非接触式IC范文

非接触式IC范文（精选8篇）

非接触式IC 第1篇

随着射频技术和IC卡技术的不断更新, 非接触式IC卡得到了快速发展。它把射频技术和IC卡技术成功的结合, 使IC卡无需接触, 只要靠近读卡器天线上方发射区就可完成IC卡的读写操作。非接触式IC卡具有可靠性高、自动分辨能力强、操作方便、快捷、加密性能好等特点, 因此被广泛应用于各个领域。

2 设计工作原理

本文设计的是基于Silicon公司微控器C8051F340控制Philips公司MFRC531读卡芯片的非接触式IC读卡器, 适用于支持ISO14443A&B协议的所有非接触式卡。MFRC531通过发射天线发送13.56MH的射频信号, 非接触卡进入天线发射区产生感应电流, 从而被激活;非接触卡通过卡内置天线将自身信息发射出去;系统接收天线接收到从非接触卡发送来的载波信号, 经MFRC531芯片调制解调后送到微处理器C8051F340进行相关处理, 经USB接口与PC通信。反之, PC上的操作命令通过USB接口传送到微控制器C8051F340, 经相关处理后将命令送到MFRC531, 再经天线将命令发出。

3 系统硬件电路

3.1 主控器芯片C8051F340

C8051F340是一款集成了高速USB FLASH和混合信号的片上系统型MCU。该器件使用Silicon Labs的专利CIP-51高速微控制器内核, 与MCS-51指令集完全兼容。该控制器具有很多优点:

(1) USB控制器:符合USB规范2.0版, 支持全速 (12Mbps) 或低速 (1.5Mbps) 两种工作方式, 内部集成了钟恢复电路, 支持8个端点, 1KB USB缓存。

(2) 高速8051微控制器内核:流水线指令结构, 70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期, 有48MIPS和25MIPS两种版本, 扩展的中断系统。

(3) 数字外设:40/25个端口I/O;均耐5V电压, 大灌电流, 4个通用16位计数器/定时器, 16位可编程计数器/定时器阵列 (PCA) , 有5个捕捉/比较模块, 外部存储器接口 (EMIF) 。

(4) 精确校准的12MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器。

(5) 多达64KB的片内FLASH存储器、多达4352字节片内RAM (256+4KB) 。

读卡器利用USB与PC机通信, PC机上的应用软件来控制单片机实现读写非接触式IC卡的功能, 且通过USB接口供电。

3.2 射频读写芯片MFRC531

MFRC531是一款由Philips公司开发的应用于13.56MHz非接触式智能卡读写芯片。该芯片运用了许多先进的射频和IC卡技术, 功能更加强大, 操作更加简单、快捷, 主要有如下特性:

非接触通信模式最高支持到424KHz。

引脚可同时兼容MFRC530、MFRC500和SLRC40。

可以完美兼容MIFARE Classic协议。

并行微处理器自带中断请求线和内部地址锁存功能。

支持IS014443A&B。

本设计MFRC531与单片机C8051F340之间采用8位并行独立读/写的接口进行数据交换、采用复用地址总线的方式, 这样可以大大提高对非接触卡的处理速度, 且可以提高对各个端口的利用率。

通过单片机发送过来的控制命令实现ISO14443A&B协议的所有操作。

3.3 天线

本设计通过芯片MFRC531的调制功能, 将已有的数据命令调制成要发送的13.56MHz信号, 再由TX1, TX2引脚将电磁波的形式发出去;射频卡从电磁波中得到信号和能量, 将响应信息发射出去;读卡器的天线获得的射频卡响应信号, 并送到芯片的RX引脚;MFRC531对此信号解调、处理后将数据发送到并行接口由主控芯片C8051F340读取。

4 结论

实验证明, 该设计合理, 通过USB与PC通信及取电及其方便, MFRC531采用8位并行接口与微控制器C8051F340通信具有较高的传输速率, 经调试出的天线读写非接触卡的距离可达10cm等特点, 可以满足多种自动识别及智能充值系统, 应用及其广泛。

摘要：本设计基于Silicon公司的混合信号微控制器C8051F340, 控制Philips公司的高集成度读卡器芯片MFRC531, 设计实现了遵循ISO/IEC 14443A&B协议的读卡器模块。介绍了系统组成, 控制器C8051F340通过USB接口与PC进行通信, 并描述了射频读卡芯片MFRC531和相应天线及其匹配电路的设计。

关键词：非接触式,读卡器,MFRC531,C8051F340,USB

参考文献

[1]邓伟, 刘暾东, 郑中杰.基于MFRC522射频模块在门禁系统中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用, 2012 (12) :38-41.

[2]严雄武, 梁楚樵.MIFARE非接触式IC卡读卡器的设计构架研究[N].武汉理工大学学报, 2004 (12) :89-91.

非接触式IC 第2篇

技术报告

目 录

一、系统简述

二、加油系统功能

三、主要技术指标

3.1 加油机 3.2 GPRS DTU

四、主要创新点

五、推广应用前景

一、系统简述

路由器防火墙GPRS基站信息中心服务器加油站集线器集线器集线器电脑电脑电脑路队加油机加油机加油机

集线器与中心通过无线VPN连接。加油时将员工卡插入加油机中进行加油，加油交易临时存储在加油机中，每隔一段时间，集线器自动向中心服务器进行一次呼叫，建立连接后将加油交易传到中心服务器的数据库中。各路队通过接入内网的计算机对加油记录进行查询。

二、加油系统功能

1.加油机功能

加油站由加油装置、DPOS装置和集线器组成。主要组件应能符合如下的功能需求：

（1）卡机联动功能 IC卡加油机是凭IC卡加油的加油机，不插IC卡不能加油。（2）信息验证功能

DPOS装置可以读取公交员工卡中存储的加油授权信息并做以下判断： A.卡片是否是油机能够识别的卡片？ B.卡片是否灰卡？ C.卡片是否在黑名单中？

D.卡片所允许油品代码是否与当前油品相符？ E.允许加油次数是否不限制或大于0？ F.允许加油数量是否大于0？

如果不能通过检测，应给予相应提示；如果能通过检测，则显示“允许加油公升数”和“允许加油次数”并等待用户加油。

（3）自动结算功能

IC卡加油机在加油过程中自动计算金额，自动从IC卡中扣除。（4）防透支功能。

IC卡储油量以升为单位，加油卡上余额不足所需油料时，加油机拒绝启泵加油。加油至IC卡上规定的最少油量时，加油机自动停机写卡。

（5）防误操作功能。

在加油过程中拔卡，加油机将自动停机并提示插回IC卡。如不插回卡，此卡则被锁住。加油过程中，加油机键盘操作无效。

（6）定时传送功能

加油过程中，IC卡加油机将卡号、车号、加油量、加油金额、卡内余额等加油交易记录保存在加油机中，并且将这些数据定时通过集线器传送到中心服务器上。

（7）自动脱机功能。

当集线器与中心的通讯出现故障时，IC卡加油机能自动脱机，并能独立进行加油作业，保存数据，待通讯恢复正常后，继续回到联机工作状态。

（8）自动接收中心下发的信息的功能

集线器自动检测是否有来自中心的油站基本信息、油品油价信息、黑白名单更新信息、卡片密钥信息，一旦收到则将其转发到油机中。

（9）加油累计数读取功能。

通过加油站管理机可随时读取加油机的加油累计数。（10）单价修改功能。

可通过加油站管理机修改油品单价。（11）提示功能。

IC卡加油机任一步操作，在显示窗口上均有中文提示。（12）断电保护功能。

IC卡加油机内均装有充电电池，停电时充电电池对数据存储器芯片提供维持电流，使加油机内的加油交易记录数据不会丢失。

2.中心管理功能

中心服务器拥有一个公司VPN网络内的固定IP地址。在服务器中，由数据传输处理模块和接口模块构成成为后台管理系统。实现将上传数据传递到特定数据库中和把需要下发的信息发送到站点油机的功能。

（1）自动接收数据功能

通讯模块不断检测通讯端口，一旦发现有交易数据上传，则将其保存在后台管理系统数据库中。

（2）下发数据功能

每当有油站基本信息、油品油价信息、黑白名单更新信息、卡片密钥信息等信息需要下发时，将数据提交给后台管理系统，由后台管理系统将数据打包，通过通讯端口下传到集线器中，并由集线器下载到油机中。

（3）数据查询功能

中心服务器安装有B/S结构的加油数据查询软件，通过任何一台接入内网的计算机，均可对加油交易明细数据等各种数据进行查询。

三、主要技术指标

3.1 加油机

加油机

1.加油机应具备以下基本性能：(1)可靠工作温度范围：-20℃～+55℃。(2)可靠工作相对湿度范围：20%～90%。(3)电源适应范围：单相220VAC(30% 50/60Hz)。(4)抗电强度符合GB4943-1995中5.3的规定。

(5)防爆性能：符合GB/T9081-1998《机动车燃油加油机》中防爆性能的要求。

3.2 GPRS DUT

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。

GPRS是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。

本系统所采用的H7118 GPRS DTU（Data Termination Unit）有如下性能：使用RS232/422/485接口，高性能、工业级，外置式，适用于使用环境恶劣的各种工业监控、交通管理、水文、气象、煤矿安全监控等应用。1.H7118 GPRS DTU特点：

(1)透明数据传输：H7118 GPRS DTU直接提供RS-232/422/485接口，为用户的数据设备提供透明传输通道。

(2)无需后台计算机支持：普通GPRS Modem通常需要附着在PC机上虚拟拨号上网，利用PC机的资源进行数据收发和协议转换，H7118 GPRS DTU内置自动网络连接和协议处理模块，无需后台计算机支持。(3)点对点、点对多点、对等、实时数据传输：H7118 GPRS DTU可以实现点～点、点～多点、中心～多点的对等数据传输，传输时延一般小于1秒。

(4)永远在线：H7118 GPRS DTU一开机就能自动附着到GPRS网络上，并与您的数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据。(5)按流量计费：H7118 GPRS DTU一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，不收费用。

(6)高速传输：GPRS网络的传输速度最快将达到160Kbps，速率的高低取决于移动运营商的网络设置，根据中国移动的网络情况，目前可提供20～40Kbps的稳定数据传输。

(7)组网简单、迅速、灵活：H7000移动数据通信系统可以不依赖于运营商交换中心的数据接口设备，通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络。2.H7118 GPRS DTU主要功能(1)基本功能 ：

A.使用方便、灵活、可靠 B.支持双频GSM/GPRS C.符合ETSI GSM Phase 2+标准 D.数据终端永远在线 E.实时时钟

F.支持A5/1&A5/5加密算法(2)增强功能 ：

A.透明数据传输与协议转换 B.支持多数据中心 C.支持点对点、点对多点、中心对多点对等数据传输 D.短消息数据备用通道(选项)E.STK卡特殊功能配置

F.支持RS-232/422/485或以太网接口 G.支持音频接口，方便维护操作 H.系统配置和维护接口

I.通过Xmodem协议进行软件升级

J.支持图形界面远程配置与维护(由数据中心集中管理)K.支持空中软件升级(选项)L.自诊断与告警输出

M.抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求 N.极好的低温和高温工作性能(-30～+70ºC)(3)支持虚拟数据专用网 3.H7118 GPRS DTU技术指标(1)音频 ：

A.支持通话或紧急呼叫

B.支持全速率，增强全速率和半速率 C.支持回声抑制和噪声消除功能(选项)D.支持双音多频(DTMF)(2)GPRS数据： A.GPRS Class 2CS4 C.符合SMG31bis技术规范(3)接口 ：

A.天线接口：50Ω/MMCX 阴头 B.SIM卡：3V/5V C.串行数据接口：TTL电平RS-232(DCE)RS-422/485 D.串行数据接口速率：300到115,200 bits/s E.配置接口：RS-232 F.话音接口：耳机和麦克风 G.告警输出接口：电平输出(4)供电 ：

A.电压：+7.5～+26VDC(可定制+5VDC)B.功耗：最大工作电流：450mA@+5VDC 空闲时：25mA@+5VDC(5)其他参数：

A.尺寸：83.5x47x17.5(不包括天线和安装件)B.重量：120g C.工作环境温度：-30～+70ºC D.储存温度：-40～+85ºC E.相对湿度：95%(无凝结)

四、主要创新点

（一）采用卡机联动方式，使用公交ＩＣ卡作为加油卡。

本项目开发的专用加油机DPOS装置，采用非接触式ＩＣ卡读写技术，实现加油机卡机联动加油方式。该DPOS可接受济南公交公司已经发放的ＩＣ卡（非接触逻辑加密卡）作为加油卡，以保持与济南公交公司现有系统的兼容性。

（二）加油流程的改变

将现行加油流程（路单作为载体，油站加油员加油并记录加油量，每月进行汇总的方式）改变为公交员工卡为载体，从调度机上获得加油指令后，到加油站进行自助加油，加油数据实时传送到信息平台，可以及时数据汇总和分析的方式。

（三）GPRS数据传输模式

课题组根据济南公交在各路队设加油站，油机较少、油品单一的实际情况，开发基于无线传输技术（ＧＰＲＳ）的数据传输控制器，数据传输控制器安装在加油点的营业室，可实时自动采集加油机的加油交易数据并上传到总公司信息平台，还可以定时接收管理中心需要下发的黑名单卡、油枪油品等控制信息下载到加油机DPOS中。

（四）公交IC卡的二次开发

针对刷卡加油的应用，课题组对公交员工卡重新进行了扇区设计，确定三个扇区为物资系统及自助加油系统使用，设计了独立的读写密钥，并与现有消费系统相兼容。

五、推广应用前景

油料支出是公交公司最大的成本支出，油料管理是保证前方运营的根本因素之一。我公司目前所采用传统的人工加油方式，具有加油效率低、空驶里程大、人员占用多、管理不方便、工作效率低下、现金找零困难、伪造油票等缺点。随着车辆、线路的逐步增加，加油点必须不断增建，流程和管理上的矛盾变得日益突出，因此需要运用先进的科学技术，优化加油流程，提高工作效率，降低人工成本，提升管理水平，建立一套基于信息化技术的油料管理系统。

油量管理加油系统的实施，改变了传统流程。实现了加油站的自动化，方便加油管理，加快加油速度，提高工作效率和油站效益；并且电脑化账务管理，记账准确及时，减少了因现金交易而带来的诸多不便。以前加油流程是填写领料单、出油、核对油票，一切流程都需要人工来完成，而现在使用IC卡到各加油站加油，加油的一切信息都显示在软件后台，大大减低了人力投入和效率的提高。此系统缩短了加油结算时间，财务人员可及时统计出公交车辆耗油情况，管理人员可以随时查看油料信息，这些信息并为管理人员提供管理决策。通过计算机管理网络系统，管理者可随时掌握加油站各种油品的收、发、存、售等信息。实现了实用性强、安全性好、系统保密性高的原则。

非接触式IC 第3篇

随着全球城市轨道交通的快速发展, AFC系统设备中自动售票设备对车票发售模块的需求也不断增加, 对该模块技术规格的要求也不断提高[1]。近年来国内轨道交通进入了快速发展阶段, 特别是北京、上海、广州、南京等地。由于目前国内应用的地铁售票机多为国外技术, 故成本特别高, 近些年来国家也开始加大了自主研发力度。

本文主要根据某市地铁设计的要求, 自主设计了一款新型的薄卡发卡装置, 其中票箱的升降机构是较为关键的一项技术。在国内现用的发票机构中, 多数为滚珠丝杠结构。但滚珠丝杠结构承载能力比较低, 在运转过程中噪声比较大, 而且其加工成本很高, 不利于产品设计的最优原则[1]。鉴于此, 本文设计了一款弹簧式的升降机构, 利用弹簧的张紧力, 来控制票箱的升降。这种纯机械式的结构大大降低了机构的成本。由于这种结构对弹簧的要求比较高, 需要精确的计算与验算。

1 机构的总体设计思路

根据设计的需要, 设计了一款新型的TVM, 其票箱升降机构如图1。车票发送升降机构利用弹簧张紧的方式拉动升降机构的托板, 将票箱内的车票压紧到刮卡机构底板上, 供刮卡机构刮票[2]。

从图1中可以看出, 弹簧一端固定在机构底座上, 另一端勾住票箱托板, 随着票箱内票的递减, 托盘在弹簧拉力的作用下往上提升。

本设计的难点在于如何有效确定弹簧的工作载荷, 如果工作载荷过小则弹簧拉力不够而导致弹簧不能有效工作, 相反如果工作载荷过大则弹簧会顶死票卡, 刮刀无法挂出车票, 出现卡票现象。故本文设计了图2弹簧设计的系统框图, 能够有效地避免卡票和弹簧不工作现象。

2 电机及皮带的选型

在该机构中设计了两个票的传输通道, 如图3所示, 共需2个刮票电机和3个传输电机共5个电机。

根据出票速度技术要求 (即≤1s/张) , 出票每个过程可按如下分配:

1) 挂票卡, 处理时间0.2 s (票卡从刮卡器到主通道入口) ;

2) 控制票卡运动到读写区, 处理时间0.2 s;

3) 读写票卡, 处理时间0.3 s;

4) 送出票卡, 处理时间0.2 s (票卡从读写位置到出票口) 。

测量所设计机构长度知, A通道的刮票行程、传输行程、出卡行程分别为SB1=75 mm, SB2=291.240 6 mm, SB3=155.5 mm。根据设计时间TB1=0.2 s, TB2=0.3 s, TB3=0.1 s, 由公式V=S/T计算得VB1=375 mm/s, VB2=970.802 mm/s, VB3=1 555 mm/s。

结合扭矩需要, 选定刮票电机1为TG-401B-AU-14-CKA (转速303 r/min, 力矩0.392 N·m) , 传输电机1为TG-99DA-CKA (不带减速器, 使用皮带轮减速, 减速后转速1 650 r/min, 力矩0.12 N·m) , 传输电机2为TG-401 B-AU-4-CKA (转速1 074 r/min, 力矩0.117 6 N·m) 。

由此可得, A通道所需时间为TB=0.87 s。由于A通道行程比B短, 故而直接选定刮票电机2为TG-401B-AU-14-CKA, 传输电机3为TG-401B-AU-4-CKA, 同理计算得TA=0.77 s。A, B通道均满足要求。

传动机构的工作环境要求:1) 小功率传动;2) 要求传动速度快、精确, 与卡票接触时能有足够摩擦力;3) 噪声小, 要能够承受适当的温度变化。据此刮票机构部分选择了霓达公司的G30-LBU无缝环状皮带。对于传动部分, 由于其对两轴要求严格同步, 故而用同步带传动。

3 弹簧参数的设计

机械弹簧可分为三类:

1) 受变负荷作用次数在106次以上的弹簧;

2) 受变负荷作用次数在103~105次及冲击负荷的弹簧;

3) 受变负荷作用次数在103以下的弹簧[3]。

本设计中每个票箱储票量为1 000张, 故而属于第三类弹簧。由于本机构中弹簧所要承受的应力是对票的拉应力, 故而选择常用的圆柱螺旋拉伸弹簧。

3.1 根据机构特性选定弹簧参数

根据之前设计知, 刮票电机的力矩为0.392 N·m, 且皮带的传动比为1, 故可算得图4中轴上传动轮所受力矩为0.392 N·m。由理论力学相关知识可得无缝环状皮带所受外力F, 即刮刀对票卡的力F1。

在刮票机构中, 票卡所受力如图5所示, 其中F2为弹簧的拉力, G是票卡的重力, f是摩擦力。显然要想票卡能够被顺利刮出, 必须f≤F1[4]。

根据f=μsN得0.23N≤F1=21.374, N≤92.930 (其中μS=0.23) , 所以N=F2-G≤92.930 (其中G包括托盘的质量和票自身的质量) 。

当票的数量为1张时, 3.973 9 N≤F2min≤96.903 9 N;当票的数量为1 000张时 (即票箱装满) , 57.82 N≤F2max≤150.750 N。其中托盘质量为0.4 kg, 每张票的质量为5.5 g, 尺寸为85 mm×54 mm×0.5 mm。[5]

从而可以选定弹簧的参数为:P1=20 N, P2=90 N, λ=F2-F1=999×0.5=499.5 mm。并且从外形上选择LⅡ圆钩环。

3.2 弹簧的结构设计

1) 选择材料

根据要求选用碳素弹簧钢丝 (GB4357-89C级) 。初步假设钢丝直径为d=1.6 mm。取G=78×103MPa, 且查表可得碳素弹簧钢丝抗拉强度为σb=1 810 MPa, 则[τ]=0.4σb=724 MPa=τ[6]js。

2) 确定钢丝直径

由不同钢丝直径d应选用的C值表取C=D/d=6.5, 从而查表得曲度系数K=1.22, 根据公式得d≥1.589 mm, 与假设基本相符合, 故取d=1.6mm。[7]

3) 计算弹簧圈直径

4) 计算弹簧刚度

5) 计算弹簧圈数

406圈

6) 计算弹簧初拉力

7) 计算弹簧试验载荷及极限载荷

极限载荷:Pj=1.2P2=1.2×90=108 N, 对应的极限应力τj=1.2τ=868.8 MPa。

8) 计算弹簧的变形

9) 特性校核

10) 计算其他结构参数

自由长度H0= (n+1) d+2D1= (406+1) ×1.6+2×8.8=668.8 mm

节距t≈d=1.6 mm

尺寸基本满足发票机构的尺寸要求。

11) 绘制弹簧工作图

4 结语

针对非接触式薄形IC卡发票机构的弹簧进行了研究设计, 所取得的主要成果如下:根据用户需求选择电机的类型, 从而依据电机的各项指标确定弹簧所需的工作环境, 然后按弹簧设计守则和所设计的发票机构的尺寸反复校对弹簧的尺寸, 使其能够正确安装在发票机构上。

参考文献

[1]王凯元.车票发售模块的机构设计[J].机电工程技术, 2009, 38 (12) :67-69.

[2]汪萍.安徽建筑工业学院学报[J].2011, 2, 19 (1) :84-85.

[3]王华坤, 范元勋.机械设计基础下册[M].南京:南京理工大学翻印.

[4]范钦珊, 陈建平.理论力学[M].北京:高等教育出版社, 2009.

[5]丁潮.票卡回收模块的设计与研究.[D].南京:南京理工大学硕士论文, 2011.

[6]机械设计设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2007.

非接触式IC 第4篇

关键词：非接触式IC卡,单片机,读卡器,MFRC531

非接触式智能卡又称射频卡, 是近几年发展起来的新技术。它是根据射频电磁感应原理产生的, 它的操作只需将卡放在读写器一定距离内就能实现数据交换。它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来, 将具有微处理器的集成电路芯片和天线封装于塑料基片之中[1]。由于非接触式IC卡具有安全性、智能性、较大存储容量、更好的应用环境适应性, 读写设备简单, 操作速度快等优点, 其技术和应用发展十分迅速[2]。在非接触式IC卡迅速普及的同时, 遇到了读卡器制作复杂、成本较高的问题, 所以读卡器设计的复杂程度也越来越引起重视。本文的目标就是在于解决这个问题。由于读卡器最核心的组成部分是控制模块 (MCU) 和读写模块, 所以读卡器系统制作的复杂程度和成本高低很大部分取决于这两个模块的设计。由此可见, 这两个模块核心芯片的选择显得尤为重要。对于MCU, 市场上主要以ATMEL公司的AT89C51系列、MICROCHI公司的PIC16CX系列和MOTOROLA公司的68XX系列。在充分考虑功能、实现的简易程度和价格等因素后, 发现AT89C52功能齐全, 价格低廉, 容易开发, 故而更加符合预期目标[3]。对于读写芯片, 市场主要以采用两种不同通信标准 (ISO14443 A和B) 的芯片为主。由于TYPE B的通信标准较于TYPE A通信标准, 通信效率更高、更易于实现软件编码、形成电路更简单, 所以采用了Philips公司的MFRC563芯片[1]。综上而言, 笔者采用AT89C52和MFRC500作为主要芯片设计了非接触式IC卡读写器, 该IC卡读写器易于实现且成本较低, 同时可以满足多种自动识别系统。

1 系统组成

该读卡器系统以AT89C52控制模块、MFRC500读写模块为核心, RS232通信模块、存储模块、时钟模块、天线模块、电源模块、人机接口模块 (LCD显示电路和矩阵键盘电路) 和蜂鸣器报警模块等组成辅助模块, 系统组成框图如图1所示。读写器与非接触式IC卡由射频场来建立无线链接并完成数据交换。该系统采用了比较常用的元器件, 具有通用性和典型性的特点, 因此能够很容易地在该读写器系统的基础上开发出适用于各种自动识别系统的非接触式IC识别器。

2 系统硬件设计

2.1 电源和复位模块

本读卡器内所有芯片均采用外接电源供电, 且工作电压均为5V。首先, 220V的市电经过变压器进行降压, 然后再经过稳压电路稳压成5V后为读卡器内芯片提供电源。该电源模块按常规设计, 其输入为频率为50HZ、电压为220V的市电, 输出电压为5V的直流电。其主要采用由LM7805组成的稳压电路构成, 具体电路比较常见, 这里不再赘述。该电源模块结构简单, 方便调整, 且输出电压纹波小。如果需要的电流超过稳压器的标定值时, 可以利用外接功率管来扩大输出电流。

本设计中的复位电路采用的是最简单的上电复位方式, 故不做详述。

2.2 MFRC531模块

Philips公司研发的MFRC531模块是非接触式IC卡读卡器芯片, 内部有ISO14443协议解释器, 它支持ISO14443中TYPEA和TYPEB通信方式的所有层, 同时也支持使用MIFARE高波特率的非接触式通信[4], 并且具有射频驱动和接收功能。该模块可以对S50卡进行读写操作, 由5V电源进行供电, 采用R S 23 2接口, 且拥有106kbit/s的传输率。EMC低通滤波电路、阻抗匹配电路、天线及信号接收电路等组成了MFRC531芯片的外围电路[4]。MFRC531模块是应用于13.56MHZ非接触式通信中的高集成读卡系列。该读卡系列内部由以下几部分组成:并行微控制器接口、中断、双向FIFO缓冲区、数据处理单元、安全和密码控制单元、状态控制单元、天线接口以及模拟电路接口。外部接口由数据总线、控制总线、地址总线、电源等组成。MFRC531的并行微控制器接口会自动检测连接的8位并行接口的类型[5]。它包含了一个双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出, 可以很灵活地连接各种MCU。数据处理部分可以进行数据的并行串行转换。状态和控制部分允许对器件进行配置以使性能调节到最佳状态。模拟电路包含了一个具有非常低阻抗桥驱动器输出的发送部分, 这样接收器就可以检测到非常微弱的应答信号, 且操作距离可以达到10cm。

2.3 通信模块

RF系统读写器与上位机进行通讯时, 采用RS485串口总线传输, 系统利用芯片MAX491将单片机的串口数据转换为RS485的信号进行输出。芯片的第2、5管脚分别接单片机的串口RXD、TXD。而第5脚接单片机的外部中断INTO, 当外部有数据传送给单片机时, 此管脚就会对单片机产生一个中断信号。芯片的第9、10、11、12为RS485总线的信号, 分别是MAX491 Tx+、MAX491 TX-、MAX491RX+、MAX491RX-。其中9、10管脚为数据的发送端。11、12管脚为数据的接收端。为了更好地进行阻抗匹配, 本系统在接收端连接了一个匹配电阻。

2.4 蜂鸣器驱动模块

蜂鸣器模块的作用是当每次操作不成功的时候会发出报警指示。如果密码验证没有通过, 那么读卡器对卡进行的任何一次读或写操作都必须由几个步骤完成的, 而且任何一个步骤如果没有成功蜂鸣器都会发出报警信号。为了提高单片机的I/O口驱动能力, 本读卡器采用了PNP型晶体管构成晶体管驱动电路。单片机I/O口 (P2.3) 的输出信号经过驱动电路放大后驱动蜂鸣器发出声音。本课题选用12m A电流为蜂鸣器的工作电流。

2.5 单片机与读写模块的接口电路

2.5.1 单片机与读写模块的接口电路

主控制器AT89C52与MFRC531模块的数据通信是通过SPI的时钟SCLK、片选SS以及数据线SDATA三线串行总线实现的。主控制器的MCU和读卡模块内的MCU通过此三线相连[6], 表1为对此三线的描述。图2为单片机与MFRC531模块的硬件接口电路。

三线接口的状态分析:当接口空闲时, 主机、从机的三线状态分别为SS=1, SCLK=0, SDATA;SS=1, SCLK=1, SDATA=0。其中, 片选SS和数据线SDATA是双向的, 而时钟SCLK是单向的。时钟信号只能由主控制器产生, 而且该信号必须严格遵守时序规范, 否则会出现通信错误, 同时读写模块也必须释放该线。片选SS为数据发送的使能端, 如果一方有数据要发送给另一方, 那么该方的控制SS线为低电平, 并在发送结束后将该线置成高电平, 接受方不得控制该线, 双方必须遵守通信协议, 不得同时控制该线。数据线SDATA由数据的发送端控制, 数据接受端必须释放该线。而且该线在每一次传输开始时同时还作为数据接受端的响应信号。

2.5.2 单片机与读模块的通信过程

单片机与读模块的通信过程为:首先AT89C52发送命令和数据给读写模块, 读写模块根据信号执行命令, 执行完毕后再将命令执行的状态和响应数据发送给AT89C52。在单片机与读模块开始通信之前, 收发信号双方必须都处于空闲状态。读写模块的RST口接AT89C52的P1.2口, 一旦读写模块出现异常时就可以由AT89C52来控制复位。AT89C52的片选SS发出的信号在下降沿时等待读写模块在SDATA线上的响应。如果在50 ms内没有检测到该响应, 则退出本次传输, 同时将错误代码返回给主程序, 由主程序进行错误处理。如果读写模块能够进行正确的响应, 那么AT89C52就可以将命令和数据发送出去, 然后AT89C52等待读写模块发回的状态和响应数据。即等待片选SS线上的下降沿的产生, 如果在500ms内没有检测到此信号, 则退出本次传输, 而且向主程序报告错误。如果正确检测到SS信号, 则可以接收状态和数据信号。

2.6 时钟和存储模块

时钟模块采用芯片DS1302。该芯片是由美国DALLAS公司推出的一种芯片, 它具有高性能、低功耗的特点。并带有RAM的实时时钟芯片, 可以实现对年、月、日、周日、时、分、秒的计时, 且具有闰年补偿功能, 工作电压范围可达2.5~5.5V。DS1302采用了三线接口与CPU进行同步通信, 并可以采用突发方式进行一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302的内部有一个31x8的RAM寄存器, 该寄存器可以用于临时性存放数据。在本系统中, DS1302的时钟SCLK接单片机的P1.5口, FO口接单片机的P1.6口, RST口接单片机的Pl.7口。I/0口连接一个4.7k的电阻。本读卡器的存储模块电路采用了IIC接口的EEPROM芯片24C256。

2.7 人机交互模块

人及交换模块部分采用了LCD显示和矩阵键盘电路, 通过对读卡器的操作来实现对IC卡进行读写和系统设置的功能。LCD显示部分采用了ACM1602A, 该字符型液晶显示屏具有字符发生器ROM, 可以显示192种字符, 同时还具有64个字节的自定义字符RAM, 可以定义8个5 x 8点阵字符或4个5 x 11点阵字符。键盘电路采用了2x 8的矩阵键盘。键盘实现独立设计, 由主板上引出一个10针的扩展插槽作为键盘接插件。

3 系统软件设计

该系统软件设计是在Keil C51平台上, 通过C语言进行开发, 可以分为两个部分:对MFRC531读写模块应用程序的开发和对读卡器其它辅助电路的应用程序开发[6]。前者由主控程序、AT89C52单片机初始化程序、读卡器核心模块M F R C 5 3 1初始化程序、MFRC531读写子程序、防冲突子程序以及数据块操作子程序等组成;后者包括:液晶显示子程序、键盘驱动子程序和蜂鸣器驱动子程序等。

软件流程:以设计门禁读卡器为例, 软件设计流程应该如下所述。

系统在开机后首先进行初始化处理, 初始化处理主要是清空各种标志位和数据寄存器、打开单片机中断以及对MFRC531进行初始化。初始化处理完毕后, 通过读取DS1302第一个RAM空间内的数据来判断系统内的日志信息是否己经存满, 如果存满则显示相应的错误信息, 直到服务器提取所有的日志并清空后才能正常工作。如果未满, 读卡器则等待卡片。当读卡器感应到有卡片在附近时, 首先关闭单片机中断, 这样就保证了有卡片在读卡器附近时读卡器不接收服务器的任何指令, 只有读卡器附近没有卡片时读卡器才能接收并执行服务器的各种指令。关闭中断后便开始通过PSAM卡和该卡片鉴权, 如果不通过则显示相应的错误信息。通过读取卡片的序列号和学号等信息的方式, 检查卡片是否在黑名单中。如果在, 则显示相应的错误信息;如果不在, 蜂鸣器长鸣一声后开门并将所有信息存在24C256内, 同时DS1302内的日志数量加l。对于门闸, LCD可以显示系统的错误信息。而门禁则只能通过蜂鸣报错。程序设计中应注意的问题:

(1) IC卡向读卡器发送数据帧是低位在前, 高位在后, 因此读卡器核心读写MFRC531内的FIFO数据寄存器先接收到的是低位数据, 后接收到的是高位数据; (2) 要满足相邻2个REQA命令的起始位之间的最小时间要求, 即请求保护时间值的公式为:t=7000/f, f=13.56MHZ。

4 结语

本文提出并验证了一种基于单片机的非接触式IC卡读卡器的设计方案, 实现对非接触IC卡的读写及控制操作, 能够读取100mm以内的所有处于射频能量场中的MIFARE卡片, 读写数据准确, 性能稳定可靠, 并可以满足门禁系统、考勤以及公交收费系统等多种自动识别系统。除此之外, 制作较为简单, 成本较低, 达到预期目标。但是在应用中, 还有可改进之处, 例如:由于在应用过程中外界环境的干扰信号较多, 因此在对系统的硬件进行设计时, 可以考虑采用具有看门狗功能的芯片, 当系统死机时可以强迫其复位。

参考文献

[1]陈大才, 王卓人译.Klaus Finkenzeller.射频识别 (RFID) 技术[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[2]张丽.基于非接触式IC卡的智能门禁系统的研究与开发[D].武汉:武汉理工大学信息工程学院, 2006.13-30.

[3]余永权.ATMEL89系列Flash单片机原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2000.

[4]陈冲, 赵升, 谢文彬, 高猛.基于无线通信的非接触式IC卡读卡器设计[J].温州大学学报, 2011 (32) :18-24.

[5]张俊杰, 乔宜正.非接触式IC卡读写模块的应用开发[J].世界电子元器件, 2004 (12) :44-46.

非接触式IC 第5篇

在出租房、学校等场所, 用电管理收费多采用先用电、后抄表、再付费的传统作业方式。用户用电绝大多数实行“分表制”, 即若干集中居住的用户使用一个总的电表, 每户装一个分电表, 供电方需要每户人工抄表, 需投入大量人力资源, 且易造成欠费运行[1]。而IC卡预收费电度表有效地解决以上问题。业界普遍的做法是, 供电管理方统一通过IC卡读写器完成用户IC卡预充电费, 再对电度表充值, 这种方式不够灵活、方便[2]。

本文提出了一种多功能非接触式IC卡预收费电度表系统, 即采用2片STC90C516单片机组成主从机作为主控, 实现电能的计量、IC卡POS机、电价设置、语音提醒、欠费断电等多功能, 其中电价设置和IC卡充值通过红外遥控实现。该系统具有简单、实用、方便等优点。

一、硬件系统工作原理

1.1系统总原理。运算控制单元使用两块STC90C516作为核心控制器, 分别构成主机与从机, 主从机之间使用串行通信方式, 从机接收主机的控制命令。主机负责液晶显示、电源管理、声光提示、数据存储、按键消息处理等控制任务, 从机实现IC卡读写以及用电控制等功能。工作时, 主机向从机发出工作指令, 从机根据指令完成响应动作, 工作完成后等待主机下次指令, 并在工作过程中适时向主机反馈信息等, 其中电能控制采用MGR-1 D4825型固态继电器, 掉电数据存储单元采用I2C总线连接AT24C02实现, 液晶显示采用SPI总线与Mz L05T-12864模组连接实现。

1.2电能计量单元。电能计量采用芯海科技有限公司的CSE7755B高精度、高性能集成芯片。该芯片可以将功率以频率的形式直接输出, 它将电压通道、电流通道的信号经过Σ-ΔADC转换并经过高通滤波, 相乘后的信号再经过低通滤波、功率到频率变换后, 输出数字脉冲, 输出脉冲频率与瞬时功率成线性关系比例。

1.3射频卡读写模块。射频卡读写模块采用MFRC500通信芯片, 内部发射器无需增加有源电路即可驱动天线, 接收器具有一个高效的解调和解码电路, 数字部分处理ISO14443A帧和错误检测。此外, 还支持快速CRYPTO1加密算法用于验证MIFARE系列产品。在本设计中, 非接触式IC卡读写器的设计采用独立读/写选通, 复用地址总线方式, 单片机采用中断方式, 通过INT0引脚接收MF RC500中断源, 利用MF RC500所提供的中断信息进行控制。

1.4语音提示模块。为实现友好的人机交互, 本系统集成了ISD1760语音芯片, 在使用时, 仅需要简单的外围电路即可工作, 在SPI模式下, 录制声音可直接从MIC+和MIC-输入语音信号, 扬声器接在SP+、SP-, 其采样频率为8KHz, 最大录放时长为60秒。

1.5键盘输入模块。本设计采用了需实时控制设备与器件, 且电度表对键盘的响应较高, 所以采用了NEC红外通信协议的键盘模组, 利用中断的方式采集输入信号, 既节省了端口资源, 又可通过调整中断优先级以改变输入信号的响应级别, 还可最大化地扩展按键资源。利用HS0038一体化接收头来处理红外信号, 单片机解码得到按键信息。

二、软件设计

系统初次启动及空闲时, 停留在充值界面, 显示电价等信息, 用户成功刷卡后进入IC卡信息界面, 显示用户号、消费额及卡内余额等信息, 三秒钟后进入使用界面, 此界面显示用户已消费额、余额、电价等信息, 此时开始计算用户的用电量, 当达到充值金额后自动切断用户用电线路, 并跳转至充值界面, 在工作过程中, 适时作语音提示。

当供电部门需要修改电价信息或给用户IC卡充值时, 在系统的任意界面按功能切换键, 按照系统提示输入管理员密码获取管理权限, 若密码正确将会进入电价修改界面, 或者操作进入IC卡充值界面, 否则密码输入错误次数达到设定值将会1分钟时间内禁止输入密码, 并禁止使用管理员界面。

三、结束语

本系统设计通过非接触式IC卡和电子式电能表有效结合, 实现了电能预付费和IC卡POS机等功能, 有效地解决了特定场合用电预收费管理问题, 也给不熟悉计算机操作的管理者带来了方便。

摘要：该系统以MF RC500非接触式通信芯片构成IC卡读写模块, 以SCE7755芯片实现电子式电度表主要电能计量单元, 选用集成了看门狗的STC90C516单片机实现数据采集、显示与传输, 实现了预收费IC卡电能计量和POS机充值功能。本系统已成功应用于高校学生宿舍的用电管理。

关键词：电子式电度表,STC90C516单片机,非接触式IC卡

参考文献

[1]黄伟.电能计量技术[M].北京:中国电力出版社, 2004.

非接触式IC 第6篇

近年来, 各高校采购了大量的计算机设备, 形成一个又一个的实训机房来满足学生实训的需求, 由于机房的增加, 对机房管理工作变得越来越复杂化, 不仅使机房管理人员工作繁重和在人力使用上的浪费, 而且在教师教学和学生实训情况上却起不到应有的效果。

2、系统的设计

2.1 设计思路

在目前对机房管理上的相关软件, 主要以以下三种形式出现:纯硬件形式、纯软件形式、软硬相结合的形式[1]。软硬件相结合的方式这是目前高校机房中主要倾向的一种管理方式, 不仅体现了纯硬件的可靠性和安全性, 又利用了纯软件方式的灵活性, 安装方便, 成本低等诸多优点, 所以本系统采用的是软硬相结合的模式。

2.2 开发工具选择

根据自己的实际情况和系统本身的要求, 系统软件的开发工具采用Borland公司的Delphi 7.0, 它在易用性、开发速度、应用程序的运行速度方面都是开发工具中的佼佼者。Delphi以Object Pascal语言为基础, 加强了IDE功能和增加了VCL (可视化组件库) , 非常适合快速开发Windows应用程序。

数据服务器使用Windows Server 2003操作系统, 数据库平台选用的是Microsoft公司的SQL Server 2005, 它是大规模联机事务处理、数据仓库和电子商务应用程序的优秀数据库平台, 在Windows环境下界面友好, 操作简单, 成为Windows环境下开发中、小型C/S系统较为流行的数据系统。同时在数据安全管理性中有着优秀的特性。

2.3 系统结构

系统整体架构采用C/S和B/S相结合的模式, 主控程序采用C/S模式, 因为本系统主要运行于局域网内, 其特点主要体现它的响应速度快、可靠性高、安全性能好、较好的用户界面。而其学生查询模块则采用B/S模式, 直接通过浏览器, 可以更方便查询到相关信息。按照实际的使用需求, 把计算机机房管理与控制系统分成机房管理程序、机房在线控制系统、机房监控系统、Web查询系统等四个功能相对独立的子系统。各子系统共享一个数据库服务器, 通过网络可以实现各自独立的操作与运行, 并实现彼此间交换数据。

我们从上面可以得知:充分利用了现有校园网, 把机房管理系统、机房监控系统、机房控制系统、数据库以及刷卡端程序通过校园局域网相连。其中为了保证系统的高效性能, 最好将中心数据库架设在局域网的主干线上, 其它三个子系统只要连接在局域网内就行, 可以按功能应用到不同的管理部门, 如实训主管部门安装机房管理系统, 每个机房管理工作人员处安装一个机房在线控制和机房监控系统, 同时此三个子系统也可以安装在同一台主机上。而刷卡端程序则按学院机房本身的位置和条件, 可以在每个机房门口装一个, 或每层楼装一个或多个, 或只在整栋实训楼门口装一个或多个, 能方便学生刷卡便行。

2.4 系统功能模块介绍

(1) 机房管理模块, 此模块实现学生上机管理的功能, 相关的功能有:上机卡的管理 (包括发放、挂失、退卡、充值、密码修改等) 、上机课表的安排、上下机管理、上机的费率设置、上机情况的统计、实验室工作人员设置、数据库的备份与还原以及系统相关参数的设置。 (2) 机房控制模块, 在实训课程上, 按照老师的要求对远程学生用的计算机进行控制管理, 包括有:禁止/允许上网、禁止玩游戏、只准运行与上课相关的软件、远程关机、远程锁定/开放学生端计算机、向学生发消息等相关操作。 (3) 刷卡端模块, 主要就是配合非接触式IC卡刷卡器的一个功能, 实现用户刷卡上下机、以及即时显示学生卡片相关信息, 如刷卡成功信息显示、可用机时等。 (4) 学生端模块, 在每台学生机上必须安装一个客户端程序, 安装后每次启动自动运行、底层登录, 提供学生上机登录、下机登出、余额不足时提示、消息传递等功能。 (5) 监控模块, 通过摄像头监控到机房的整体实训效果, 或某一台学生机的运行情况, 以及监控实训机房内的环境温度, 温度过高则提示相应的管理人员。 (6) 统计与查询模块, 对于管理人员来讲, 系统的统计数据可以作为其工作安排和调整的依据, 例如目前机器的利用率, 机器的损坏率, 当前设备是否够用, 是否需要增加新的设备等。这些工作都将有实际的数据进行科学判断。机房管理人员可以进行的查询包括:卡片对应的持卡人信息、卡内余额;某卡在某段时间内的所有上机时段记录和所使用的机器号;某卡在某段时间内的所有充值记录;某台机器某段时间内的利用率。 (7) Web查询模块, 学生可以通过浏览器, 输入自己的上机卡号和密码登录查询模块, 可以了解到自己的上机记录历史、个人余额, 并可以修改个人密码等信息。

3、主要应用的关键技术

3.1 非接触式IC卡技术

采用非接触式IC卡[2], 非接触式IC卡又称射频卡, 由IC芯片、感应天线组成, 封装在一个标准的PVC卡片内, 芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术, 它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来, 结束了无源 (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。它与接触式IC卡相比, 具有无接触、操作方便、防冲突、故障率低、加密性能好等优点。

3.2 远程控制技术

在网络上由一台电脑 (主控端Remote/客户端) 远距离去控制另一台电脑 (被控端Host/服务器端) 的技术[3]。对于系统而然是实现控制命令和反馈信息的传输, 是网络技术 (Internet或局域网) 在远程控制和数据传输中的上的应用, 也是现代化计算机机房管理的需要。

3.3红外热像测温技术

通过红外探测器接收被测物体的红外辐射, 再由信号处理系统转变为目标的视频热图像的一种技术。它将物体的热分布转变为可视图像, 并在监视器上以灰度或伪彩显示出来, 从而得到被测物体的温度分布场信息。

4、结语

本文针对系统的功能需求, 对系统整体架构做了初步的研究与构想, 对各功能模块做了详细的说明, 以及对主要应用的技术做了简单的介绍。

参考文献

接触式IC卡读写器的设计 第7篇

IC卡是内部封装了一个集成电路芯片的卡片,按卡内镶嵌芯片不同,可将IC卡分为存储卡、逻辑加密卡和CPU卡三类,美国ATMEL公司的AT24Cxx系列卡被称为存储卡,卡内嵌入的芯片为通用的AT24C系列2线串行EEPROM芯片,由于在实际应用过程中,经常需对IC卡进行读写操作,为此需设计一成本低、操作简单的IC卡读写器,由于单片机具有性价比高、操作设计简单的特点,利用单片机设计IC卡读写器成为可能,IC卡读写器是IC卡与应用系统间的桥梁。

2 硬件设计

2.1 接触式IC卡简介

接触式IC卡有8个触点,从C1至C8,其触点分配如图1所示,其中SCL引脚为串行时钟输入,时钟上升沿时进行写操作,下降沿时进行读操作,通过SDA引脚进行数据的串行传输,系统采用ISO/IEC7816-3同步协议,双线串行接口,工作频率可达1MHZ工作电压5V,最低可至1.8V,工作温度070℃,写/擦除次数可达100万次,数据保护100年,ICC电流读操作时为1m A,写操作时为3m A[1]。

2.2 设计要求

对存储卡的读写操作可按字节或页进行,且系统具备IC卡插入/拔出保护功能,即能够实现“先插卡,后上电”和“先下电,后退卡”的功能,根据设计要求,要实现不带电插/拔IC卡,系统必须具备IC卡插入/退出的识别与控制,以实现对IC卡的保护,同时为使系统正常工作,需通过触点方式向IC卡提供稳定的电源和时钟,且能实现与卡的数据交换,并提供相应的控制信号,为满足要求,硬件电路设计如图2所示,图中MCU选用的是AT89C51单片机,SMARTADP为接触式IC卡卡座,IC卡的插入/退出操作是通过IC卡卡座上的常开感应开关(也可选择常闭感应开关)SW1和SW2来识别的,系统工作时,只需检测P1.6的电位即可识别开关的通断[2]。

3 软件设计

对IC卡进行读写操作的关键在于根据其内嵌芯片的操作时序进行编程,使数据线SDA及时钟线SCL上产生正确的时钟脉冲。对AT24Cxx系列存储卡进行写操作包括写字节和写页面二种模式,写字节时序要求在给出开始状态、器件地址并收到卡的确认信号后,需发出8位地址(32位芯片是2个8位地址),卡收到地址后发出应答信号,将8位数据送至SDA线上,并进入EEPROM单元,每个时钟送一位,EEPROM收到数据后,通过SDA线发出应答信号,微控制器用停止状态结束写操作,写操作时,禁止所有其它操作直到写完成。启动写页面与启动写字节操作相同,但微控制器不需在第一个字节随时钟输入后发出停止状态,在EEPROM确认收到第一个数据码后,微控制器再送7个(AT24C01/02)或15个(AT24C04/08/16)数据,每收到一个数据,EEPROM均通过SDA回送应答信号,微控制器通过停止状态终止写页面操作。

对存储卡的读操作包括现行地址读、随机地址读和顺序读操作,现行地址读操作时,内部数据字地址指针总是保持最后一次读写操作中最后访问的址,并按1递增,只要芯片保持上电,此地址在二次操作之间一直保持有效,当读写选择位置1时,器件地址随时钟输入,并收到EEPROM的应答信号,现行地址的数据随时钟串行输出,微控制器在SDA线上随时钟串行读入数据,读操作结束后,总线为高电平,并产生一个停止状态,而随机读需要一个空字节写序列来载入数据地址,当器件地址和数据地址随时钟输入,并被EEPROM确认,微控制器产生另一个开始状态,此时送出的器件地址中,读写选择位为高电平,将启动一个现行地址读,EEPROM收到器件地址回送确认信号,并随时钟串行输出数据,微控制器读取数据后,使总线处于高电平,随后产生停止状态,而顺序读由现行读或随机地址读启动,微控制器收到一个数据码后回送确认,只要EEPROM收到确认后,便会继续增加数据地址并随时钟串行输出后面的数据,当达到存储地址极限时,数据地址将重复滚动,顺序读取将继续,当终止顺序读操作时,微控制器使总线处于高电平,并产生停止状态,本文所设计的读写器的读操作选择的是随机读操作和顺序读操作方式[3]。

写操作中卡收到数据后向接口发送低电平应答信号,程序通过将第9个时钟周期的SDA线读入CY位来接收应答,CY位是否为低电位来判断是否收到卡确认信号,而顺序读操作中接口设备每接到一个字节的数据后,向卡发送低电平应答信号。根据系统的工作过程,按字节操作和按页操作流程图如图3和图4所示。

4 结束语

读写器正常工作时,未插卡时,程序循环等待插卡,卡座的Vcc端保持低电平,保证不带电插卡,插卡后,程序向下运行到断点处,卡座的Vcc端变为高电平,给IC卡芯片提供工作电源,系统设计完全满足要求,具有一定的实用价值。

参考文献

[1]杨振野.IC卡技术及应用[M].北京:科学出版社.2006.

[2]张永枫.单片机应用实训教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

非接触式IC 第8篇

自上世纪八十年代以来，随着社会经济的发展，世界各发达国家都已基本建成了四通八达的现代化国家道路网，但随着人口的增长及高速公路的飞速发展，传统收费模式的弊端却越来越明显，特别是路网的通过能力已大大满足不了交通量增长的需要，交通拥挤和堵塞现象日趋严重。美国很早就致力于ETC系统的研究与开发，该系统已经成为美国回收公路投资的有效手段;法国也一直在研究基于高速公路联网收费系统，高速公路的电子收费系统采用非接触式IC卡计程收费的方式;葡萄牙的高速公路收费系统主要采用开放式和封闭式混合的电子收费系统模式;日本也是ETC系统起步最早的国家，目前，全日本有1300多个收费站全部安装了ETC系统。此外，各国还致力于开发附加于ETC上的其他增值服务(如停车、加油、汽车维修等)。但对于我国而言，由于区域经济发展的普遍不平衡，道路仍然处于高速建设期，如果高速公路的大规模联网收费方式采用其他国家现有的技术体系应用模式，就很难适用于中国本土的应用环境，因为它存在成本高、功耗大等一系列问题，所以完全引进欧美收费系统肯定行不通。而非接触IC卡作为不停车收费系统的通行券具有很高的可靠性，以及反应的速度快、收费的标准统一、使用的寿命长、无污染等优点，内部还可存储用户的重要数据信息，可以有效提高高速公路的通行能力和服务水平，是不停车收费系统的一个发展方向。所以对高速公路非接触IC卡系统的用户使用意愿影响因素进行实证研究，现已成为我国不停车收费系统中的一项重要研究内容。

2 理论回顾与文献综述

2.1 计划行为理论与技术接受模型

计划行为理论(Theory of Planned Behavior,TPB)是由Ajzen1985年提出的，其实质是分析影响行为的因素、预测行为意向并试图解释人类行为决策过程的社会认知理论，其中心目标是建立影响个人行为的关键因素与途径。该理论认为人的行为意愿由三个方面共同决定，即行为态度、主观规范和知觉行为控制，这三个变量影响着行为意愿，最后影响实际行为。

技术接受模型(Technology Acceptance Model,TAM)是由Davis以理性行为理论(TRA)为基础，针对信息系统的个人接受与采纳行为所提出的理论模型。该模型中个有两个主要因素，一个是感知有用性，其定义为个体用户预期感觉到在组织内部中使用具体的应用系统可以提高他或她的工作业绩的程度;另一个是感知易用性，其定义为个体用户预期使用目标系统的容易程度。

本论文是研究机动车用户使用高速公路非接触IC卡的影响因素，所以计划行为理论与技术接受模型为研究用户的使用意愿提供了坚实的理论基础。

2.2 文献综述

非接触IC卡作为目前国内外高速公路不停车收费系统中使用的通行券与接触式IC卡及纸质通行券相比，具有可靠性高、操作快捷、防止冲突、独立卡号和寿命较长等优点，国际上已经基本形成了以美国、日本和欧洲为代表的不停车收费系统(No Stop Electronic Tell Collection System，简称ETC),ETC收费系统采用多种技术手段使得车道收费过程自动化，常用的不停车系统利用非接触IC卡技术、车辆识别技术和计算机系统相联接使用。通过对大量参考文献的阅读发现，国外高速公路信息化程度普遍较高，很早就致力于ETC系统的研究开发，美国、西欧和日本等发达国家至今已具有比较成熟的道路运输系统及其管理体系。而国内大部分研究都偏向于智能交通系统技术方面的内容，对高速公路非接触IC卡用户使用意愿影响因素方面的实证研究却很少。另外，云南省是一个山区半山区占国土面积95%以上的边疆省区，全省客货运输90%以上依赖公路，社会经济发展水平不高，公路经营收费历史较短、起点较低，高速公路经营收入相对较低。因此，为适应我国高速公路建设快速发展的局面，针对云南省高速公路非接触IC卡用户的使用意愿进行深入研究和认真分析，从而提出能够解决实际问题并具有应用价值的研究方案。

3 研究设计

3.1 量表设计

本研究通过对高速公路非接触IC卡用户进行问卷调查获取数据。在正式调查之前，研究组成员根据国内外影响用户使用高速公路非接触IC卡因素领域的相关文献，通过对相关样本的深入访谈和预调研设计了本次调查问卷。所设计的调查问卷由两部分组成:第一部分是对用户基本信息的测量;第二部分是对用户使用高速公路非接触IC卡收费方式的认知和使用意愿的测量。问卷所有的问题均采用Likert7点量表，其中:1-完全不同意，2-不同意，3-有点不同意，4-不确定，5-有点同意，6-同意，7-完全同意。

3.2 量表调查

本此研究期间，对以昆明市为中心向外延伸的云南省东南西北部的相关城市进行了正式的问卷调查。本次共发放“云南省高速公路非接触IC卡用户使用意愿影响因素调查问卷”550份，共回收506份。其中扣除填答不完整的11份问卷、回答有错误或前后矛盾的17份问卷，有效问卷数量为478份，有效回收率为86.9%。问卷发放和回收情况如表1所示。

3.3 样本结构

通过对以上样本调查进行统计分析后，归纳得出直接对各个特征进行描述的相关分析，如表2所示:

由于以上调查样本分布在全省不同地区，所以具有一定的代表性。

4 研究方法与研究结果

4.1 问卷的效度分析

效度(validity)是指测量的有效性，即“准确地测出他所要测量的特性或功能的程度”。问卷的效度就是问卷的有效性。KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)统计量是用于比较观测相关系数值和偏相关系数值的一个指标。我们使用SPSS16.0统计软件计算KMO值和Bartlett球形检验以及分别对相关影响因素及其指标进行因子分析，分析的结果如表3和表4所示。

从表3中我们可以看出KMO值为0.855，根据Kaiser给出的KMO度量标准可知原始变量适合进行因子分析。同时Bartlett球形检验统计量的观测值为5777.00，相应的P值接近0.000，表明变量间存在较强的相关性，我们所获得的数据适合做进一步的分析。

从表4中的测量数据，可以看出对应于量表中的各影响因子题项的因子载荷都大于0.5，同事因子的平均提取方差都大于0.5，这表明了调查问卷的量表具有很好的效度。

4.2 问卷的信度分析

信度(reliability)，是反映测量的稳定性与一致性的一个指标，即对同一事物进行重复测量时，所得结果一致性的程度，一致性程度越高，信度就越高;反之，如果一致性很低，信度自然很低。信度分析是对量表的内在信度进行分析，当前最常用的是采用Cronbach's系数来衡量量表的内部一致性，这样可以达到对量表进行信度检验的目的。我们也采用这个标准来验证量表的信度，相关的输出结果如表5、表6所示:

从以上分析可以看出:四个因子的α系数都接近或大于0.7，表明因子的内部有着十分好的一致性;同时信度分析的α系数也达到了0.898，表示本研究量表的信度比较高，即由四个相关因子来测量影响用户使用高速公路非接触IC意愿的因素具有很高的可靠性和一致性。这表明了调查问卷的量表具有很好的信度。

4.3 数据的描述性统计分析

本文对收集的数据应用SPSS16.0统计软件进行描述性统计分析，其中:问项X1～X4代表感知有用，问项X5～X8代表感知易用，问项X9～X13代表感知风险，问项X14～X17代表感知信任，问项X18代表使用意愿。基本统计结果如表7所示。

从以上分析可以看出:此次调查中各变量的标准差(Std.Deviation)均在1±0.5之间，说明变量的差异程度和离散程度小，反映了各变量平均数的代表性比较好，表明被调查者的观点基本集中;就均值来看，基本在4.5以上，可以粗略估计此次调查中，云南省高速公路非接触IC卡用户的使用意愿是比较强烈的，但均值最低的是问项X13担心由于操作失误而造成交通违规，说明经常会有用户因对非接触IC卡的使用不熟悉而操作失误，影响用户使用非接触IC卡的意愿。

4.4 回归分析

本研究使用回归分析，令被解释变量为用户使用意愿，预测变量为用户使用意愿的四个影响因素，以探讨用户使用意愿(因变量)可由四个影响因素(自变量)解释的程度。在回归分析中，选取变量的方法为强迫进入法，结果如表8、表9、表10所示，在回归的方差分析表中p=.000a,P<α，达到显著水平，表示可以根据这四个影响因素有效地解释用户使用意愿的变差。

a.Predictors:(Constant)，感知信任，感知风险，感知易用，感知有用;

b.Dependent Variable:使用意愿。

a.Dependent Variable:使用意愿。

a.Predictors:(Constant)，感知信任，感知风险，感知易用，感知有用。

由表10中的数据分析可以看出:复相关系数R=0.566，判定系数R2=0.320，表示由这四个因素可以解释用户使用意愿的总变差为32.0%，说明回归效果比较理想。四个影响因素的回归系数t值均达到显著水平，根据表中所列的标准回归系数，得到标准回归方程如下:

用户使用意愿=0.191*感知有用+0.247*感知易用-0.001*感知风险+0.226*感知信任。

5 研究结论与展望

5.1 研究结论

通过实证研究结果表明:感知有用、感知易用、感知风险、感知信任都对高速公路非接触IC卡用户的使用意愿有显著的影响，如图1所示。图中线头连接的变量表示起始点的变量，对终点变量有显著的影响，燕尾形箭头里面的数字表示回归系数，“+”表示具有正面影响，“-”表示具有负面影响。

我们进一步对本研究中相关的关系图和数据分析的结果进行验证，结果如表11所示:

以上验证结果表明:感知有用、感知易用、感知信任对高速公路非接触IC卡用户使用意愿均有显著的正面影响，它们的影响大小依次为感知易用、感知信任、感知有用，分别为0.247、0.226、0.191;感知风险对高速公路非接触IC卡用户的使用意愿呈显著地负面影响，影响大小为-0.001。

5.2 对策建议

随着国民经济的快速发展，云南省的交通状况发生了翻天覆地的变化，高速公路建设突飞猛进，实现了从零的突破到质量和数量的飞跃。自1996年底云南省建成了第一条全长45km的高速公路———昆嵩高速公路至2014年，高速通车里程达3400多km。今年，云南省将继续加大公路建设力度，全省高速公路通车里程到2015年底将达到4500公里。然而，在高速公路快速发展的同时，也导致了车辆的数量大幅度地攀升，对高速公路收费管理系统的要求也在不断地提高。高速公路非接触IC卡的使用不仅可以大大减少高速公路收费员、管理人员的工作量，提高工作效率，降低高速公路公司的运营成本，还可使高速公路管理更加严谨化、科学化，在高速公路不停车收费系统中扮演着重要的角色。因此，我们从用户的角度出发，对影响用户使用高速公路非接触IC卡的意愿进行实证研究，并结合统计结果的分析讨论，提出了以下对策建议，以供参考。

(1)感知有用:用户对使用高速公路非接触IC卡的感知有用性主要体现在其使用该产品时是否能够提高通过高速公路收费站的效率，降低有关成本，是用户的主导因素。高速公路的管理部门应该准确地把握好用户对高速公路非接触IC卡的关注重点，即高速公路非接触IC卡的可靠性、反映速度快、收费标准统一、使用寿命长、无污染等优点，内部还可存储用户的重要数据信息，可以有效提高高速公路的通行能力和服务水平，以及可以减少汽车的能源消耗以及汽车磨损，更加省钱等。

(2)感知易用:用户对使用高速公路非接触IC卡的感知易用性主要体现在其使用该产品时是否觉得使用容易便捷。通常情况下，用户对于从未使用过的产品会显得信心不足，主要是因为对该产品的操作步骤不熟悉，害怕掌握不了该产品的使用方法，高速公路的管理部门应该积极帮助用户解决有关问题，使用人工向导或言简意赅的操作图示对用户进行指导，提高不停车收费系统信息服务内容方面的服务水平，同时也提高了用户对高速公路非接触IC卡使用的信心。

(3)感知风险:用户对使用高速公路非接触IC卡的感知风险性主要体现在其使用该产品的决策所带来的结果不确定性，这些结果中不可避免的会有一些是负面的因素，因此用户的行为就会包含冒险的成分。为了消除风险认知给用户带来的负面影响，高速公路的管理部门应该加强与用户的互动性，从用户的自身利益出发，设计出能让用户消除顾虑的高速公路非接触IC卡交易业务操作，增强与用户以往的经验和价值观的相容性。避免用户因为不确定操作是否正确而对使用高速公路非接触IC卡产生负面评价。

(4)感知信任:用户对使用高速公路非接触IC卡的感知信任性主要体现在其使用该产品时的风险决策，是用户的一种心理状态，主要基于用户对高速公路非接触IC卡使用的认同感与信心。用户对高速公路非接触IC卡使用的认同感越强，其使用高速公路非接触IC卡的态度就越坚决，因此，高速公路的管理部门应着重于高速公路不停车收费系统的质量建设，特别是高速公路非接触IC卡系统的稳定性，定期对使用高速公路非接触IC卡的用户进行访谈，对用户的需求做到心中有数，并时刻检查收费系统有可能出现的问题，保证高速公路非接触IC卡能有效健康地运行;还可充分利用广播、电视或者网络等媒体对高速公路非接触IC卡的优势进行大力宣传，不断提高用户对其的支持态度。

总而言之，对于用户使用高速公路非接触IC卡影响因素的研究是一个比较复杂的问题，因此，本文难免会存在不足之处，我们应进一步在相关理论的指导下，通过实证研究，逐步完善云南省高速公路非接触IC卡用户使用意愿影响因素的研究模型，使其更具有普遍性和实用性，构成对云南省高速公路非接触IC卡用户使用意愿影响因素实证研究领域的补充。

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