停车场发卡器与IC卡读写器的设计开发

    随着科技和中国经济的高速发展，人民生活水平不断提高，城市汽车增长迅猛，停车场成为人们生活中必不可少的一部分。非接触式IC卡停车场管理系统以图像处理技术、射频卡技术和计算机技术为核心，加上精密的控制设备，实现了停车场的收费现代化管理，具有方便灵活、准确安全的特点。该文主要介绍非接触式IC卡停车场中发卡器与IC卡读写器的设计和开发。

1 MIFARE1非接触式IC卡 

    MIFARE1非接触式IC卡的核心,是Philips公司的MIFARE1 IC S50(-01，-02，-03，-04)系列微模块(微晶片)。它所具有的独特的MIFARE RF(射频)非接触式接口标准已被定为国际标准：IS0／IEc14443 TYPEA标准。该卡片上有8 kb EEPROM存储容量，并划分为16个扇区，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个不同的系统中，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，非常适合于各种收费场合。文中所介绍的发卡器与IC卡读写器所使用的卡就采用MIFARE1卡。 

2 停车场管理系统的基本模块

    非接触式IC卡停车场管理系统最基本的功能是车辆进出放行和费用核算管理，基本模块介绍如下： 

    1)PC机中心管理系统它是整个停车场管理的控制核心，由计算机、发卡器、通讯线路和管理软件等组成，主要完成发卡、费用统计与结算、接收与发送控制信号等功能。发卡器完成2种卡的发行：一是对用户卡进行发行登记、收费充值、财务报表记录等；二是对配置卡进行发行登记、配制信息填写等。
    2)用户IC卡作为信息载体，记录车主标识、消费余额、系统特征等，完成每次停车费用扣减及重复充值功能。
    3)IC卡读写器通过读取配置卡，更改Ic卡读写器中的配制信息和权限信息；通过校验方式完成读写用户IC卡、记录并向计算机传输数据、控制道闸等功能。
    4)电子开关 由自动挡车道闸、数字式地面车辆检测器、防砸车检测系统组成，完成接收控制信号、开启道闸、车通过后落下道闸等功能。

3 发卡器与IC卡读写器的设计 

3．1 配置卡与用户卡简介 

    配置卡由停车场管理中心拥有 。它主要用来对停车场中各个IC卡读写器设备进行配制，例如信息调制、权限和数据更改等。当需要更改IC卡读写器的内部数据时，首先通过发卡器把要更改的数据信息和配制信息写入配置卡，然后将配置卡贴近各个IC卡读写器，刷卡1次，就完成了数据的更改。

    用户卡由用户拥有。在发卡时，管理中心将车主信息、消费余额等写入此卡，并决定该卡的使用范围和权限。在停车场人口，车主将用户卡在IC卡读写器前刷一下，IC卡读写器对卡中的信息进行密码校验并判 断该卡是否有权限进入此系统。当校验通过时，系统确认有效后撤除路障，开启自动道闸，允许其通行，并将卡的信息传送到管理中心进行存储。在出口，车主将用户卡在IC卡读写器前刷一下，IC卡读写器从卡中扣减相应金额，系统确认有效完成后撤除路障，开启自动道闸，允许其出闸。

3．2 发卡器与IC卡读写器的基本工作流程图 

发卡器与卡片之间采用一对一通信方式，发卡程序流程见图1(a)，图1(b)。读卡过程是一个很复杂的程序执行过程，要执行一系列的操作指令，调用多个函数，包括装载密码、验证密码、鉴别卡、读卡等。这一系列操作必须按固定的顺序进行l_5j。读卡程序设计流程图见图1(C)。

      
 (a)发卡器配制配置卡                        (b)发卡器配制用户卡

(c)I c卡读写器读写配置卡与用户卡

图1  发卡器与Ic卡读写器的流程图3．3  IC卡读写器的硬件图

    图2所示为IC卡读写器的硬件连接图。系统所使用的硬件主要由2部分组成：PIC16F876单片机与芯片MF RC500组成。该系统采用PIC16F876单片机为控制核心，主要完成数据采集、处理、存储及控制系统工作的功能，通过RB El与MF RC500的数据总线相连，可实现与非接触式IC卡数据的无线传输。RC7、RC6用来连接RS232，最终与计算机相连。RK3作为MF RC500的片选端，低电平有效。RK5、RC0分别控制MF RC500的读写，RA4接收来自非接触式IC卡的中断请求并执行中断程序。该系统的工作频率为13．56 MHz，由石英晶体振荡器产生，用于给MF RC500提供时钟信号，同时也驱动天线基频载波信号。MFRC500是与非接触式IC卡实现无线通信的核心模块，也是IC卡读写器读写非接触式IC卡的关键接口芯片。它根据寄存器的设定对发送缓冲区中的数据进行调制，得到发送的信号，通过由TX1、TX2脚驱动的天线以电磁波的形式发出去，非接触式IC卡采用RF场的负载调制进行响应。MF1卡放在距离射频天线100mm内，天线拾取非接触式IC卡的响应信号，经过天线匹配电路送到RX脚，MF RC500内部接收缓冲器对信号进行检测和解调，并根据寄存器的设定进行处理。处理后的数据发送到并行接口由单片机读取。

图2 硬件电路图

3．4 IC卡读写器的软件编程

    程序采用标准C语言编制，以PCW C Compiler IDE编译器为开发环境，以下是部分程序源代码以及子函数说明。该程序代码在PIC16F876单片机上测试通过。程序将RF场适时的开启与关闭，大大降低了MCU与RF场的功耗，同时减少了在读卡过程中MF RC500对MCU的干扰。


4 结语 

    采用MF RC500设计的硬件电路，不仅适用于停车场，也适用于基于ISO／IEC 14443A标准并且要求低成本、高性能以及单电源的非接触式通信的其他应用场合。如公共交通终端、非接触式公用电话、小区管理系统等。依照实际用户的需要，此发卡器与IC卡读写器还可以开发更多的功能，适用性非常强。 

基金项目：鲁润京九石化监控系统(105—642081)．
作者简介：刘莹(1981-)，女，武汉理工大学信息工程学硕士生．E—mail：liuying921054@126．com

参考文献
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