[硕士论文精品]小区“一卡通”门禁控制系统的研究与设计

武汉理丁大学硕士学位论文摘要非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴技术，它是射频IY,男3J技术和IC卡技术相结合的产物。由于非接触式IC卡具有操作快捷、抗干扰性强、。C作距离远、安全性离、便于“一卡多用”等特点，在门禁控制、自动收费、身份识别等领域具有接触式IC卡所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。目前，非接触式IC卡已J“泛应用于小区建设中，成为小区一通智能化管理的重要组成部分。发卡器是小区“一卡通”门禁控制系统的重要组成部分之一，通过发卡器向小区用户发放进出入各种门禁的小区用户卡。而发卡嚣的功耗和抗干扰性能是评价发卡器重要指标之一，本文在对发卡器的设计中，从功耗和抗干扰性能上作了。蝗改进。本论文首先对非接触式IC卡进行了概述，对目前国际上其有代表性的两大非接触式IC卡技术LEGIC技术和MIFARE技术进行了对LT紧接着熏点介绍RPHILIPS公司的MIFARE技术，对MIFARE卡的内部结构、功能组成、存储结构以及M1FARE非接触式IC卡的读写组件MFRC500进行了全丽的阐述；随后介绍_R小区“卡通”门禁控制系统的基本模块及功能。并在此基础上，论文重点阐述了小区“一卡通”门禁控制系统中发卡器配制的配置卡与用户卡的功能，给出了发卡器的部分硬件电路圈，并给出了PC机与发卡器通信的通信协议和发卡器配制两种卡的工作流程图。该发卡器选用抗干扰能力强的PICL6F876单片机，结合软件方面适时的开启和关闭RF场，使蕤个发卡器具有功耗低、抗干扰能力强等特点。对于上位机软件的设计，本论文采用DELPHI作为小区“一膏通”门禁控制系统的界面开发平台，重点介绍了VACOMM串口通信程序的设计，包括接明通信协议和程序流程图以及串口收发模块的部分程序。VACOMM是一种新型绿色控件，可移植性非常好，能安全、可靠、稳定并快捷的对串口通信进行控制本论文最后以登录系统界面为例，介绍了DLEL曲I连接后台数据库ACCESS的方法，以及ACCESS数据库的优点。在本文的最后，给出了发卡器配制配置卡和用户卡的部分程序源代码。关键词智能化小区，一卡通，门禁控制系统IL武汉理I大学硕J学位论文ABSTRACTCONTACTLESSICCARDISONEKINDOFNEWTECHNOLOGYINTHEFIELDOFICCARD，WHICHISTHECOMBINATIONOFRFTECHNOLOGYANDICCARDTECHNOLOGYBECAUSECONTACTLESSICCARDHASSOMEADVANTAGESOVERCOMMONICCARDSUCHASITSHIGLLWORKINGSPEED，GOODANTICOLLSIONQUALITY,LONGWORKINGDISTANCE，THEREWILLBEAGOODPROSPECTFORITINMANYFIELDSSUCHASINTELLIGENTACCESSCONTROL，AUTOMATICPRICING，IDENTITYDISTINGUISHING，ANDSOONATPRESENT，CONTACTLESSICCARDHASBEENWIDELYUSEDININTELLIGENTRESIDENTZONECONSTRUCTION，ANDPLAYSANIMPORTANTROLEINTHEALLPURPOSECARDINTELLIGENTADMINISTRATIONOFINTELLIGENTRESIDENTZONECARDSENDERISANIMPORTANTPARTINALLPURPOSECARDINTELLIGENTACCESSCONTROLSYSTEMOFINTELLIGENTRESIDENTZONEUSERCARDSUSEDBYRESIDENTSTOACCESSSOMEPLACEARESENDEDBYCARDSENDERPOWERCONSUMPTIONANDANTIJAMMINGAREONEOFTHEIMPORTANTGUIDELINESTHECARDSENDERINTHISPAPERUSEDSOMEMEASURETOREDUCETHEPOWERCONSUMPTIONANDIMPROVETHEANTIJAMMINGATFIRSTTHISPAPERGENERALLYINTRODUCESTHECONTACTLESSICCARD，ANDGIVESTHECOMPAREOFLEGICTECHNOLOGYANDMIFARETECHNOLOGY，WHICHARETHEREPRESENTATIVETECHNOLOGIESOFCONTACTLESSICCARDTECHNOLOGYATPRESENTAFTERTHATTHEMIFARETECHNOLOGYDEVELOPEDBYPHILIPSSEMICONDUCTORSISINUODUCEDINDETAILTHEPAPERGIVESEMPHASISTOTHEINTRODUETIONOFMIFARECONTACTLESSICCARDSINNERSTRUCTURE。FUNCTIONCONSTITUTION，MEMORYSTRUCTUREANDTHEREADWRITECOMPONENT，MFRC500THENITDESCRIBESTHEBASICMODULESANDTHEIRFUNCTIONSINTHEALLPURPOSECARDINTELLIGENTADMINISTRATIONOFINTELLIGENTRESIDENTZONEBASEDONTHESE，THEPAPERINTRODUCESTHEFUNCTIONSOFCONFIGURATIONCARDANDUSERCARDINDETAIL，PARTIALHARDWARECIRCUITDIAGRAM，COMMUNICATIONPROTOCOLSBETWEENPCANDCARDSENDER,MADTHEFLOWCHARTOFTHECARDSENDERAREDEPICTEDTHISDESIGNUSESPICL6F876，FORITHASGOODRELIABILITYWITHTIMELYOPENINGANDCLOSINGRFINTHESOFTWAREPROGRAM，THECARDSENDERHASMANYGOODFEATURES，SUCHASRELIABILITY,LOWPOWERCONSUMPTIONANDETCTOTHEDESIGNOFTHEPROGRAMOFPC，THISPAPERUSESDELPHIASTHEINTERFACEEXPLOITINGILL武汉理。R大学硕卜学位论文PLATFORM，ANDINTRODUCESTHEDESIGNOFVACOMMSERIALINTERFACECOMMUNICATION，INCLUDINGTHECOMMUNICATIONPROTOCOLS，FLOWCHARTANDPARTIALPROGRAMSOFSERIALINTERFACESRECEIVINGANDTRANSMITTINGMODULESVACOMMISANEWPATTEMCOMPONENT，CALLBETRANSPLANTEDWELL，ANDCANCONTROLSERIALINTERFACECOMMUNICATIONSAFELY，RELIABLYANDQUICKLYATLAST，WITHTHELOGININTERFACEASTHEEXAMPLE，THEPAPERINTRODUCESTHEMETHODOFDELPHISLINKINGACCESSDATABASEANDTHEMERITOFACCESSDATABASEASACONSEQUENCE，THEREAREPARTIALPROGRAMCODESOFCARDSENDERCONFECTINGCONFIGURATIONCARDANDUSERCARD，ANDHARDWAREDESIGNCIRCUITDIAGRAMOFCARDSENDEROFTHEPAPERKEYWORDSINTELLIGENTRESIDENTZONE，ALLPURPOSECARD，INTELLIGENTACCESSCONTROSY7STEM独创性声明本人声明，J母里交的论文楚本人在导P雨指导下进行酌研究工作及取得的研究成聚。尽我所知，除了文巾特粼加以栝注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成聚，也不包含为获得斌汉理工大学域其宅教裔机榴的学位或证书而使用过的材料。与我一同1捧的嘲志对本研究所傲的铙俺赏献均已在论文中乍了甥确的说明势表示了掰意。美予论文使甩授极的说明本人完全了解武汉理工大学有关像霉、使捌学位论文既勰定，即学授奄摄像留、送交论文的复印侔，允诲论文被查阕和鹰阕；学校可以公布论文豹全部或部分内饔，IIJ以采甩影印、缡姆戴其他复制手段保存论文。保密的论文在解蟹藤废遵守此规定签名II蒸导师签名琢翔窑鲢羔塑武汉理R大学硕士学位论文第1章绪论11课题研究的背景及意义随着21世纪计算机网络带来的信息革命，近年来人们将现代高科技和信息技术引入智能化住宅小区，人们认为小区的智能化最终体现在于小区内独谚家庭中运用多元信息技术达到监控与信息交互的程度或能力。最近国家建没部住宅产业化办公室提出了关于住宅小区智能化的基本概念“即住宅小区智能化是利用4C计算机、通讯与网络、自控、1C忙技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅D,IK的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务和管理提供安全舒适的家居环境。”当前中国JF面临住宅建筑的高峰期，而且这高峰期又发生在IT技术LI速发展的世纪之交。中国的数字社区、智能小区的建设发展规模和速度是世晃其它任何国家和地区都无可比拟的。中国无疑即将成为、也必将成为世界的数字社区建设、网络住宅建设的领跑者。建设数字社区和智能小区的关键是建设小区的信息平台和控制管理两大平台，而最能反映小区智能化集成度的是运行在小区控制管理平台之上的小区“一卡通”【11。一卡通系统是目前智能化社区的一种先进型，科学性，集成化，综合化程度高的设施，为人流、物流的有效管理提供了设备保障口I。随着人类文明的发展和科技的进步，各种各样的卡借阅卡、储蓄卡、购物卡、工作卡等在人类的生活中扮演着越来越重要的角色，可以说方便了人们的生活。但是随着卡的层出不穷，在一定程度上，它又变成了累赘，所以说“卡通”是发展趋势。所谓小区“一卡通”，是指把智能卡作为信息的载体和进出某个系统的“通行证”，居民的信息和其他资料都存放于此卡中，此卡J对各个系统均适用。在使用之前，物业管理部门根据居民的申请，利用发卡器给居民发卡，决定该卡的使用范围和权限。在小区“一蕾通”中，非接触式IC卡又将在此之中发挥它极其重要的作用M。非接触式LC卡技术是近几年发展起来的一种新技术，它成功地将射频识别武汉理_大学硕学位论文技术和LC卡技术结合起来，将具有微处理器及大容量存储器的集成电路芯片和天线封装于塑料基片中。外形与普通信用卡基本相同，信息被卡中的集成电路进行存储和处理，卡中存储器分多个分区，呵以做到一卡多用，而且其有很强的安全保密性，读写器采用兆频段和磁感应技术，通过无线方式对卡中的信息进行读写，并采用高速率的半双E通信协议。随着此项技术的不断繁荣和发展，原先局限于金融、商业、通信等领域的智能卡应用逐渐向智能小区延伸。目莳，非接触式IC乍已广泛应用于小区建设中，成为小区智能化的一个重要组成部分。接触式卡由于卡和读写器要接触就势必会有损耗，因此对于门禁控制系统的应用而言，非接触式IC卡技术是首选。现在非接触式IC卡更容易兼容不同的格式和不同的功能。非接触式IC卡的局限之一是需要获得足够的能量去运行内嵌的IC芯片，因为IC芯片越复杂就需要越多的能量。非接触式IC卡能提供几乎所有接触式卡的功能。生物辨识技术要求能得到有效用户的数据库，以及他们的生物辨识样板或注册数据，并发送到读卡器L进行比较鉴别。相比之卜非接触式IC卡则提供了一种用来携带数据的方式即有效的创建了个虚拟网络，因为用户可以携带着数据到任何需要的地方。“一鼻通”门禁控制系统的出现不但使监控非法闯入者的功能得以实现，而且还为钥匙J这个名词引入了新的概念，即它不再仅仅是钥匙，早期看起来比较简单的机械式门禁控制系统现在已发展为像电脑一样的卡了，非接触式IC卡给门禁行业带来了重要的功能，对门禁行业意义重大。它们可以存储大量数据，可读也可更新，可以提供高级加密和密码来保护存储的数据，还可咀通过计算程序提供处理能力。当然门禁控制系统有可能出现新的规范将E物辨识和门禁权限数据存储在卡里并加密，这样就只有本地的读卡器才可以使用该数据。生物辨识将用来解读卡罩的数据并获得通行许可。读卡器必须通过某种方法与授权数据库连接并可根据需要更新卡罩的信息F4|。12本课纛相关螗研究进晨及瑾状门禁控制管理系统是新型现代化安全管理系统，集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械部、机要室、办公间、停车场智能化小区、工厂等。在数字技术、网络技术飞速发展的今天，门禁控制技术武汉理工大学硕士学位论文也得到了迅猛的发展。门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理，它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统，在小区门禁控制管理等管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础E增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制，物业消防监控、保安巡检管理、餐饮收费管理等，真正耍现区域内一1卡通智能管理【5】。接触式LC卡系统相对于以往传统的接触式系统如LC卡，磁卡，条码卡，TM等系统具有更多的优点1通过这套系统，可以实现对人员权限的明确界定。无论是内部人员或外部人员，都可以通过设置，对其权限进行清楚地界定，以方便管理。2在特定的范围内可以自由进出或进行消费等活动，并对人员的交易等情况进行记录，以备查询。这样极大地解除了人员管理的压力，并可以在提高安全度的情况下达到节约人力的效果。对于考勤，卡证制作、电子巡更、就餐、停车场管理等功能，只需一张非接触式IC卡就能非常方便地解决，因此不必再受卡太多的困扰，也不必因接触式卡的极易损坏而烦恼。3高效、集成、智能化是现代化管理的客观需求，它可以提高JF作效率、降低运行成本。但是，智能忧管理系统在其设计和操作过程中的复杂性阻碍了系统集成的进程。为了解决这一矛盾，推广具有人工智能的“一卡通”系统在智能化管理中的应用，是噩待解决的一个课题。4高效、集成、智能化同样也是现代管理的重要内容和发展标志，“卡通”系统有助于解决其中的若干难题，实现小区中各子系统之间的联系，实现内部各子系统之问的信息交换、统一管理和联动控制。现在的非接触式IC卡系统燕合趋势有两个方向。第个是整合背景运算系统，在这方面，用户可以使用许多应用功能，而且整合在一超的系统会提供适当的信息和数据。另种整合形式是在用户的许可证上。在一张卡罩整合多重技术给予用户多种使用功能，然而这些系统是独立于背景运算系统的所以用户必须为每种应用分别注册。未来也许会将更多的系统整合在一起，也许不会再限制在设施的围墙内。例如，使用进入设旌的卡可以和汽车及家中车库的卡兼容。非接触式卡也可以用来存储私人医生记录，驾驶执照，信用卡信息，还有计算机密码，非现金交易，公共交通和电话费预付系统等等。武汉壤工大学硕十学位论文13本文的主要研究内容本课题来源于深圳市会安通电子有限公司关于小区“一卡通”门禁擦制系统的研究下作。该项目要完成的总体目标就是要对小区进行智能化控制和管理，通过发卡器配制不同卡型，通过一卡通系统控制整个小区的门禁管理，将门禁系统的现状和用户进，出入门的相关信息送入小区管理中心软件进行信息存储、备份和控制，达到对小区进行智能控制和管理的功能。在项目进行中，作者独立完成了发卡器的设计和开发。包括底层固件的编程，调试，原理设计，以及上位机中心管理软件通信程序界面的设计和丌发。而对于门禁控制系统的门禁控制器的设计和开发未参I孑。本文的篇章结构为第章为引言，简要介绍了本论文选题的背景和意义，综述了小区“一卡通”门禁控制系统的国内外研究现状，以及本人的研究工作。第二章为MIFAREL非接触式IC卡的概述，大体介绍了MIFAREL卡的内部结构和功能组成，存储结构，与读写器的通讯过程以及非接触式IC卡的国际标准。第三章为MFRC500的介绍。包括MFRC500的特性，应用，内部结构，与CPU的接口连接以及天线设计等方面的内容。第四章为串行通信接口的介绍。包括RS一232C的总线标准接口，电气特性，电平转换，与计算机的连接图以及RS485的标准等方丽的内容。第五章简要介绍了小区“一卡通”门禁控制系统的模块组成以及各部分的功能。详细论述了发卡器的设计和开发，包括PC机与发卡器之间配制配置卡与用户卡的通信协议，硬件电路以及工作流程圈等，并讲述了降低发长器功耗的措施。第六章对上位机中心管理软件的接口通信程序设计做了详细的论述。包括接口所用控件VACOMM，接口通信协议，接口工作流程以及连接ACCESS数据库的步骤和方法。第七章对全文的总结，在此研究的基础上针对不足之处给出了展望，提出了改进的方法，并对下一步工作做了简要规划。4武汉理丁大学硕十学位论文第2章MIFAREI菲揍麓式IC卡小区“一卡通”门禁控制系统利用了计算机技术、通讯与网络技术、自控技术以及IC卡技术。本章就着重对IC卡技术进行介绍，包括MIFAREL非接触式LC卡内部结构和功能的组成，存储结构以及与读写器通汛等相关内容，并介绍了非接触式IC卡的国际标准。21IC卡简介211IC卡的分类IC卡按卡与外界数据传送的形式不同【61，分为接触式IC号和非接触式IC。接触式IC卡通过8个触点从读写器获取能量和交换数据，非接触式IC卡通过射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以非接触式IC卡又叫射频卡。接触式LC卡的读写操作速度较慢，在公交、考勤等需要频繁读写卡的场合很不方便，而且IC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IC卡是根据电磁感应原理产生的，它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用非常方便、快捷，不易损坏。O接触式IC翱剧七较，非接触式IC卡具有以下优点F7I1可靠性高。卡与读写器之问无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。例如由J二孝H暴插卡、非卡外物插入、灰尘、油污导致接触不良等原因造成的故障；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2操作方便、快捷。由于非接触通讯，读写器在LCM10CM范围内就町以对卡片进行操作，所以不必像IC卡那样进行插拔工作；非接触式IC卡使用时没有方向性，卡片可以任意方向掠过读写器表面，可大大提高每次使用的速度；3防止冲突。非接触式LC卡中有防冲突机制，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IC卡，提高了应用的弗行性，无形中提高了系统工作速度；4叫以适应于多种应用。非接触式IC卡的存储器结构特点使它一卡多用武汉理上人学硕士学位论文可应用于不同的系统，用户可以根据不同的戍用设定不同的密码和访问条件；5加密性能好。非接触式IC卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出，一前已将此序列号固化，不可再更改。它与IC卡读写器之间采用双向验证机制和三次相互确认，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件，而且具有传递数据加密，传输密码和访问密码保护【8J。基于以一二优点，非接触式IC卡在公交、门禁、校鼠、企事业人事管理等充面有广泛的应用。目前我国引进的非接触式IC乍主要有PHILIPS公司的MIFARE,FNATMEL公司的TEMIC卡。而PHILIPS公司的MIFARE卡现在是市场的主流产品，应用越来越广。其典型型号为M1FAREL50，它有1K字节EEPROM用于存放数据，分成16个区，每个区都有自己的密码，完善的安全机制使之具有一卡多用的特性。MIFARE卡是一种智能卡SMARTCARD，内建有中央微处理机MCU和ASIC等，使卡能在安全保密性、认证逻辑、算术运算等微操作控制中有序进行。目前国际上具有代表性的两大非接触式1C卡技术是LEGIC技术和MIFARE技术。LEGIC技术是由瑞士KABA公司提供的非接触式IC卡读写技术，MIFARE技术是由PHILIPS公司提供的非接触式JC常读写技术。这两种技术都采用1356MHZ的近距离非接触式LC卡通讯频率标准，其读写速度和读写距离是相同的，在通讯安全上均采用符合IS09798国际标准的3次互感校验技术，以对卡和读写设备的合法性进行相互校验；在数据通讯上均采用DSA算法对通讯数据进行加密，以确保卡上的数据不被非法的修改。但是这两种技术也有很多不同点，现将这两种技术的不同点比较如下1MIFARE采用密码读写控制方式，即读写设备的监控程序要掌握相应的系统密码才能对IC卡内的数据进行不同操作如读、写、增值、减值等。LEGIC采用授权读写控制方式，即读写设备必须先获得“设备授权卡”的授权后彳能读写本系统的IC卡，而卡的初始化又必须经过上级授权卡的授权，并且只可以在专用的授权设备上进行。2MIFARE读写模块与监控计算机之间采用符合单片机外部总线标准的并行标准，读写过程可由监控程序逐步控制。LEGIC模块与监控计算机之间采用串行通讯方式，读写进程由模块自动完成。3在防冲突功能上，MIFARE允许多卡同时进入读写范围，再由读写设备武汉理R大学顽学位论文逐一处理。LEGIC采用同时间内只能读写一张卡的防冲突模式。22MIFAREI卡介绍221MIIGARLGL卡结构及功I童组成MIFAREL非接触式LC卡的核心F9，”1是PHILIPS公司的MIFARELIC5001，一02，03，04系列微模块微晶片。它所具有的独特的MIFARERF射频非接触式接口标准已被定为国际标准ISOIEC14443TYPEA标准。目前许多较大的IC卡卡片制造商的非接触式卡制造均以MIFARE技术为标准。该昔片上有8KBEEPROM存储容量，并划分为16,扇区，每个扇区划分为4个数据存储块。各扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。因此一张卡可以同时运用在16个，1_同的系统中，且可以根据每个系统的实际情况决定各区的密码及数据形式。卡片上还内建有增值、减值的专项的数学运算电路J。文中所介绍的发卡器与LC卡读卡器所使用的卡就采用MIFAREL。MIFAREL卡中I”1包含一块ASIC微晶片和。个高频天线，其基本工作原理是读写器中的MIFARE基站向MIFARE卡发一组固定频率13。56MHZ的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与基站发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，使F片内具有电荷，当所积累的电荷达到2V时，卡片中芯片将卡内数据发射出去或接收基站对卡片的操作。MIFAREL的框图如图21所示，整个卡片包含了两个部分RF射频接1电路和数字电路部分L”I。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，它可以将IC卡读写器上的1356MHZ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，然后对其进行整流滤波，由电压调节模块对电压进行进步的处理，包括稳压等，最终将输出电压供给卡片上的各个电路。POR模块主要是对卡片上的各个电路进行POWERONRESET上电复位，使各电路同步启动工作。数字电路部分LJ4T”J主要包括请求应答模块、防重叠功能模块、选择模块、认证及存取控制模块、控制及算术运算单元、RAM瓜OM单元、数据加密单元、存储器及其接口电路I“L。武汉理L一人学硕士学位论文图21MIFARELIC50的组成框图1请求应答模块ANSWERTOREQUEST当一张MIFAREL卡片处在卡片读写器的天线工作范围之内时，读写器向卡片发出REQUESTALL或REQUESTSTD命令后，请求应答模块将启动，将仁片BLOCK0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请求应答工作，读写器对卡片的其他操作READWRITE等将不会进行。卡片的类型TAGTYPE号拭2个字节，可能为0004H。2防重叠功能模块ANTICOLLISION如果有多张MIFAREL卡片处在IC读写器天线的一作范围之内时，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，取得每一张卡片的序列号。由于MIFAREL卡片每一张都具有其唯一的序列号，绝不会相同，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ANTICOLLISION防重叠功能配合号片上的防重叠功能模块，由程序员来控制读写器，根据专片的序列号来选定张卡片。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防重叠功能模块启动工作时，卡片读写器将得到卡片的序武汉理“R夫学硕十学位论文列号SERIALNUMBER。序列号SERIALNUMBER存储在卡片的BLOCKO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SERIALNUMBER的校验字节。序列号SERIALNUMBER中实际有用的4个字节，可能为007EOA42H。3选择模块SELECTAPPLICATION主要用于卡片的选择，当卡片与读写器完成了卜述的两个步骤，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JF地被选中。被选中的卡片将卡片上存储在BLOCK0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避步的操作了。例如，可以进行密码校验等等。读写嚣收到的“SIZE”字节可能为88H。4认证及存取控制模块AUTHENTICATIONACCESSCONTR01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三级认证，如果匹配，则允许进一步的READ、确TE操作”1。MIFAREL卡片上有16个扇区，每个扇区都可分别设置各自的密码，互不千涉。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“通”形式来应用。5控制及算术运算单元CONTROLARITHMETICUNIT这单元是攘个卡片的控制中心，是卡J中内建的中央微处理机MCU单元，是卡片的“头脑”。它主要进行对楚个卡片的各个单元进行微操作控制，协调卡片操作的各个步骤；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。6RAMROM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中，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，则出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读写器进行数据通信。武汉理人学硕士学位论文7数据加密单元CRYPTOUNIT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存储器及其接口电路EEPROMINTERFACEEEPROMMEMORY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。222MIFAREL卡存健结构MIFAREL卡片中的存储单元容量为8196BIT1KBYTE，分为16个扇区，每个扇区有64B，由4块块0、块L、块2、块3组成，我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为O63每块有16B。存储结构如图22所示。块0数据块0扇区0块L数据块1块2数据块2块3密码A存取控制密码13控制块3块0数据块4扇区1块1数据块5块2数据块6块3密码A存取控制密码；控制块7块0数据块60扇区15块1数据块61块2数据块62块3密码A存墩控制密码B控制块63图22MIFAREL存储结构每个扇区的块0T”】、块L、块2为数据块，可用于存储数据。数据块可作两种应用一是用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。二是用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。在数据块中，除了第0扇区的块0即O武汉理R大学硕士学位论文绝对地址0块外，其他数据块均可用于存储数据。第0扇区的块0，它用R存放厂商代码已经固化，不可更改。每个扇区的块3为控制块，包括了该扇区的密码A6字节、存取控制4字节、密码B6字节。具体结构如下LAOALA2A3A4A5FF078069BOBLB2B3B4B5INIIJ密码A6字节存取控制4字节密码B6字节每个扇区有两组密码即密码A、密码B，且各扇区的密码都是独晓的，可以根据实际需要设定各自的密码。存取控制为4个字节，共32位，并且与密码一样，每个扇区的存取控制也是独立的。扇区中的每个块包括数据块和控制块的存取条件是由密码和存取控制共同决定的。对于扇区中的每块，包括数据块、控制块，在该扇区的存取控制中都有相应的三个控制位来与之对应，定义如卜块0C10C20C30块1C1LC21C31块2C12C22C32块3C13C23C33各块的三个控制位以正和反两种形式存储于存取控制字节中，它们决定了该块的访问权限如进行减值操作必须验证KEYA，进行加值操作必须验证KEYB，等等。三个控制位在存取控制字节中其中字节9为备用字节的位置如表21所示，表中B表示取反。表21控制位分布BIT76543210字J06C23BC22BC21BC20BC13BC12BCLLBCJ0B字节7C13C12C11CLOC33BC32BC31BC30B字节8C33C32C3LC30C23C22C2LC20字节9对于数据块和控制块，各个控制块的不同组合代表的控制含义不一样。表22是数据块块0、L、2的存取控制，表23是控制块的存取控制KEYAIB表示密码A或密码B，NEVER表示任何条件下不能实现。武汉理T大学硕士学位论文表22数据块控制位组合定义存取控制位密码A存取控制密码BC13C23C33READWRITEREADWRITEREADWRITEO00NEVERKEYALBKEYALBNEVERGEYALBKEYAL8O10NEVERNEVERKEYABNEVERKEYAIBNEVER100NEVERKEYBKEYAIBNEVERNEVERKEYBL10NEVERNEVERKEYALBNEVERNEVERNEVER00LNEVERKEYAFBKEYAFBKEYALBKEYA|BKEYABOLLNEVERKEYBKEYABKOYBNEVETKEYB1OLNEVERNEVERKEYA；BKEYBNEVERNEVERJLLNEVERNEVERKEYA【BNEVERNEVERNEVER表23存取控制位组台定义数据块控制位访问条件对数据块0、1、2CLXC2XC3XREADWRITEINEREMELLLDECREMENT，TRANSFERRESTOFE000KEYABKEYALBKEYA|BKEYAJBOL0KEYAI8NEVERNEVERNEVER100KEYAIBKEYBNEVERNEVORL10KEYALBKEYBKEYBKEYAB00LKEYABNEVERNEVETKEYAH0LLKEYBKEYBNEVETNEVER10LKEYBNEVERNEVETNEVERLI1NEVERNEVERNEVERNEVER当块0的存取控制位C10C20C30100时，验证密码A或密码B正确后”才可以对该块进行读操作。验证密码B正确后才可以写；不能进行加值、减值等操作。当块3的存取控制位C13C23C33L0ON，对于密码A而言，不能够读出，但验证密码A或密码B芷确后，可写更改。对于存取控制而言，验证密码A或密码B正确后，可读，但是不能够对存取控制位进行写操作。对于密码B而言，武汉理【大学硕士学位论文彳I能够读出，但验证密码B正确后，可写。如果事先不知道卡片上的密码，则由于密码的变化极其复杂，因此仅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。因此卡片的使用者，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错误。但是卡片上的其他扇区可以照样使用。以上叙述己充分说明了“MIFAREL的高度安全性、保密性，以及卡片的应用场合多样性，一卡多用一卡通M2”。223BLLFAREL卡与读写的翌讯MIFAREI卡与读写器的通讯连接如图23所示。1复位应答ANSWERTOREQUESTMIFAREL非接触式IC卡的口21通讯协议和通讯波特率是定义好的。当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为MIFAREL非接触式IC卡，即验证卡片的卡型。复位应答操作将通知MFRC500在天线的有效工作范围距离内寻找MIFARE卡片。如果有M1FARE卡片存在，这一操作将分别与MIFARE卡片进行武汉理_L人学硕士学位论文通信，读取MIFARE卡片上的卡片类型号TAGTYPE两个字悔，由MFRC500传递给MCU，进行识别处理。程序员可以根据TAGTYPE来区别卡片的不同类型。2防冲突机FLJANTIC01LISIONLOOP当有多张卡进入读写器天线感应范围时，防冲突机制将启动，会从多张中选择一张卡进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。非接触式LC卡系统为了实现防冲突机制，采用位结构防冲突循环来解决冲突问题，并专门设计了防冲突指令。标准指令结构包括了7个字节长度的数据，分为两部分读写器传输给IC卡的数据为第一部分，包括一个字节的操作码SEL，一个字节的有效位个数NVB和卡序列号UID，第一部分数据最小长度为16位，最大长度为55位。IC卡返回给读写器的数据为第部分，是非接触式IC卡返回的卡序列号，如图24所示。STANDARDFRAME，SPLITAFTER4LHCOMPLETEDATABYTESELNVBUID0UIDLJUID2UID3BCC9314013210IABCD44广杪ANTIEOLTISIONFRAMEPART1PCDTOPICC、十ARLTJCOISIONFRAME。PART2PICCTOPCD二。O、嘲瞅一面110巫1010亚110面11001砸10商01000101I图24比特防冲突帧的位组织与传送3选择卡片SELECTTA91在成功执行防冲突操作之后，或在任何时候当程序员想实际地与已知序列号的卡片进行通信时，必须执行选择卡片操作，以建立与所选卡片的通信，同时返回该卡片的SIZE字节。选择卡片即是选择被选中的卡的序列号，并同时返列卡的容量代码。4三次互相确认F3PASSAUTHENTICATION武汉理大学硕士学位论文为了保证对卡片操作的合法性，在对卡片进行操作之前必须在卡片和读写器之间进行认证操作。选定要处理的矗片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验。在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯在选择另一扇区时，需进行另一扇区密码校验尸L。5对数据块的操作对数据块的操作有如下几种方式读READ读一个块写WRITE写个块ILLINCREMENT对数值块进行加值减DECREMEM对数值块进行减值；存储RESTORE将块中的内容存到数据寄存器中传输TRANSFER将数据寄存器中的内容写入块中中止HALT将卡置于暂停工作状态。在经过上述几个步骤之后就可以具体地对卡片进行相应的读、写、增值、减值、存储和传送等操作。23非接麓式IC卡匿纛标准根据非接触式IC卡操作时与读写器发射表面距离的不同，定义RI种譬及其相应的读写器I，如表24所示。表24非接触式IC卡、读写器及其对应的国际标准LC卡读写器国际标准读写距离CICCCCDISO，IEC10536紧靠PLCCPCDISOIEC14443草案64FS。然后，在TRL时间内产生相位为MO的副载波在此期测相位不变，TRI80FS宙载波的初始相位定义为逻辑“1”，所以，第次相位转变表示从逻辑“L”转变到逻辑“0”。233ISOIEC2RIDCD144433韧始化椭冲突本部分描述以F内容PICC进NPCD场的转换过程POLLING；在PCD与PICC之间进行通信的初始化阶段所用的字节格式、帧和时序初始化REQ和ATQ命令和应答的内容；在多张卡中检出L张卡并与之通信的方法；在PCD和PICC之间进行初始化通信的其他参数；基于应用规范，加速从多张卡中选出1张卡的可选方法；本节标题中的2NDCD指的是委员会草案第2版。一、登记POLLING为了捡出进入PCD能量场的PICC，PCD重复发出请求命令REQAREQB并查寻应答ATQAATQB，这一过程称为“POLLING”。REQA和REQB分别为采用TYPEA年LJTYPEB规范的PCD所发出的请求信号。二、FYPEA初始化和防冲突I”1本节描述应用于TYPEA的PICC“比特冲突”检测协议。1位、字节与帧的格式本节描述TYPEAPICC在通信初始化和防冲突阶段的字节、帧和命令的格式和时序。1同步应答的时序PCD发送的最后一个间隙PAUSE结束与PICC发送的起始位的第一个调制边之间的时间应遵守相应的规定。该时序在下述命令应答中的应用REQA命令应答WKEUP命令应答ANTICOLLISLON命令应答武汉理F大学硕十学位论文SELECT命令应答其他命令的时序要稍做修改，将1236FC修改为N12884FC，1172FC修改为N12820FC，其中N8。修改后的时序在下述命令应答中的应用HAIJ命令应答在未来的ISOFLECL4443TYPEA中定义的所有命令应答对。2请求REQA保护时间相邻两个REQA命令的起始位之间的最小时间定义为请求傈护时间，其值为7000FC。3帧保护时间FGT相反方向传送的两帧，其最后一位的上升边与下一帧的起始位下降边之I目J的最小时间定义为帧保护时间。4帧格式定义于比特冲突检测狲议【L】REQA帧和WAKEUP这两帧应用于初始化通信，包含以下内容，如图25所示通信起始位S7位数据，低位先发送，REQA的命令代码是“26”，WAKEUP的命令代码为“52”。通信结束位E。无奇偶校验位。LSBMSBSO11OO10E图25REQA帧【2】标准帧用于数据交换，其组成为通信起始位S；N8个数据位奇校验位，其中蛇L。数据字节的最低位LSB先发送每一数据字节后有一奇数校验位通信结束位E。5面向比特的防冲突帧20武汉理上人学硕士学位论文当至少有两个PICC发出不同的比特样本位串到PCD时，就能检测到冲突，在这种情况下，至少有一位的载波在整个位宽度内都被副载波调制。面向位的防冲突帧只用在比特帧防冲突循环时，标准帧由7个数据字宵组成，被分成两部分，第L部分从PCD发送至RPICC，第2部分由PICC发送至IJPCD，并提出下列规则规则1数据位的总数为56位。规则2第L部分的最小长度是16个数据位。规则3第L部分的最大长度是55个数据位。因此，第2部分的最小长度是1个数据位，最大长度为40个数据位。由于这两部分可在任意位置上分开，因此，有两种情况情况1，完整字节在一个完整的数据字节之后分开，在第L部分的最后一个数据位之后有一个校验位。情况2，分开的字节在_个数据字节内分开，在第L部分的最后一个数据位之后不加校验位。2PICC的状态1POWEROFF断电状态PICC由于缺少载波能量而处于断电状态，也不发射副载波。2IDLE休闲状态电磁场激活后延迟TORA时间，PICC进入IDLE状态，在这一状态，PICCJJN电，同时能够对己被调制的信号解调，并认识来自PCD的REQA年IWAKEUP命令。3READY就绪状态当接收到一个有效的REQA或WAKEUP命令，就进入了READY状态，在这一状态中，可采用比特帧防冲突或其他可供选择的防冲突方法。当PICC的UID唯一标识符被PCD发来的SELECTION命令选中时，就退出本状态。4ACTIVE激活状态肖PICC的UID被PCD选中时就进入本状态。在激活状态，完成本次应用所爰求的全部操作。ID每张卡都有一标识符ID，在同一应用中的所有卡的ID应该是各不相同的，称之为“唯一标识符UID”。5HALT停止状态武汉理工人学硕士学位论文26为PICCTYPEA状态图。WAKEUP命令防冲突循环应用3命令集PCD管理进入其能量场的多张昔的命令如卜REOAWAKEUPANTLCOLISIONSELECTHALT1REQA命令和W八KEUP命令这两条命令都是使卡进入READY状态，其差别是REQA命令从IDLE进入READY状态，而WAKEUP从HALT进入READY状态，其命令格式见下表25。表25REQA和WAKEUP命令格式B7B6B5B4B3B2B】说明0L001LO26REQA10L0OLO52WAKEUP0LLO1O】35可选的时隙方法另一种防冲突机制LO0X“40”到“4F”专用1LL1“78”到“7F”专用所有其他RFU武汉理工大学硕士学位论文当PICC接收ILREQA命令或WAKEUP命令后，在PCD能量场范围内的所有PICC同步发出ATQA应答，ATQA的长度为2个字节。REQA和WAKEUP命令代码见下表26。表26REQA和WAKEUP命令代码B16B15B14B13B12BLLB10B9B8B7196B5B4B3B2BLRFUUID比特帧人小RFU比特帧防冲突B8，B7表示UID比特帧的大小。U1D的长度不是固定的，可以由1，2或3部分组成，其位分别为OOULD大小为1、01UID大小为2或LOULD大小为3。B5BL中有1位仅有L位置成1，表示采用的是比特帧防冲突方式。所有RFU位均置成0。UID的大小及结构定义见表27和28。表27UID的大小ATQA的BSB7UID大小晟人级联CLUID的字节数001L40L227103310表28UID结构定义UID大小1UID大小2UID大小3ULDCLUIDOCTCTUIDCLLUIDLUIDIULDLUID2UID2UID2UTD3ULD3UID3BCCBCCBCCULD3CTUIDCL2ULD4UID3UID5ULD4UID6UID5BCCBCCULD6UIDCL3ULD7UID8ULD9BCC武汉理I大学硕士学位论文PCD接收ATQA应答，PICC进入READY状态，执行防冲突循环操作。表中的CT为级联标志，其编码为88。2ANTLCOLLSL0N命令和SELECT命令这两条命令用于防冲突循环，命令组成