摘要：采用PHILIPS公司的Mifare卡作IC卡，设计以射频技术为核心，以单片机为控制器的IC卡读写器在公交自动收费系统中的应用。具有安全、实用、方便、快捷、可靠性高的特点，解决了城市公共交通服务行业既频繁又琐碎的收费管理问题，有广泛的应用前景。
关键词：单片机，非接触式IC卡，读写器
一、IC卡读写器概述
目前经常接触到的IC卡有两种：接触式的和非接触式的IC卡.目前在社会上常见的是接触式IC卡。它具有存储量大（以兆为单位），保密功能强（有多重密码设置和认证功能），可实现一卡多用。但是，这类卡的读写操作速度较慢，操作也不方便，每次读写时必须把卡正确地插入到读写器的口槽才能完成数据交换，这样，在公交、考勤等需要频繁读写卡的场合就很不方便，而且读写器的触点和卡片上IC卡的触脚暴露在外,容易损坏和被污染脏而造成接触不良。
非接触式IC卡根据射频电磁感应原理产生的，它的集成电路不向外引出触点，它除了有上述接触式IC卡的电路外，还带有射频收发电路及其相关电路。非接触型IC卡也称为射频卡。因此，在公交、门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面开始得到广泛的应用。下面以PHILIPS公司的Mifare卡为主、介绍城市公交自动售票IC卡读写器的实现方法。
二、工作原理
非接触式IC卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了1片Mifare卡专用的读写处理芯片--MMM微模块。它是一个小型的最大操作距离达20～30mm的Mifare读/写设备的核心器件，其功能包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。这是与射频卡实现无线通信的核心模块，也是读写器读写Mifare卡的关键接口芯片。在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。当电容器充电达到2V时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器发出的数据并保存。
三、硬件组成
公交收费系统结构复杂，环节较多，因此，公交非接触IC卡的读写器至少应包括公交售卡机、公交车载机和公交制卡机三个读写器。除了售卡机要求有键盘外，其余的硬件组成大体相同。非接触IC卡及其读写器硬件电路原理图，主要由MMM微模块、单片机、键盘、显示、存储器、天线和监控电路以及与PC机通信的TC232串行通信接口电路等部分组成。
（1）单片机系统
单片机采用89C52。它片内有8KB的ROM，256字节的RAM以及有32个I/O口。P1口与串行器件24C64和显示、报警电路连接；P0口与MMM微模块相连，用作数据线；P2口用作4×4键盘；P3口用于读写控制和中断。
（2）键盘电路
键盘接口电路用P2口接成4×4结构，共16个键。其中数字键10个，功能键2个，退格键和回车键各1个，有2个键暂时未用。查询键：售卡员可以通过此键查询售卡金额和售卡记录数。通信键：由于读写器的存储量有限，因此读写器每售卡一段时间，应将读写器中的数据通过RS-232串行接口与PC机通信，数据回放到PC机中后，通过分析处理，形成各种报表，以便公交公司及时掌握售卡情况。
（3）显示电路
显示部分采用数码显示，此器件主要有1个20位移位寄存器、1个锁存器、1个多路输出器。多路输出器输出的BCD码经段译码器译码后，换成七段码（abcdefg）和小数点DP送到段驱动器输出。
（4）存储器
读写器中设计了存储器。存储器选用24CXX系列的串行E2PROM。显示用MC14499驱动4位共阴数码管。正常工作后，每隔一段时间要把读写器拿到公交管理中心将读写器储存的信息回放到PC机中保存处理。读写器中存储器可采用24C64，其存储量为8KB，如有需要也可用容量更大的存储器如24C128或24C256等。
（5）监控电路
监控电路采用DS1232L芯片。它是个看门狗定时器，其功能是：上电和掉电时给89C52产生RESET信号；看门狗对系统进行监控，防止死机。
（6）非接触式IC卡
非接触式IC卡选用Mifare卡。其工作频率为13.6MHz，存储量为1KB分16区，每区2套密码，每个区的存储区域相互独立，因此每区可用作一种用途（第0区一般不用）以实现一卡多用。由于Mifare卡密码验证机制严密，保存的信息比较可靠安全，可以擦写几万次。Mifare卡的16个区，每区又分4块，每块16字节。在售卡机中用第1区作用户储值块，其中第0块存放身份号，第1~2块存放价值，第3块存放两套6字节密码和4字节读写访问条件。
四、主程序设计
1.主程序程序主要包括IC卡读写操作程序、键盘扫描程序等，主要完成系统变量的初始化，循环扫描键盘，检测操作IC卡，将操作结果存储和显示。售出的每张卡的记录包含：用户卡身份号（4字节）、售卡日期（2字节）、加卡金额（1字节）和售卡人编号（1字节）。因此最大能存储1023张售卡记录。读写器对IC卡的操作流程如图所示。
2.介绍软件设计方法。
售卡机：公交公司事先必须制作好两种IC票卡：一种是用户IC票卡，另一种是售卡员的售票IC卡。售卡员要进行售卡时，必须先到公交公司办理一张售票IC卡，才有售卡的资格。售票IC卡内存放了售卡员身份号、允许售卡的最大金额、两套6字节密码和4字节读写访问条件。售卡员售卡时，每充值一张卡必须从自己的售票IC卡中减去售卡金额，加到用户IC卡中。这样，可使公交公司的售卡网点分布得多而不乱，又可方便用户充值加卡，可有效地防止售票人员账目不清而造成的资金流失。
车载机：是集读卡、存储、显示等为一体的设备，需要接收数据中心系统下达的参数，即密码、车辆号、机器号、线路票价、黑名单等，实现刷卡扣费和运营信息存储的功能。车载机标准存储单位（页）容量是1000条刷卡记录，当日刷卡记录超过一页时，自动记入下一页。车载机最大读卡距离一般为10厘米，当有卡靠近时，检查IC卡有效性，进行扣费处理并将交易记录在存储器中。车载机应拒绝同时处理两张及以上的IC卡。车载机数据可通过数据传输媒介上传到中心系统，公司由中心系统进行数据分析管理。
参考文献
[1]王爱英.智能卡技术——IC卡（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2000.
[2]王卓人，邓晋军，刘宗祥.IC卡的技术与应用[M].北京：电子工业出版社，1999.
