基于单片机控制的非接触式IC卡读卡器设计

基于单片机控制的非接触式IC卡读卡器设计

作者：刘瑞涛

来源：《价值工程》2014年第12期

摘要： 本文在深入分析非接触式IC卡工作原理的基础上，提出了一种基于ATS51单片机控制的S50系列IC卡读卡器的设计方法，并从元器件选型，硬件电路设计，软件程序设计等方面进行了探讨，并结合公共交通收费系统的实际应用，系统地讲解了公交车刷卡机的读写技术和工作原理。

Abstract： Based on thorough analysis of the working principle of contactless IC card， this paper proposes a design method of S50 series IC card reader based on ATS51 control. It discusses the design from the components selection， hardware circuit design， software program design and other aspects. Combined with the practical application of public transport charge system， the reading and writing techniques and working principle of bus card machine is systematically explained. 关键词： 非接触式IC卡；单片机；S50系列；刷卡机

Key words： contactless IC card；single chip microcomputer；S50 series；card machine 中图分类号：TN409 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）12-0027-02 0 引言

非接触式IC卡因其使用方便，安全可靠，成本低廉等特点正逐步应用于居民生活的各个方面，已经广泛使用在公共交通收费系统，医院信息管理系统，学校一卡通系统，小区门禁系统，停车场管理收费系统等诸多方面，给人民的日常生活，医院就医，外出交通提供了很大便利。本设计是主要采用非接触式IC卡读卡模块进行信息采集，并用市场上比较常用ATS51作为主控芯片设计一款公交刷卡器系统。其主要功能如下：能够读取非接触式IC卡信息并能自动扣费；正常扣费时发出短提示音，当卡中费用低于限额时发出长提示音；通过数码管显示卡中余额及其他信息。 1 设计思路及流程

根据前面所讲的功能要求，IC卡读卡器系统可以分为单片机模块、电源模块、读卡器模块、显示模块、报警模块5部分组成。如图1所示。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

单片机模块采用ATS51作为核心控制器，并配有基本的复位电路与晶振电路，其从读卡器模块中读取IC卡信息及数据，通过显示模块向外输出显示，同时通过报警模块发出对应的提示音。

电源模块可以采用两种方式供电，一种是市电交流220V供电，读卡器系统内部必须使用开关电源，将交流电转变为直流5V，供系统正常工作；另一种是利用公交车上的车载电源12V供电，这时系统内部必须使用线性稳压芯片7805将12V直流电转变成5V直流电。 读卡器模块用于对IC卡进行读写卡操作，IC卡采用飞利浦公司的S50卡，使用13号存储块存储乘车人各类信息，并采用与之配套的专用读写卡模块进行数据读写 操作。

显示模块主要显示IC卡信息及待乘车次数，由于只是显示数字信息，所以采用控制比较简单的数码管作为显示器件，使用四位一体数码管显示，采用静态显示方式。

报警模块主要发出长音和短音两种提示音，方便乘客在刷卡时确认是否刷卡成功，发音器件采用市场上常见的蜂鸣器。 2 硬件电路设计

本系统中涉及到的芯片主要包括单片机ATS51，线性稳压芯片7805，读卡模块和S50卡片。由于ATS51和7805芯片是比较常用的芯片，在一般的教学中都会重点讲解，所以在此不再赘述。本文主要介绍读卡模块和S50卡。

2.1 非接触式IC卡S50卡 S50系列IC卡的核心是飞利浦公司的S50系列芯片，并采用了国际上常用的ISO14443 TYPE A标准，IC卡的制造标准采用Mifare技术作为标准，其功能框图如图2所示。

IC卡主要包括RF射频接口电路和数字电路部分。在射频接口电路中，波形转换模块可以接收读卡器发出的13.56MHz无线电调制信号，进行调试、解调，并进行波形转换，之后又电压模块进行电压转换并输出到卡上的各个电路上，最后使电路同步启动。数字电路部分包括请求应答模块，存储控制模块等部件，主要实现对IC卡的选择与认证，数据的读与写。 2.2 S50卡读写模块 对S50卡的读写操作由MFRC500芯片完成，现今市场上已经将此芯片集成为专用的读写模块MF-500M。此模块是采用最新的MIFARE技术设计的微型嵌入式、非接触式IC卡读写模块，内嵌ISO14443 TYPE A协议解释器，并具有射频驱动及接受功能，可以实现对S50卡的读写操作，操作距离为10cm。其特性为5V供电，RS-232接口，射频频率13.56MHz，106kbit/s传输率，工作温度-20～+75℃

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

2.3 读卡电路 硬件设计中单片机通过串口向读卡模块发送指令及接受数据，因此单片机的TXD、RXD引脚分别接读卡模块的RXD、TXD。同时为了能够将数据传输过程实时的显示出来，将单片机的TXD、RXD引脚分别连接上一个LED和1KΩ的限流电阻，当有数据交换时，LED灯闪烁。 3 软件程序设计

软件程序主要实现读卡模块对IC卡进行读写操作，并将信息显示到数码管上及发出提示音。主要包括：主程序模块，调用各个子程序，实现IC卡读写操作；读卡子程序模块，根据读写电路，实现对IC卡的读写操作；显示子程序模块，根据显示电路，将信息输出到数码管显示；报警子程序模块，根据报警电路，控制蜂鸣器发出长短提示音。在读卡子程序模块中要根据MF-500的指令结构图与指令集分别编写寻卡函数、读卡函数、写卡函数以及停卡 函数。 4 结束语

本文针对公交车IC卡收费系统提出了具有针对性、专业性的设计方案，并给出了硬件设计和软件编程的思路与方法。在硬件设计中，由于外界环境干扰信号较多，可以采用看门狗功能芯片，当系统死机时能够强迫其复位。在本系统的基础上，还可以加上时钟芯片和存储芯片，记录刷卡时间，便成为考勤机，如果再加上与上位机的通信模块，还可将数据传输到上位机上，便于建立数据库。 参考文献：

[1]黄春耀，王清辉.非接触式IC卡开放实验室管理系统下位机设计[J].龙岩学院学报，2012（4）：27-31.

[2]林君.基于STC12C5A60S2单片机的射频读卡器设计[J].科技信息，2012（35）：155，173.

[3]张凤涛.基于单片机技术的非接触式IC卡考勤机设计方案研究[J].河南科技，2013（1）：20.

[4]于丰华，雷宇桥，胡玉杰，孙浩，朱凤武.基于非接触式IC卡的考勤系统设计[J].电子世界，2013（4）：18-19，33.

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn