射频刷卡技术

引言射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)是利用感应、电磁场或电磁波为传输手段，完成非接触式双向通信，获取相关数据的一种自动识别技术。射频识别卡最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便。目前，射频识别技术己经广泛使用，准备接替目前许多人工完成的工作程序。RFID技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了射频技术，还包含了射频技术、密码学、通信原理和半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学科。因此，对RFID技术的认识和研究具有深远的理论意义。随着21世纪数字化时代的到来，基于远程信息化网络管理技术和移动商务的社会需求，RFID技术智能管理系统将在各个领域中发挥巨大的作用。RFID技术正在成为一个新的经济增长点，在全球范围内蔓延开来，研究开发RFID技术有着巨大的经济效益和社会意义。一个典型的RFID系统一般由RFID标签、读写器以及计算机系统等部分组成。其中RFID标签中一般保存有约定格式的编码数据，用以惟一标识标签所附着的物体。与传统的识别方式相比，RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，且操作方便快捷。能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域，并且认为是条形码标签的未来代替品。RFID系统的工作原理框图如图1所示。读写器通过天线发送出一定频率的射频信号：当RFID标签进入读写器工作场时，其天线产生感应电流，从而RFID标签获得能量被激活并向读写器发出自身编码等信息；读写器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号；RFID标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。RFID针对常用的接触式识别系统的缺点加以改良，采用射频信号以无线方式传送数据资料，因此识别卡不必与读卡机接触就能读写数据资料。1系统总体简介本系统以AT89252单片机为控制核心，利用RFID读写基站U2270B对Temic公司的射频卡(本系统使用EM4100卡)进行数据的读写。在通信方面使用USB高速通信接口，采用南京沁恒公司的USB主控芯片CH375。数据库的存储管理利用SD卡。系统总体框如图2所示。2RFID读写模块U2270B的载波频率为100〜150kHz，其调制方式为曼彻斯特码和双相位码。U2270B的电源供给可为5V的稳压电源或者是12V的汽车蓄电池。它可以为RF场提供能量，其中在短距离运用时，外围驱动电路简单。U2270B还具有信号微调能力，而且其读写距离可达7〜10cm。U2270B还具有电压输出功能可以给微处理器或其他外围电路供电。U2270B具有省电模式和STANDBY控制可选，所以设计基站电路时可以按照功能的不同要求，设计基站的外围电路。具体电路图如

图3所示。本系统采用9V电池供电，并通过STANDBY端进行省电模式的控制。同时通过桥式二极管来增强读写距离。通过调整RF引脚所接电阻的大小，可以将内部振荡频率固定在150kHz，然后通过天线驱动器的放大作用，在天线附近形成150kHz的射频场，当射频卡进入该射频场内时，由于电磁感应的作用，在射频卡的天线端会产生感应电势，该感应电势也是射频卡的能量来源。数据写入射频卡采用场间隙方式，即由数据的“O”和T”控制振荡器的启振和停振，并由天线产生带有窄间歇的射频场，不同的场宽度分别代表数据“O”和T”，这样完成将基站发射的数据写入射频卡的过程，对场的控制可通过控制芯片的第6脚（CFE端）来实现。由射频卡返回的数据流可采用对射频卡天线的负载调制方式来实现。射频卡的负载调制会在基站天线上产生微弱的调幅，这样，通过二极管对基站天线电压的解调即可回收射频卡调制数据流。应当说明，与U2270B配套的射频卡返回的数据流采用的是曼彻斯特编码形式。由于U2270B不能完成曼彻斯特编码的解调，因此解调工作必须由微处理器来完成，这也是U2270B的不足之处。3射频卡模块射频卡选用的EM4100卡是由瑞士微电生产的一款用于只读射频卡信息传输的集成芯片。射频卡由IC芯片、感应线圈组成，COIL1与COIL2为感应线圈接口。全波整流电路、CSUP可以将线圈感应产生的能量保存供给芯片作为工作电源；时钟选取电路将筛选频率125kHz的载波作为时序发生电路的基准时钟源；内存中64位数据依次串行输出，通过编码模块输出曼彻斯特码；最后信号通过调制电路再由感应线圈发射出去。图4为EM4001芯片内部功能图。

HD□曲5EM4100芯片询部轨撮格式4HD□曲5EM4100芯片询部轨撮格式4戶列檢胶忡32牛4S粘PC”PC,PCiPCj停i!•忖EM4100全部的数据位为64位，它包含9个开始位（其值均为T）、40个数据位（8个厂商信息位+32个数据位）、14个行列奇校验位（10个行校验+4个列校验）和1个结束停止位。EM4100在向读卡机或PC机传送信息时，首先传送9个开始位，接着传送8个厂商信息或版本代码，然后再传送32个数据位。其中15个校验以及结束位用于跟踪包含厂商信息在内的40位数据。当EM4001上电初始化后，便依次将这64位数据反复输出，直到卡片离开基站读写器失电为止。图5为EM4100芯片内部数据格式。数据信息采用曼彻斯特编码，然后调制到载波上，影响感应线圈工作。数据“O”对应着电平下跳，数据T”对应着电平上跳。SD卡控制模块SD卡有两种总线协议，SD协议和SPI协议。现在绝大部分微控制器都集成SPI接口，所以利用这种方式与SD卡通信相对简单方便，但SPI协议在数据交换时只允许1位数据串行传输，所以速度受到限制。在SD协议下，允许强大的1线到4线数据传输，这样就提高了传输速度。但SD总线时序要求严格，如果用软件模拟不仅复杂繁琐，而且可靠性也不高，W86L388D支持SD方式的4线数据传输，并且根据所收到的命令能自动产生相应的SD时序，从而方便用户的使用，提高了系统的性能。W86L388D为台湾华邦公司的SD卡桥接芯片。W86L388D有8位数据与16位数据宽度可以选择，并且有专门的端口进行SD卡的检测与读写保护。W86L388D的工作电压为3.3V，所以在与89S52单片机进行通信的时候必须经过一个470Q的电阻进行分压处理。W86L388D的电路图如图7所示。结语射频识别技术最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便。所以，目前已经广泛使用，准备接替许多人工完成的工作程序。读卡器的设计主要用软件来实现射频信号的调制和解调，以实现对Teinic卡片的读和写操作。利用CH375芯片来实现系统的USB通信及数据的传输，利用SD卡实现数据及原始数据库的存储，同时利用SD卡桥接芯片W86L388D来实现简单便捷的SD卡SD模式的通信操作。智能射频卡的工作原理智能射频卡在校园一卡通系统中的应用银行接口子系统的实现方法2007-12-0115:33:06|分类：一卡通|字号大中小订阅关键词:射频卡校园一卡通银行接口RF卡无线Mifare【提要】本文概要介绍了智能射频卡的工作原理，并重点阐述了该卡在校园一卡通系统中的应用以及银行接口子系统的实现方法。1、引言智能射频卡（简称射频卡或RF卡）是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，将具有微处理器及大容量存储器的集成电路芯片和天线封装于塑料基片之中，以无线方式传送数据。外形与普通的信用卡基本相同，信息是靠卡中的集成电路进行存储和处理。RF卡在读写时处于非接触操作状态，避免了由于接触不良所造成的读写错误等误操作，同时避免了灰尘、油污等外部恶劣环境对读写卡的影响。它具有下述优良性能：（1）操作简单、快捷。RF卡采取无线通迅方式，使用时无方向要求，所以使用起来十分方便。（2）防冲突。RF卡中存有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此终端可以同时处理多张卡片。（3）便于一卡多用。RF卡中有多个分区，每个分区又各自有自己的密码，所以可以将不同的分区用于不同的应用，实现一卡多用。目前射频卡中的主流主要为Philips公司的Mifare技术。本文将针对近年来出现的高频非接触式Mifare1卡的特点、结构、应用等方面予以具体介绍，并给出具体应用实例。2、Mifare1卡的存储结构[1][2]Mifare1卡（简称M1卡）为8k位的IC卡。M1卡的存储结构如下。M1卡分为16个扇区，每个扇区4块（块0〜3），共64块，按块号编址为0〜63,除了第0扇区的块0（即绝对地址0块）用于存放厂商代码不可更改外，其他各扇区的块0、块1、块2为数据块，用于存储数据；块3为控制块，存放密码A、存取控制、密码B其结构如表1：A0A1A2A3A4A5PP078069B0B1B2B3B4B5密码A（6字节）存取控制（4字节）密码B（6字节）表1各扇区块3存储结构每个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，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位，分别以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如进行减值操作必须验证KEYA,进行加值操作必须验证KEYB，等等）。三个控制位在存取控制字节中的位置如表2所示（字节9为备用字节，默认值为0x69）。Bit76543210字节6C23bC22bC21bC20bC13bC12bC11bC10b字节7C13C12C11C10C33_bC32_bC31_bC30_b字节8C33C32C31C30C23C22C21C20表2控制位在存取控制字节中的位置（注：_b表示取反）每个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,扇区中的每个数据块的存取条件由密码和存取控制共同决定，他们的关系如表3所示。

控制位（X：0..2）访问条件（对块0、1、2）C1XC2XC3X读写加值减值000KeyA|BKeyA|BKeyA|BKeyA|B010KeyA|BNeverNeverNever100KeyA|BKeyBNeverNever110KeyA|BKeyBKeyBKeyA|B001KeyA|BNeverNeverKeyA|B011KeyBKeyBNeverNever101KeyBNeverNeverNever111NeverNeverNeverNever表3数据块存取控制条件据此通过授权机制，对特定操作用户实现不同级别的读写控制。只有知道特定密码组合的操作用户才能更新卡中数据从而大大增强了系统的安全性。射频卡的存储实现技术和工作原理决定了其良好特性，可适用于多种应用。其中射频卡具多个分区、适合一卡多用的特性，使得射频卡在各种一卡通系统中得到广泛应用。3、在校园一卡通中的应用以智能射频卡为信息载体来构建适用于校园管理和消费的校园一卡通系统，在各所大中小学得到了普遍应用。用智能卡取代学校目前使用的学生证、借书证、体育设施用卡、餐票、医疗证件、计算机房的机时票、通道出入证件等，消除了师生携带各种证件的烦恼。与银行联网的校园智能卡可以在校内外银行网点和指定商户圈存、圈提、取现、消费真正做到在校园内一卡通用。根据工程应用的用户需求，本文在局域网环境中开发了一个基于Client/Server模式的校园一卡通管理系统，通过对不同读写扇区的控制，实现客户对一卡多用的需求。系统中各对象间的主要关系如图1所示。航-并枷认ii\结则.务屮心耳.佥充位独航-并枷认ii\结则.务屮心耳.佥充位独l-d'-L-押F-扎；忧：”・4板WV1图1校园一卡通系统中各对象之间关系从业务功能上看，系统主要由以下几部分组成[3。](1)卡管理中心。卡管理子系统是“校园一卡通”系统的核心应用模块之一，它负责整个系统所有涉及卡片管理的业务处理，即管理从卡片发行到卡片回收、注销的整个卡片生命周期过程。身份认证中心。完成的功能主要包括：身份注册、账号关联、身份鉴别、会话令牌等。卡结算中心(财务中心)。本方案中财务结算子系统负责涉及校园卡资金应用的商户、部门与“校园一卡通”账户之间的结算以及系统与银行之间资金往来的结算。银行接口子系统。它提供“校园一卡通”系统到银行系统的接口。其他管理系统如消费管理子系统、教务管理子系统等，也以子系统方式接入“一卡通”系统。4、银行接口子系统的实现银行接口子系统是校园一卡通系统实现通过电子货币进行各种结算的纽带。利用计算机网络和银行接口终端设备实现持卡人的银行帐户资金向校园卡帐户划转，将校园卡系统原有手工现金存款方式转变为持卡人自主操作的银行卡与校园卡之间的资金转帐，减少现金流动，延长服务时间，方便了持卡人。通过银行接口终端主要完成圈存、圈提服务、查询“电子钱包”的余额及明细服务、查询银行账号的余额及明细服务、转账服务、缴费服务、“未登项”查询和转账服务、挂失服务、日结等功能。由于银行有关电子交易的严格规定，致使使用本子系统的用户比较少，因此本文给出了银行接口程序的部分程序代码供大家参考。对应的主要程序代码如下：//获取信息码和处理码charszMsgCode[5];memset(szMsgCode,0,sizeof(szMsgCode));memcpy(szMsgCode,m_pRecordGet->MessageCode,4);szMsgCode[4]='\0';••••••//由信息码分类处理switch(atol(szMsgCode)){case200://由处理码分类处理switch(atol(szProceCode)){case210001://银行卡余额查询nRet=Bank_QueryBalance();break;case210002://未登项查询nRet=Camp_PendingQuery();break;default:nRet=-1;break;}break;case400:switch(atol(szProceCode)){case210101://圈存冲正nRet=Bank_ConveyIn_Reversal();break;case210102://未登项圈存冲正nRet=Camp_PatchSave_Reversal();break;default:nRet=-1;break;}break;case500:switch(atol(szProceCode)){case920000://结算nRet=POS_Settle();break;case940000://结算2nRet=POS_Settle2();br