外文翻译（射频卡）

外⽂翻译（射频卡）
开放实验室IC卡管理系统的设计
⽀德瑞，赵斌，王瑞
摘要：实验室IC射频卡管理系统设计基于Atmel公司⽣产的AT89C52微处理器。

本⽂从安全的⾓度介绍了影响IC射频读写系统的硬件环境,整个IC射频卡读写设备的分析和设计,以及保密性和系统的稳定性。

Ⅰ.介绍
随着⾼校实验室不断的建设和发展,⼀个教和学之间的重要⽭盾就出现了。

⼀⽅⾯,由于扩张实验设备和管理实验室的落后,开放时间相对越来越少,另⼀⽅⾯,即使实验室和设备数量的增加,实验室助理也不能⼀天24⼩时值班,因此导致那些参考资料最⼤化的浪费[1]。

基于实验室的现状,本⽂设计的⾮接触式IC 卡管理系统,可以提⾼实验室设备的利⽤率,减轻实验室助理劳动强度,同时保证实验室的好处设备投资。

该系统的管理功能包括:1、FR卡阅读模式,可以扩⼤的多种⽤途卡;2、液晶显⽰器各种cf提⽰消息;3、语⾳提⽰功能;4、让键盘输⼊信息;5、采⽤六组时间时钟;6、单机器可以满⾜每⽉共800⼈正常⼯作⽇的记录,7、在连续两个或更多倍⼗秒的时间内，不断重复相同的卡号是不允许的;8、RS232和RS485串⾏接⼝[2]。

Ⅱ.硬件设计
系统的硬件设计是⼀个基于AT89C52单⽚机的智能卡读写设备,由微机和实现串⼝读写设备的智能卡组成,这两个部分通过
RS232和RS485通信。

根据电路的基本要求，框图
系统的功能模块理论如图1所⽰:
图1：系统理论框图
当系统需要实验室管理卡⽚能够扩⼤成“多才多艺”的射频卡时,需要选择⾮接触式读卡器射频芯⽚,8192位的存储容量可以分区和管理16个⽤户单独使⽤,每个分区的存储容量为500位[3]。

所使⽤的⾮接触式读卡器采⽤芯⽚MFRC500的读写过程，其功能包括:调制、解调、产⽣射频信号,安全管理和防冲突机制。

A.键盘显⽰部分
系统使⽤4×4键盘,并允许通过键盘⼿动输⼊管理数据，⽬的是防⽌
forgetness或卡损，避免影响正常⼯作[4]。

通过PA⾼四位和PC⾼四位形成了4×4结构，它是8255的扩展端⼝,使⽤CD4082B 芯⽚,加⼊⾼⽔平扫描线和结合与逻辑”和“,然后连接到外部中断“/ INT1”端⼝,同时设置列扫描线(PA低4)低⽔平。

B.串⾏通信部分
⼀个实验室管理硬件系统只能完成数据的收集和存储,并做⼀些简单的数据处理,但它不能形成⼀个完整的应⽤系统。

为了提⾼整个系统的智能化,通信模块使⽤RS232和RS485。

通信RS232最多的距离是20⽶,所以它只能控制和管理⼀个实验室,为了使学校实验室开放管理系统扩⼤到殖民地成为可能，因此使⽤TCP / IP传输协议进⾏通信。

在未来，使⽤通信模块RS485的长线驱动程序达到1200⽶以上才能进⾏扩张[5]。

C .语⾳部分
语⾳芯⽚(2532 p模型)⽤于增强系统的智能化和完善⼈机交互能⼒。

设计和使⽤
芯⽚,需要注意两点操作模式:1、操作模式下都从解决“0”开始,后者根据不同模型相应的地址开始操作的,当开关记录在电路或电路进⼊能源节省模式时,地址计数器将会重置。

2、被锁操作模型是免费的,其地址最⾼有效位(A7和A8)是⾼⽔平,任何时候在CE 电低⽔平,运作模式可以被执⾏,如果⼀个(或2个)地址的下⼀个循环MSB(A7和A8)变成低电平,然后执⾏地址信息的记录和播放，那么原来设置的操作模式状态将丢失。

D.实时时钟部分
作为管理系统⼀种特殊的部分,实时时钟的存在是必须的,是很重要的。

该系统选择DS1302实时时钟芯⽚，并采⽤串⾏接⼝协议与微处理器通信，通过⼀个简单的串⾏接⼝,并提供信息，像秒、分钟、⼩时、周、⽉、年等。

只有随着时间的时钟进⾏通信时，需要三根线“内存”:/ RST(复位),I / O(数据线)和SCLK(串⾏时钟)。

该数据发送到或从与⼀个“RAM”时钟送出字节或每次超过31字节的多字节形式。

DS1302由主电源的双电源引线脚源和备⽤电源组成，正常⼯作时，VCC提供主电源，VCC1是下充，这对系统保持实时信息是⾮常有帮助的，并通过DS1302时钟内的数据备⽤电源掉电后熄灭。

E.读卡部分
总体MFRC500的硬件设计主要包括：接⼝电路的以下⼏个部分。

MFRC500和单⽚机的接⼝电路：由控制标准MCU接⼝信号构成。

这些标准控制信号可以通过控制MFRC500的专⽤集成电路⼯作，⼯艺采⽤标准的微控制器和微处理器通信协议。

读写模块可以从外部MCU赋予特殊的顺序启动。

MFRC500与MCU的接⼝电路原理如图2所⽰。

图2 MFRC500和单⽚机的接⼝电路原理
MFRC500和射频模块的接⼝电路：包括MFRC500上发送和接收终端与
RF模块的接⼝，⼀般是由以下铅脚实现：通过与RF0模块链接KOMPO（RF⽐较输⼊端）和NPAUSEO（串⾏数据输出，使⽤驱动RF单元）;与其他级联链接通过RXKOMP MFRC500模块（RF输出信号）和TXNPAUSE（RF输⼊信号）。

接⼝电路是如在图3所⽰[6]。

图3射频模块的接⼝电路
MFRC500和天线的射频接⼝电路：由outlaying天线组成，尽可能减少对其他芯⽚的⼲扰。

MFRC500和电源接⼝电路：接⼝MFRC500芯⽚和电源包括以下群体信号：DVDD 数字电路正电端（+ 5V）;DGND数字电路接地端⼦（0V）; BP-WOM保险杠电源（带电源上⼯作时，它的+ 5V;否则它的+ 3V）; RFVDD射频电路虚拟设备驱动程序（MFRC500：+ 5V）; RFGND-RF电路接地终端（0V）。

RFGND和DGND平时应在电路中分离，或它们应被连接到该系统的接地端⼦，连接线应具有⾼的导电性，⽽较短和较厚的更好。

为了降低电路板的复杂性，同时保证了系统性能的前提下，该系统使⽤后者连接⽅法。

同时，为了避免接地回路，系统交叉连接在MCM200电源连接100nF的电容供给⼝和GND端⼝。

F.储存部分
该系统需要⼀个读卡机来记录每⽉能够满⾜800⼈的信息总量，除了由所提供的16位地址线微处理器之外，还需要有更⼤内存的EEPROM芯⽚容量的⽀持，最⾼位地址线必须是可延长的[7]。

本系统使⽤的单芯⽚P1.7是该机的最⾼数据地址
线，1FFFFH表现出来的是⽬前使⽤的是低64K，00000H表现出来的是⾼64K。

重写EEPROM时，没有必要对这个字节关⼼，也就是说，默认的低地址64K，以
及每次记录的EEPROM，有⼀个相应的程序来判断，换句话说，如果低64K部被完全写⼊，每次完成记录的最后⼀个数据地址指针之后EEPROM将指向下⼀条记录的空⽩区域，这是记录的数字顺序。

记录的起始地址协议是00050H，时间格式表Ⅰ⽰出。

表Ⅰ
G.供电部分
整个系统采⽤单电源，选择具有220V外部输⼊和9V输出变压器，整流滤波后，再通过LM7805的调节电压输出为5V。

作为系统控制110V电铃，为了减少引起系统其他设备的钟的中断的⼲扰，所以选择110V AC插座电磁继电器[8]。

对于电板结构，电磁继电器保持远离其它敏感的芯⽚，并且被固定在该系统的动⼒源的⼊⼝。

⾄于安全性，该系统选择X25045电压监视模块，它允许重新写⼊的最⼩次数为100,000次，并提供最⼩数据保持时间OF100年。

该系统采⽤X25045芯⽚，以确保硬件的安全稳定运⾏，并提⾼了电⼒源部的抗⼲扰能⼒。

它将看门狗定时器，电压监视和EEPROM包含在单个封装中，这降低了系统的成本和电路板的空间需求。

由于MCU引脚资源是有限的，X25045总线活动和DS1302实时时钟是异步读取的，因此他们共⽤DS CLK和DSIO两个引脚。

图4是电路连接图X25045。

图4 X25045电路连接图
III.软件设计
A.软件设计流程
单芯⽚机AT89C52带电后，主程序⾸先完成相应的初始化⼯作，并根据电路的功能要求，主程序必须⾸先调⽤读卡模块，检查是否有实验室管理卡中的有效⾯积;然后通过检查是否有键盘输⼊的错误，假如有计算机的⼀个通信顺序，如果设定时间到
了，并决定是否使⽤相应的⼦程序与否;当存在PC和单芯⽚机之间的通信时，有必要以调⽤初始化过程重新读取的信息的所有状态，对于具有执⾏⼀个相应命令的单芯⽚机，并且可以具有被各种参数读取的影响[9]。

基于上述分析，该程序流程图如图5所⽰。

在时钟中断部分，虽然AT89C52提供vcc3设定时间的中断，频繁的时间中
断服务程序，不仅影响正常的轮询速度，⽽且写和执⾏程序时也变得复杂。

所以该程序使⽤三个层次的时间判断的50ms的时间中断，每个级别都有不同的时间常数：1、实时性时区位;2、保持状态的时间显⽰区位;3、刷新的最后⼀个地址和EEPROM 的总记录时间是刷新区位。

这不仅节省系统中断浪费的时间，⽽且还提升轮询的速度，轻松解决上述问题。

程序流程图的图6所⽰。

B.个⼈数据和查询解决⽅案的保护
IC卡管理系统可以⽤键盘代替IC卡输⼊序列号，当射频卡遗忘或丢失，不会影响你正常的实验室管理。

系统所需的显⽰名称和序列号，显⽰[10]其他信息。

由于智能卡发⾏的多⽤途卡，该卡应该不会占⽤更多有限的存储空间。

因此，建⽴⼀个微计算机数据库系统存储的序列号，名称和个⼈密码信息，该信息独⽴地存储在EEPROM顺序中准备另⼀个查询和修改。

制备序列号⽅法⼀致：如果两个字节序列号的员⼯,可以编译两字节⼗六进制数的最⼤数量从65到535,完全满⾜⼀般需求。

考虑到实际情况，系统同意扇区数为01-64。

该部门的员⼯⼈数为000 - 999之间，实际选为01000 - 64999或⼆进制0060 h -4063 h，五个⼗进制数制剂的序列号如下图7所⽰：
图5 主程序流程图
图6 中断程序流程图
图7 2字节员⼯⼈数
IV.硬件环境对IC射频卡的影响
还有更多的因素在传统的电路板设计中需要考虑，是否能够妥善处理这些因素影响到系统的正常可靠运⾏具有重要意义。

在这个系统中，介绍的是IC的RF 硬件电路设计的原则如下[11]。

1）射频电路的抗⼲扰措施：IC射频卡读模块需要FCND和独⽴的接地DGND，或者它应该连接到该系统的接地终端，连接线应该有⾼导电性，⽽较短和较厚的betterSelection（标题4）：突出显⽰所有的作者和联系线。

2）地线设计：接地线的宽度，电源线和信号线应该是这样的：地线>电源线>信号线;电源线和地线的⽅向⾏应该平⾏于的数据的信息，这对提⾼抗⼲扰能⼒是有帮助的;合并两个电源线之间的去耦电容是在电路板⼊⼝接地线，其⽬的是去除低频⼲扰，并且合并后的⼩电容是去除⾼频⼲扰的。

3）数字电路和模拟处理电路的共同点：收敛相同的部件功能单元到⼀个接地点，并且每个形成⼀独⽴的回路，从⽽确保接地线电流不会流进其它功能单元的电路，从⽽避免⼲扰到其他单元电池的元件。

4）电⼦盘和布局的电路配置组件：⽤在保护抗⼲扰环敏感元件的端⼦，和接地在⼀个单⼀的点;使其尽可能接近相关要素，这不仅会缩短导线的长度，⽽
且可以获得良好的抗噪效果。

V.总结
这种设计可以采⽤单芯⽚机控制系统做射频IC卡信息的收集，处理和交流。

对于IC射频卡系统具有⼀定处理现场数据的能⼒，信息主要是从微机后者的数据汇总处理分开交易的，这不仅保证信息处理的及时性和有效性，同时也可以充分利⽤微处理器强⼤的⼒量交易，以及提⾼IC射频卡的智能化。

该实验室可以在安装系统后长时间打开给学⽣⼀整天，开放时间长可以使⼈们对实验设备充分利⽤，⽽且还可以节省实验室助理的⼈数，通常只需要1?2个值班⼈员来完成任务。

随着⾼校规模的扩⼤，系统的⼴泛应⽤势在必⾏，应⽤前景⼗分可观。

参考⽂献
[1]吴易霖，刘少君，“根据收费机，设计⾮接触式IC卡，“⼴东教育学院，第⼀卷。

2，2004年。

[2]马海丰，唐涛，“⾮接触式IC卡的发展和应⽤“，J.电⼦技术，第⼀卷。

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[3]蔡藩堤，“讨论⽆线智能IC卡，”J.收⾳机，第⼀卷。

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[4]蔡藩堤，“核⼼模块的⾮接触式读卡设备，”电⼦杂志世界，卷。

11，2002年，页54-56。

[5]王安建，刘Lingfang，“RS-232/422/485集成的接⼝，”J.电⼦世界，卷。

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[6]魏庆丰，邢政良，他梨园，罗长寿。

“推荐设计与实施基于施肥系统的基础上MapXtreme的⽹络，“农业科学，第⼀卷。

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[7]郑建华，“可编程看门狗监控E2PROM芯⽚X25045，“J.电⼦世界，卷。

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[8]王滨，“基于PC机USB接⼝的读卡器的设计，”技术创新审查，第⼀卷。

32，2007年。

[9]⿀津湾朱志良。

⾼等教育信息化“研究基于智能卡的管理，“计算机时代，第⼀卷。

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[10]姚军政委。

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9，
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[11]王⾠。

“研究⾼速公路联⽹收费IC卡系统安全风险调查与对策，“⼤众科学，第⼀卷。

3，2010年，第57，第68。