基于智能接口的二代证核验设备的开发与应用

基于智能接口的二代证核验设备的开发与应用

一、开展二维x-ct通讯中国目前使用的第二代居民身份证（以下简称“二代证”）不仅采用了表面防御技术，还采用了国际先进的非接触式ic卡技术，将人员信息写入设备中。这一数字化防伪技术的应用,不仅给国家网络化管理带来便利,还有效防范了伪造等违法事件的发生。新技术的使用使得以往应用在一代证的视读核验方法不能适应新一代居民身份证的防伪要求。二代证的核验需要专用的核验设备,识别出芯片内的数据。因此,二代证的使用给核验设备提供了广泛的市场。据分析,公安部对警用二代证阅读(验证)机具的需求超过25万台,旅游饭店业对商用验证机具需求超过100万台。目前除公安系统内需配置各类台式和手持式验证机具外,机场、银行、宾馆、民政等各种公共场所对验证机具也都有旺盛需求,市场容量极其巨大。2004年公安部对生产二代证核验设备的厂家进行了招标,10家企业成为二代证核验设备的合格供应商。经过近5年的发展,二代证核验设备的使用已经具有相当的规模。但是,由于USB和RS-232C两种通讯方式协议完全不同,传输数据的格式大相径庭,因此这两种通讯方式很难并存于同一台二代证核验设备。尤其是目前市场上核验设备竞争激烈,设备外形小型化趋势明显,如何在尽可能小的设备中有效降低成本成为各厂家研发的关键。鉴于此,一直以来,二代证核验设备通讯方式都局限于单一的USB或者RS-232C模式。这就要求用户在购买设备时必须提前设定设备采用的通讯方式,一旦选定通讯方式,就不能轻易更改,给用户带来很大不便。计算机的发展日新月异,原来的计算机主要采用RS-232C端口,而现在USB通讯已经成为主要的数据交互方式之一,有的计算机上甚至已经没有RS-232C端口,取而代之的全部是USB端口。这种情况下,如果用户早期购买了RS-232C通讯方式的二代证核验设备,办公用PC升级以后,原来购买的核验设备将不能继续使用,必须重新购买,造成了极大浪费,提高了用户的使用成本。针对这种局面,为了满足用户需求,公安部第一研究所研制了采用智能接口技术的二代证阅读器,独创的智能接口技术能自动识别计算机通讯端口、自动设置通讯参数、自动找卡和识别卡内信息;同时,该技术支持从计算机USB端口或PS/2端口取电、直流稳压电源等多种灵活供电方式。该技术的应用增强了设备使用的灵活性、便利性,降低了设备成本,从根本上解决了用户使用不便等问题,满足了用户要求。二、识别与控制部分智能接口身份证阅读器采用了智能接口技术,图1是智能接口身份证阅读器的内部电路组成。如图所示,智能接口身份证阅读器是由智能接口控制模块、识别与安全控制模块、数据传送模块三部分组成。其中智能接口控制模块是采用了智能接口技术研发出来的智能识别USB和RS-232C两种通讯方式的关键部件,由智能接口通讯电缆和智能接口控制电路板两部分组成。识别与安全控制模块是分析数据的核心模块,用于计算机与二代证数据的加密解密、分析数据的有效性并控制数据传输。该部分由控制安全的安全模块和分析通讯数据的控制板组成。数据传送模块主要是完成射频信号和电路信号的转换,实现阅读器和二代证之间的数据交换,由射频控制部分和天线组成。三个模块之间相互配合,完成二代证的识别。整个二代证数字化信息的识别过程由计算机发起。阅读器接收到上位机(计算机)的指令后,根据指令完成相应的功能,是从属机。首先,上位机会向阅读器发送握手信号,阅读器接收到握手信号后,经智能接口控制模块对其进行分析,分析出该信号的通讯方式,然后将指令分类并传送给识别与安全控制模块的USB或者RS-232C接收端口。识别与安全控制模块接收到数据后,根据指令要求原路返回相应的握手信号,与上位机建立数据通讯通道,阅读器进入识别状态,数据传送模块开始找卡。数据传送模块采用连续发射的方式找卡,当二代证放入阅读器数据传送模块的可识别范围内,二代证会响应数据传送模块发送的射频信号,使数据传送模块做出“有卡”的判断,并传送给识别与安全控制模块。然后数据经阅读器与上位机建立好的通讯通道发给上位机,以便下一步操作。上位机识别到“有卡”信号后给阅读器发送读卡指令,识别与安全控制模块对指令进行分析并解密,由数据传送模块转换成无线射频信号发送给二代证,二代证根据指令将上位机所需信息原路回传。最后,上位机对收到的数据分析后,将信息显示在显示屏上,完成本次读卡操作。若识别过程中出现错误,阅读器的识别与安全控制模块会分析错误原因,将错误原因反馈给上位机。上位机解析相应指令,做出错误提示,以便人为校正。为了阅读器工作稳定,防止运行程序跑飞或陷入死循环造成的阅读器失控或死锁,设备运行的程序代码中增加了看门狗程序来监控系统的运行状态。程序利用控制芯片本身的定时记数器,不断记数,当记数器溢出,则产生中断,对设备进行复位。为了不影响正常程序的运行,防止中断处理程序误操作,在正常的程序运行顺序中加入记数器清除指令,只要程序在可控制状态下运行,CPU就不会复位。软件看门狗的应用,增加了阅读器的稳定性,降低了硬件的成本,提高了产品的性价比。三、创新点1.智能接口控制板智能接口技术,顾名思义,是具有智能化特点的技术,该技术可以智能化识别通讯端口,自动设置通讯参数、自动找卡和识别卡片内置芯片内数据。鉴于USB和RS-232C通讯方式不同,在设计方案制定之初,就考虑了智能接口技术的应用,并对设备底层的电路板进行改进。在电路改进时,研究人员开发了一块同时接受两种通讯信号,并可以进行分类传输的智能接口控制电路板(以下简称接口板)。该接口板主要起到数据连接及电源输入连接的作用,是智能接口身份证阅读器中的重要部件。其中接口板的输入端是1394的特殊器件,它是含有6个管脚的特殊元器件,可以连入电源及RS-232和USB的数据通信线;输出接口部分为一个4芯和一个5芯的插座,分别用于USB和RS-232C连接(图2)。智能接口技术的实现是通过接口板、智能接口通讯电缆(以下简称通讯电缆)和识别软件共同实现的。运行该设备时,用通讯电缆将阅读器与计算机连接起来。在计算机上运行的识别软件会通过接口板给阅读器的USB接收端和串口接收端发送指令,对阅读器进行检测,由阅读器对这两种指令做出回应,与上位机产生握手信号,通过握手信号,识别软件对所回应的信号作出判断,自动确定通讯方式和通讯端口。2.基于ps/2端口供电方式确定智能接口身份证阅读器采用多元化供电模式,具体为USB供电模式、PS/2供电模式、直流电源供电模式三种。阅读器的工作电压是+5V。为了保证设备工作电压稳定,使用简便,项目组确定了计算机端口的供电方式。鉴于生产年限较早的计算机USB口比较少,而生产年限较晚的计算机没有PS/2端口的现状,该设备的供电方式支持USB和PS/2两种供电模式。这两种模式均是由计算机端口提供电源的模式(图3)。由于移动存储设备(例如U盘)、键盘对电压要求不高,在一些计算机中存在电压不足的情况,因此设备还支持直流稳压电源供电的模式(图4)。多元化供电满足了不同使用情况下设备正常运行的基本供电条件,令使用更加便利,提升了顾客满意度。3.新型系统的测试结果智能接口身份证阅读器采用RF无线射频与二代证进行数据通讯。根据GB/T18239-2000《集成电路(IC)卡读写机通用规范》,此类产品的电磁兼容特性需做强制性检测,电磁兼容特性需满足GB9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》A级、GB/T17618-1998《信息技术设备抗扰度限制和测量方法》等标