拔卡 非常方便用户使用 非接触式卡使用时没有方向性 卡片可以任意方向掠过读 写器表面 即可完成 操作 这大大提高了每次使用的速度 c 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IC卡 这提高了应用的并行性 无形中提高 了系统工作速度 d 可以适合于多种应用 非接触式卡的存储器结构特点使它一卡多用 能应用于不同的系统 用户可 根据不同的应用设定不同的密码和访问条件 e 加密性能好 非接触式卡的序列号是唯一的 制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化 不可再更改 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IC卡 的合法性 同时IC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 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 由于非接触式IC卡具有以上无可拟比的优 点 所以它很适宜应用于电子钱包 公路自动收费系统和公共汽车自动售票系统 等 2 S50系统参数 S50非接触式卡符合MIFARE I的国际标准 容量为8K位 数据保存期为10年 可改写10万次 读无限次 S50卡不带电源 自带天线 内含加密控制逻辑电路 和通讯逻辑电路 卡与读写器之间的通讯采用国际通用的DES和RES保密交叉算 法 具有极高的保密性能 a 工作频率 13 56MHz b 通信速率 106KB波特率 c 防冲突 同一时间可处理多张卡 d 读写距离 在100mm内 与天线形状有关 能方便 快速地传递数据 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 16 e 在无线通讯过程中通过以下机制来保证数据完整 防冲突机制 每块有16位CRC纠错 每字节有奇偶校验位 检查位数 用编码方式来区分 1 0 或无信息 信道监测 通过协议顺序和位流分析 f 支持多卡操作 防冲突机制 同一时间内可处理多张卡 并且在处理卡片时 可防止突发的读或写或读写 中断现象 动态读写 当对某张卡片进行处理时 其它卡可进入或离开射频区域 快速防冲突协议 每增加一张卡对整个处理过程来说仅增加1ms g 材料 PVC h 尺寸 符合ISO10536标准 i 工作温度 20 至50 湿度为90 j 无电池 无线方式传递数据和能量 k 芯片加工技术 采用高速的CMOS EEPROM工艺 l 组成部分 一个芯片和一个简单的线圈 m 安全性 n 三次相互认证 ISO IEC DIS 9798 2 o 通讯过程中所有数据均加密以防止信号截取 p 每一扇区有相互独立的密码 q 每张卡的序列号是全球唯一的 有32位 r 传输密码保护 s 支持一卡多用的存储结构 8K位EEPROM 无电池 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 17 分为16个扇区支持多种应用 每个扇区包括4块 块是最小的读写单位 每块包含16个字节 每个扇区有自己的一组密码 用户可灵活地定义每一扇区的访问条件 运算能力 加和减 数据保持10年 t 典型处理时间 识别一张卡 3ms 包括复位应答和防冲突 读一个块 2 5ms 不包括认证过程 4 5ms 包括认证过程 写一个块 读控制 12ms 不包括认证过程 14ms 包括认证过程 u 典型交易过程 100ms 3 工作原理 卡片的电气部分只由一个天线和ASIC 专用集成电路 组成 没有其它外部 器件 天线 卡片的天线是只有几组绕线的线圈 很适于封装到ISO卡片中 ASIC 卡片的ASIC由一个高速 106KB波特率 的RF接口 一个控制单元和一 个8K位EEPROM组成 S50射频卡的工作原理是 读写器向S50卡发一组固定频率 的电磁波 卡片内有一个LC串联谐振电路 其频率与读写器发射的频率相同 在电磁波的激励下 LC谐振电路产生共振 从而使电容内有了电荷 在这个电 容的另一端 接有一个单向导通的电子泵 将电容内的电荷送到另一个电容内 储存 当所积累的电荷达到2V时 此电容可作为电源为其它电路提供工作电压 将卡内数据发射出去或接取读写器的数据 六 保密性 S50射频卡的保密性能很好是由于 读写前的三次确认 独一无二的卡片序列 号 传递数据加密 传输密码和访问密码的保护 卡片中的密码是受保护 不 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 18 可读的 只有知道密码的用户才能修改它 卡中EEPROM 存储区分为16个扇区 每个扇区都有自己的访问密码 用户可根据扇区的不同应用设定不同的密码 一卡多用 扇区的访问密码分为KEY A和KEY B两组不同密码 根据访问条 件 在校验KEY A和KEY B之后才可以对存储器进行访问 例如 KEY A用于保护 减操作 KEY B用于保护加操作 七 存储区 S50射频卡的8K位EEPROM分为16个扇区 每个扇区由4块组成 每块有16个字 节 存储区的分区如图 3 4 所示 图 3 4 存储分区 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 字节 和密码B 6字节 是一个特殊的块 其余三块是一般的数据块 但是 扇区0的块0是特殊的 它用于存放厂商的代码 已经固化 不可更改 被称为 块0 3 3 IC卡内部存储结构 本读写器支持 ISO14443 TYPE A 标准的 Mifare One 系列卡 Mifare One 卡 的内部存储结构分为 16 个扇区 从第 0 区到第 15 区 每个扇区有独立的密码 和权限控制字 可作为独立的电子钱包 每个扇区有 4 个块 序号为第 0 块 第 1 块 第 2 块 第 3 块 每块 16 个字节 第 3 块是卡的密码和权限控制字专 用块 禁止在此存放数据 第 0 块 第 1 块 第 2 块可随意存放数据 但第 0 区的第 0 块已被固化了 IC 卡出厂信息 此块只能读出信息 不可更改 每张卡 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 19 都有一个全球统一的 4 个字节的序列号 许多公司销售的读卡模块只有读取卡 序列号的功能 也能用于一般的考勤系统 但这类读卡模块该读写器有着本质 的不同 该读写器不仅能读序列号 而且还有服务于 IC 卡所有用途的功能 比 如选中卡 认证 读卡 写卡 改密码 休眠卡能功能 1 单片机串 UART 232 接口控制协议 硬件接口提示 图 3 5 接口 波特率参数为 19200 N 8 1 读 IC 卡号 表 3 1 读 IC 卡号 功能仅读取 IC 卡序列号 不需要 发送 帧内 容 0 xF0 命令字 例如 发送 寻不到卡时返回 寻到卡时返回 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 20 0 x08 寻不到卡 0 x09 有两张以上卡片同时在感应区 发生冲突 0 x0a 无法选择激活卡片 返回 帧内 容 不 包括帧 长度和 帧校检 码 0 x00b 卡号 0 3 卡片序列号已读取 集成读卡 表 3 2 集成读卡 功能集成读卡 可以一次性读整个区的第 0 块 第 1 块 第 2 块共 3 块的 信息 并且返回卡序列号 发送 帧内 容 0 x78 命令字 控制字 卡号序列号 0 3 4 个字节 区号 A B 密码 卡密码 0 5 5 个字节 例如 发送 寻不到卡时返回 寻到卡时返回 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 21 控制字 推荐使用方法如下 先定义以下常量 define BLOCK0 EN 0 x01 define BLOCK1 EN 0 x02 define BLOCK2 EN 0 x04 define NEEDSERIAL 0 x08 define EXTERNKEY 0 x10 举例 以下控制字含义 读块 0 块 1 块 2 仅读指定序列号的卡 需要 每次指定密码 控制字 BLOCK0 EN BLOCK1 EN BLOCK2 EN NEEDSERIAL EXTERNKEY 以下控制字含义 读块 0 块 2 可读任意卡 需要每次指定密码 控制字 BLOCK0 EN BLOCK2 EN EXTERNKEY 以下控制字含义 读块 0 块 2 可读任意卡 启用芯片内部密码 控制字 BLOCK0 EN BLOCK2 EN 卡号序列号 如果在控制字的 bit5 为 0 则 Serial 数组的内容无需 赋值 否则需要赋值以便使其寻找指定的卡号 区号指需要读出的区号 则 0 15 中的某个数 一张卡有 16 个区 各 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 22 个区有单独密码 可独立使用 A B 密码为 0 时以 B 密码来认证 为非 0 时以 A 密码来认证 刚出厂 的卡以 A 密码来认证 卡密码出厂时为 6 个 0 xFF 0 x08 寻不到卡 0 x09 有两张以上卡片同时在感应区 发生冲突 0 x0a 无法选择激活卡片 0 x0b 卡号 0 3 密码装载失败 卡片序列号已知 0 x0c 卡号 0 3 密码认证失败 卡片序列号已知 0 x01 卡号 0 3 密码认证成功 卡片序列号已知 但读取扇区内容失败 0 x02 卡号 0 3 扇区内 容 0 47 第 0 块读出 但第 1 2 块没读出 仅扇区内容前 16 个字节的数据有效 0 x03 卡号 0 3 扇区内 容 0 47 第 0 1 块读出 但第 2 块没读出 仅扇区内容前 32 个字节的数据有效 返回 帧内 容 不 包括帧 长度和 帧校检 码 0 x00 卡号 0 3 扇区内 容 0 47 第 0 1 2 块读出 扇区内容所有数据有效 集成写卡 表 3 3 集成写卡 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 23 功能集成读卡 写卡 可以一次性写整个区的第 0 块 第 1 块 第 2 块信息 发送 帧内 容 0 x69 命令字 控制字 卡号序列号 0 3 4 个字节 区号 A B 密码 卡密码 0 5 6 个字节 块 0 数据 0 15 16 个字节 块 1 数据 0 15 16 个字节 块 2 数据 0 15 16 个字节 控制字 推荐使用方法如下 先定义以下常量 define BLOCK0 EN 0 x01 define BLOCK1 EN 0 x02 define BLOCK2 EN 0 x04 define NEEDSERIAL 0 x08 define EXTERNKEY 0 x10 举例 以下控制字含义 读块 0 块 1 块 2 仅读指定序列号的卡 需要每 次指定密码 控制字 BLOCK0 EN BLOCK1 EN BLOCK2 EN NEEDSERIAL EXTERNKEY 以下控制字含义 读块 0 块 2 可读任意卡 需要每次指定密码 控制字 BLOCK0 EN BLOCK2 EN EXTERNKEY 以下控制字含义 读块 0 块 2 可读任意卡 启用芯片内部密码 控制字 BLOCK0 EN BLOCK2 EN 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 24 卡号序列号 如果在控制字的 bit5 为 0 则 Serial 数组的内容无需赋 值 否则需要赋值以便使其寻找指定的卡号 区号指需要写进的区号 则 0 15 中的某个数 一张卡有 16 个区 各个 区有单独密码 可独立使用 A B 密码为 0 时以 B 密码来认证 为非 0 时以 A 密码来认证 刚出厂的 卡以 A 密码来认证 卡密码出厂时为 6 个 0 xFF 0 x08 寻不到卡 0 x09 有两张以上卡片同时在感应区 发生冲突 0 x0a 无法选择激活卡片 0 x0b 卡号 0 3 密码装载失败 卡片序列号已知 0 x0c 卡号 0 3 密码认证失败 卡片序列号已知 0 x01 卡号 0 3 密码认证成功 卡片序列号已知 但写扇区内容失败 0 x02 卡号 0 3 第 0 块写入成功 但第 1 2 块写入失败 0 x03 卡号 0 3 第 0 1 块写入成功 但第 2 块写入失败 返回 帧内 容 不包 括帧 长度 和帧 校检 码 0 x00 卡号 0 3 第 0 1 2 块写入成功 驱动蜂鸣器响 发送 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 25 图 3 6 蜂鸣器 改扇区密码 表 3 4 改扇区密码 功能改扇区密码 在知道原密码的情况下改某一扇区的密码 发送 帧内 容 0 x3C 命令字 控制字 卡号序列号 0 3 4 个字节 区号 A B 密码 卡旧密码 0 5 6 个字节 卡新密码 0 5 6 个字节 控制字 推荐使用方法如下 先定义以下常量 define NEEDSERIAL 0 x08 举例 以下控制字含义 只改动指定序列号的卡 控制字 NEEDSERIAL 以下控制字含义 改动任何卡 控制字 0 卡号序列号 如果在控制字的 bit5 为 0 则 Serial 数组的内容无需赋 值 否则需要赋值以便使其寻找指定的卡号 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 26 区号指需要写进的区号 则 0 15 中的某个数 一张卡有 16 个区 各个 区有单独密码 可独立使用 A B 密码为 0 时以 B 密码来认证 为非 0 时以 A 密码来认证 刚出厂的 卡以 A 密码来认证 卡密码出厂时为 6 个 0 xFF 0 x08 寻不到卡 0 x09 有两张以上卡片同时在感应区 发生冲突 0 x0a 无法选择激活卡片 0 x0b 卡号 0 3 密码装载失败 卡片序列号已知 0 x0c 卡号 0 3 密码认证失败 卡片序列号已知 返回 帧内 容 不包 括帧 长度 和帧 校检 码 0 x00 卡号 0 3 改密码成功 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 27 4 数据库数据库 4 1 数据库简介 1 数据库的定义 10 严格地说 数据库是 按照数据结构来组织 存储和管理数据的仓库 在经济管理的日常工作中 常常需要把某些相关的数据放进这样的 仓库 并根据管理的需要进行相应的处理 例如 企业或事业单位的人事部门常 常要把本单位职工的基本情况 职工号 姓名 年龄 性别 籍贯 工资 简历等 存放在表中 这张表就可以看成是一个数据库 有了这个 数据仓 库 我们就可以根据需要随时查询某职工的基本情况 也可以查询工资在某 个范围内的职工人数等等 这些工作如果都能在计算机上自动进行 那我们 的人事管理就可以达到极高的水平 此外 在财务管理 仓库管理 生产管 理中也需要建立众多的这种 数据库 使其可以利用计算机实现财务 仓 库 生产的自动化管理 J Martin 给数据库下了一个比较完整的定义 数据库是存储在一起的相 关数据的集合 这些数据是结构化的 无有害的或不必要的冗余 并为多种 应用服务 数据的存储独立于使用它的程序 对数据库插入新数据 修改和 检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行 当某个系统中存在结 构上完全分开的若干个数据库时 则该系统包含一个 数据库集合 2 数据库中数据的性质 a 数据整体性 数据库是一个单位或是一个应用领域的通用数据处理系统 他存储的是属于企业和事业部门 团体和个人的有关数据的集合 数据库中 的数据是从全局观点出发建立的 他按一定的数据模型进行组织 描述和存 储 其结构基于数据间的自然联系 从而可提供一切必要的存取路径 且数 据不再针对某一应用 而是面向全组织 具有整体的结构化特征 b 数据共享性 数据库中的数据是为众多用户所共享其信息而建立的 已经 摆脱了具体程序的限制和制约 不同的用户可以按各自的用法使用数据库中 的数据 多个用户可以同时共享数据库中的数据资源 即不同的用户可以同 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 28 时存取数据库中的同一个数据 数据 共享性不仅满足了各用户对信息内容 的要求 同时也满足了各用户之间信 息通信的要求 3 数据库的分类 I IB BM M 的的 D DB B2 2 作为关系数据库领域的开拓者和领航人 IBM 在 1977 年完成了 System R 系统的原型 1980 年开始提供集成的数据库服务器 System 38 随后是 SQL DSforVSE 和 VM 其初始版本与 SystemR 研究原型 密切相关 DB2 forMVSV1 在 1983 年推出 该版本的目标是提供这一新方 案所承诺的简单性 数据不相关性和用户生产率 1988 年 DB2 for MVS 提供了强大的在线事务处理 OLTP 支持 1989 年和 1993 年分别以远程 工作单元和分布式工作单元实现了分布式数据库支持 最近推出的DB2 Universal Database 6 1 则是通用数据库的典范 是第一个具备网上功能 的多媒体关系数据库管理系统 支持包括Linux 在内的一系列平台 O Or ra ac cl le e Oracle 前身叫 SDL 由 Larry Ellison 和另两个编程人员在 1977 创 办 他们开发了自己的拳头产品 在市场上大量销售 1979 年 Oracle 公司引入了第一个商用 SQL 关系数据库管理系统 Oracle 公司是最早开发 关系数据库的厂商之一 其产品支持最广泛的操作系统平台 目前Oracle 关系数据库产品的市场占有率名列前茅 I In nf fo or rm mi ix x Informix 在 1980 年成立 目的是为 Unix 等开放操作系统提供专业的 关系型数据库产品 公司的名称 Informix 便是取自 Information 和 Unix 的结合 Informix 第一个真正支持 SQL 语言的关系数据库产品是 Informix SE StandardEngine InformixSE 是在当时的微机 Unix 环境 下主要的数据库产品 它也是第一个被移植到Linux 上的商业数据库产品 S Sy yb ba as se e Sybase 公司成立于 1984 年 公司名称 Sybase 取自 system 和 database 相结合的含义 Sybase 公司的创始人之一 Bob Epstein 是 重庆理工大学毕业论文 地下停车库门禁系统的装置设计 29 Ingres 大学版 与 System R 同时期的关系数据库模型产品 的主要设计人 员 公司的第一个关系数据库产品是1987 年 5 月推出的 Sybase SQLServer1 0 Sybase 首先提出 Client Server 数据库体系结构的思想 并率先在 Sybase SQLServer 中实现 S SQ QL L S Se er rv ve er r 1987 年 微软和 IBM 合作开发完成 OS 2 IBM 在其销售的 OS 2 ExtendedEdition 系统中绑定了 OS 2Database Manager 而微软产品线中 尚缺少数据库产品 为此 微软将目光投向Sybase 同 Sybase 签订了合 作协议 使用 Sybase 的技术开发基于 OS 2 平台的关系型数据库 1989 年 微软发布了 SQL Server 1 0 版 P Po os st tg gr re eS SQ QL L PostgreSQL 是一种特性非常齐全的自由软件的对象 关系性数据库