ic卡公交收費(fèi)機(jī)設(shè)計(jì)(二)

1、IC卡公交收費(fèi)機(jī)設(shè)計(jì)（二）——MIFARE 1卡硬件接口電路設(shè)計(jì),電子與信息工程學(xué)院,課 程 目 標(biāo),MIFARE 1卡接口電路分析 MIFARE 1卡請(qǐng)求應(yīng)答與防沖突功能調(diào)試,項(xiàng)目開(kāi)發(fā)——IC卡公交收費(fèi)系統(tǒng),系統(tǒng)需求分析：具備小額電子錢(qián)包功能，定額方式收費(fèi)操作方便快捷工作距離<50cm具備顯示余額、異常報(bào)警（非法卡或余額不足）可將當(dāng)班收款額上傳總站數(shù)據(jù)庫(kù)公交公司可調(diào)整定額額度卡遺失可掛失抗干擾能力強(qiáng),項(xiàng)目

2、實(shí)現(xiàn)之第二步——硬件實(shí)現(xiàn),MCU,MIFARE卡讀寫(xiě)模塊,EEPROM存儲(chǔ)器,RS232接口,顯示,報(bào)警,,,,,,,天線(xiàn),卡,Mifare 1非接觸式IC卡,基本性能指標(biāo)：卡內(nèi)器件： 無(wú)線(xiàn)智能卡芯片Mifare MF1 IC S50 +天線(xiàn)線(xiàn)圈標(biāo)準(zhǔn)： 遵從ISO/IEC 14443 Type A 標(biāo)準(zhǔn)工作頻率： 13.56MHz數(shù)據(jù)傳送速率： 106kbit/s （9.4μs/bit）,Mifare卡與讀寫(xiě)

3、器之間的信號(hào),,Mifare卡的信號(hào)調(diào)制方式,,Type A與Type B調(diào)制程度的比較,TYPE A：100%ASK,,TYPE B：10%ASK,從讀寫(xiě)器到卡的調(diào)制與編碼,載波:fc=13.56MHz數(shù)據(jù)傳輸速率：13.56MHz/128=106kbit/s（9.4μs/bit）調(diào)制方式：TYPE A用100%ASK， TYPE B用10%ASK， 編碼方式：TYPE A用改進(jìn)的MILLER編碼， TYPE B用NRZ編碼

4、（不歸零制數(shù)位編碼）,從卡到讀寫(xiě)器的調(diào)制與編碼,副載波:fc/16 =847.5kHz 數(shù)據(jù)傳輸速率：106kbit/s調(diào)制方式：副載波調(diào)制編碼方式：TYPE A用MANCHESTER-ASK， TYPE B用BPSK-NRZ(二進(jìn)制相移鍵控?cái)?shù)位編碼),非接觸式IC卡系統(tǒng)構(gòu)成,非接觸式IC卡：數(shù)據(jù)載體，應(yīng)答器非接觸式IC卡讀寫(xiě)器：卡接口設(shè)備，閱讀器，尋呼器,,非接觸式IC卡的基本構(gòu)成,非接觸式IC 卡：芯片+天線(xiàn)+卡基,,,,非

5、接觸式IC卡系統(tǒng)構(gòu)成,非接觸式IC卡：數(shù)據(jù)載體，應(yīng)答器非接觸式IC卡讀寫(xiě)器：卡接口設(shè)備，閱讀器，尋呼器,,非接觸式IC卡與讀寫(xiě)器接口電路,,（1）讀寫(xiě)器發(fā)射激勵(lì)信號(hào)（一組固定頻率的電磁波），數(shù)字信息調(diào)制在該射頻信號(hào)上。（2）IC卡進(jìn)入讀寫(xiě)器工作區(qū)內(nèi)，被讀寫(xiě)器信號(hào)激勵(lì)。在電磁波的激勵(lì)下，卡內(nèi)的LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可以作為電源為其他電路提供工作電壓，供卡內(nèi)集成電路工作所需。（諧

6、振、整流、濾波、穩(wěn)壓）。（3）同時(shí)卡內(nèi)的電路對(duì)接收到的諧振信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原數(shù)字信息，對(duì)信息進(jìn)行分析處理，判斷發(fā)自讀寫(xiě)器的命令，如需在EEPROM中寫(xiě)入或修改內(nèi)容，還需將2V電壓提升到15V左右，以滿(mǎn)足寫(xiě)入EEPROM的電壓要求。（4）IC卡對(duì)讀寫(xiě)器的命令進(jìn)行處理后，發(fā)射應(yīng)答信息（將應(yīng)答信息調(diào)制到射頻信號(hào)上）給讀寫(xiě)器。（5）讀寫(xiě)器接收IC卡的射頻信號(hào)并進(jìn)行解調(diào)還原出應(yīng)答信息。,Mifare 核心讀寫(xiě)模塊MCM,功能：讀寫(xiě)器MCU與

7、MIFARE卡之間的接口，負(fù)責(zé)讀寫(xiě)卡，其基本功能包括產(chǎn)生發(fā)送/接收射頻信號(hào)、調(diào)制/解調(diào)、防沖突處理和安全管理。工作頻率：13.56MHz。通信速率：106Kbps 工作距離：MCM200——25mm，MCM500——100mm防沖突：真正的防沖突功能。安全性與可靠性：每個(gè)扇區(qū)設(shè)有3套密碼及其認(rèn)證和密碼存儲(chǔ)器 ，模塊與卡片通信時(shí)，數(shù)據(jù)加密 ，多種通信校驗(yàn)機(jī)制接口：標(biāo)準(zhǔn)MIFARE并行接口,MCM與MCU接口電路,,直接用數(shù)據(jù)總

8、線(xiàn)傳送地址和數(shù)據(jù)：MODE、USEALE接高電平，ALE對(duì)接；A0~A3懸空P3.3驅(qū)動(dòng)-CS，即P3.3為低時(shí)選中（激活）MCM200模塊MCM200的-IRQ接P3.2；可用查詢(xún)或中斷方式接收MCM發(fā)送的數(shù)據(jù),初始化與防沖突 （AntiCollion）,如果有2張或2張以上的IC卡進(jìn)入讀寫(xiě)器的工作范圍，稱(chēng)之為沖突（或碰撞Collion），此時(shí)就需要解決如何對(duì)多張IC卡逐一處理的問(wèn)題——防沖突 AntiCollion。防沖突方案

9、： 位幀防沖突（Bit AntiCollision） 動(dòng)態(tài)時(shí)隙-ALOHA法（Slotted-ALOHA法）,AntiCollision 防沖突,如果有多于一張的Mifare 1卡處在MCM天線(xiàn)的有效工作范圍（距離）內(nèi)，則發(fā)生了沖突。AntiCollision操作使MCM能在多張Mifare 1卡中選擇某一張卡。 AntiCollision操作由一個(gè)AntiCollision Loop（防沖突循環(huán)，內(nèi)部處理）來(lái)實(shí)

10、現(xiàn)。設(shè)置STACON寄存器中的AC位啟動(dòng)AntiCollision循環(huán)。MCM發(fā)送AntiCollision命令（93H+20H），每張?zhí)炀€(xiàn)范圍內(nèi)的MIFARE 1卡接收AntiCollision命令后，都將回送自己的SN作為應(yīng)答。由于每張卡的SN各不相同，MCM接收到的信息（即SN）至少有1位即是0又是1（即該位的前、后半部都有負(fù)載波調(diào)制），防沖突循環(huán)找到第1個(gè)沖突位將其置1（排除該位為0的卡），然后查第2個(gè)，依次排除，最后不再有

11、沖突的SN即為最后讀取的SN。,MIFARE 1卡防沖突特性,利用每張卡全球唯一的SN實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制樹(shù)狀搜索防沖突算法。例：SN1：420A7E00SN2：420A7E01SN3：421A7E01,,,沖突1選擇SN2、SN3,沖突2選擇SN3,,POWER OFF狀態(tài),IDLE狀態(tài),READY狀態(tài),ACTIVE狀態(tài),HALT狀態(tài),,,,,RESET,REQUEST 命令,,,,ANTICOLLISION命令啟動(dòng)防沖突循環(huán)讀

12、取卡回送的UID（SN）,HALT命令,SELECT UID命令,,,,應(yīng)用：AUTENTICATION/READ/WRITE/INC/DEC命令,,,,WAKE UP 命令,MIFARE 卡防沖突流程,MIFARE 1卡特點(diǎn)：支持多卡同時(shí)操作,卡芯片與讀寫(xiě)芯片中都內(nèi)嵌防沖突模塊，可實(shí)現(xiàn)真正的（硬件）防沖突，可高速識(shí)別天線(xiàn)范圍內(nèi)的多張卡，適應(yīng)多人同時(shí)刷卡。,Select Tag 選擇卡片操作,Select Tag操作將選中AntiC

13、ollision操作所讀取的SN對(duì)應(yīng)的卡，使該卡進(jìn)入激活狀態(tài)，只有該卡才能進(jìn)行后續(xù)的認(rèn)證及訪(fǎng)問(wèn)操作。 MCM發(fā)送Select命令（93H+70H+SN及校驗(yàn)碼）卡接收該命令后將MCM發(fā)送的SN與自己的序列號(hào)比較，若一致則該卡被激活（ACTIVE），其他卡則仍留在READY狀態(tài)。被選擇（激活）的卡將回送其容量（SIZE）字節(jié)作為應(yīng)答。,防沖突測(cè)試 （1）分別讀出并記錄二張MIFARE 1卡（分別記為1#卡、2#卡）的序列號(hào)，及其

14、扇區(qū)0塊1的內(nèi)容，記錄在報(bào)告上。 （2）將二張MIFARE 1卡同時(shí)放置在讀寫(xiě)器天線(xiàn)有效工作范圍內(nèi)，在RFDEMO軟件中執(zhí)行讀操作，根據(jù)讀出的SN找出被選中的卡（例如為1#卡）。 （3）在RFDEMO軟件中執(zhí)行寫(xiě)操作，修改扇區(qū)0塊1的內(nèi)容并將數(shù)據(jù)記錄在報(bào)告上。 （4）將被選中的卡撤離讀寫(xiě)器天線(xiàn)有效工作范圍，讀出另一張卡（例如2#卡）的扇區(qū)0塊1的內(nèi)容，并將數(shù)據(jù)記錄在報(bào)告上。 （5）取走（4）中的卡，重新讀出并記錄

15、被選中的卡的扇區(qū)0塊1的數(shù)據(jù)，并記錄在報(bào)告上。 （6）比較上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明MIFARE1卡是否具備防沖突功能。,小結(jié)：MIFARE 1卡特點(diǎn),真正的防沖突： 卡芯片與讀寫(xiě)芯片中都內(nèi)嵌防沖突模塊，可實(shí)現(xiàn)真正的（硬件）防沖突，可高速識(shí)別天線(xiàn)范圍內(nèi)的多張卡。,進(jìn)階項(xiàng)目,將2張以上的MIFARE1卡置入天線(xiàn)工作范圍內(nèi)，運(yùn)行程序，該程序是否能實(shí)現(xiàn)防沖突功能？設(shè)卡的扇區(qū)1塊0用于存儲(chǔ)公交預(yù)付金額（存儲(chǔ)格式自擬），請(qǐng)修改程序以實(shí)現(xiàn)公交收費(fèi)。