非接触式IC卡收款机的设计【开题报告】.doc

1、毕业设计开题报告 电子信息工程 非接触式 IC 卡收款机的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 （一）选题依据和意义 射频识别技术 (RFRD Radio Frequency Identification)技术是二十世纪九十年代兴起的一种 天线的、非接触方式的自动识别技术，是近几年发展起来的前沿科技项目。 非接触式 IC 卡又称射频卡，由 IC 芯片、感应天线组成，封装在一个标准的 PVC 卡片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术 ,它成功的将 射频识别技术 和 IC 卡技术结合起来 ,结束了无源 (卡中无电源 )和免接触这一难题 ,是电子器件

2、领域的一大突破 .卡片在一定距离范围 (通常为 5 10mm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。 由于非接触式 IC卡具有操作快捷、抗干扰性强、工作距离灵活、安全性高、便于“一卡多用 “等特点，在自动收费、身份识别和电子钱包等领域具有接触式 IC卡所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。非接触式 IC卡读写器是非接触式 IC卡应用系统的关键设备之一，再加上近来应用广泛的非接触式 IC卡 Mifare l卡的破解事件，设计一款更为安全有效的读写器对于构建一 个安全的应用系统来说有着重要的意义。 1993 年 6 月国务院启动了以发展我国电子货币为目的、以电子货币应用为重点的

3、各类卡基应用系统工程即我们常说的金卡工程。 金卡工程广义是金融电子化工程，狭义上是电子货币工程。它是我国的一项跨系统、跨地区、跨世纪的社会系统工程。它以计算机、通信等现代科技为基础，以银行卡等为介质，通过计算机网络系统，以电子信息转帐形式实现货币流通。 金卡工程建设的总体目标是要建立起一个现代化的、实用的、比较完整的电子货币系统，形成和完善符合我国国情、又能与国际接轨的金融卡业务管理体制，在全国 400 个城市覆盖 3 亿城市人口的广大地区，基本普及金融卡的应用。 IC 卡可以十分方便地 存储 汽车费、电话费、地铁乘车费、食堂就餐费、公路付费以及购物旅游、贸易服务等。 随着非接触式 IC 卡使

4、用的范围越来越广，所以必须开发出适合的刷卡机 读卡器，来实现 IC 卡的应用。 RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。研究 RFID技术，发展 RFID产业对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面产生深远影响，具有战略性的重大意义。 因此， RFID技术已在世 界各地得到广泛的应用，以美国、日本和欧洲的发达的国家对该技术应用研究已经达到相当高的水平，而我国处于起步状态，大多采用了引进的技术成果。所以研究该技术己成为我国当今社会发展的必然趋势。另外， RFID技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了微波技术与

5、电磁学理论，而且包括通信原理及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技术的认识和应用研究具有深远的理论意义。 现在，射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术，也将在中国很快地普及。典型的射频识别应用系统由非接触式 IC卡、非接触式 IC卡读写器和 应用系统组成，其中非接触式 IC卡读写器是连接非接触式 IC卡和应用系统的桥梁，是射频识别应用系统中的关键部件。而且现在的发展趋势要求射频识别系统要有更高的安全性，因此设计一款安全有效的读写器有着重要的商业价值意义。 （ 二）国内外研究动态 RFID技术应该归结为雷达技术的发展及应用，因此其历史可追溯到 20世纪初期，大约在 1

6、922年雷达诞生了，随后，在 1944年出现了早期研究 RFID技术的一篇里程碑的论文： “ Communication by Means of Reflected Power”。后来，随着电子技 术的发展，如晶体管集成电路、微处理芯片、通信网络等技术，拉开了 RFID技术的研究序幕。在 20世纪 60年代发表了一系列 RFID技术论文及专利文科 51。 RFID的应用已于 20世纪 60年代应运而生，在 20世纪 60年代末出现了商用 RFID系统一电子物品防盗系统简称 EAS(Electronic Article Surveillance)设备。 EAS被认为是 RFID技术最早、最广泛应

7、用于商业领域的系统。 20世纪 70年代末 RFID技术成为人们研究的热门课题，各种机构都开始致力于 RFID技术的开发，出现了一系列的研究成果， 并且将 RFID技术成功应用于自动汽车识别的电子记费系统、动物跟踪以及工厂自动化等。 20世纪 80年代是充分使用 RFID技术的 lO年。虽然在世界各地开发者的方向各有所不，但是在美国、法国、意大利、西班牙、挪威以及日本等国家都有不同程度在不同应用领域安装使用了 RFID系统。第一个实用的 RFID电子收费系统于 1 987年在挪威正式使用。 1989年在美国的达拉斯南部高速公路也开始使用不停车收费系统。在此期间纽约港务局和新泽西港务局开始在林肯

8、路的汽车入口处使用RFID系统。 80年代可以说是 RFID技术在电子收费系统应用 的年代。 20世纪 90年代是 RFID技术繁荣发展的十年，其主要表现是美国大量的装置了电子收费系统。同时欧洲也广泛的使用 RFID技术，如不停车收费系统、道路控制和商业上的应用。而一种新的尝试是 11公司开发的 TIRIS系统用于汽车发动机的启动控制，由于已经开发了能够密封到汽车钥匙当中的电子标签，使 RFID系统可以方便的应用于汽车防盗中。 RFID技术已经在许多国家的公路不停车收费或火车车辆的跟踪与管理中得到应用。 RFID 在中国的发展 ， RFID 在中国应该还在起步阶段， RFID 进入中国企业和政

9、府产业管理部门是从 2004 年 4 月 22 日 EPC 与物网论坛开始的。 我国几年来在许多领域也成功导入了 RFID 应用，主要是高、低频范围。已涉入城铁、公交一卡通、医保卡、校园一卡通、驾驶员卡、入场门票、压力容器管理等领域。 如果按照物流领域和非物流领域的应用来划分 RFID 技术与应用的发展现状， RFID在中国已经发展了十几年，主要集中在非物流领域，在非物流领域的应用，各个频率的技术都已经成熟，用户的投资收益模型也清晰明确，有很多应用案例可以支撑，包括：125K 广泛用于门禁等领域； 13M 广泛用于各种票证防伪； 915M 广泛用 于车辆识别等。 在物流领域，目前在技术实现、用

10、户应用模型、投资收益模型等几个方面都还需要进一步探讨。包括：采用哪种频率的技术；如何保证读取率（速度、数量、标签的位置等）；如何结合用户现有的系统，真正提升用户的使用模型；如何获取更大的投资收益；如何实现上下游信息共享，实现 EPC 与物联网。 我国政府在 1993 年制定的“金卡工程实施计划”及 “全国范围的金融卡网络系统 10年规划，是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程。它的实施，推动了金融电子化、商业和流通领域电子化的步代，使我国银行业 务得到迅速发展，并逐渐在电信、公安、石油、海关、工商管理、税收征管、卫生医疗、交通管理、公用事业、社会保障等各行各业得到广泛应用，并

11、带动了读写器和各类应用产品及系统的开发、生产和推广应用，初步形成了从芯片设计、模块生产、制卡、读写器及应用产品开发、生产的完整体系。但目前我国非接触式 IC 卡的制卡技术及其相应的读写卡设备技术仍处于相对落后状态，这在要求有极高安全性和保密性的金融行业中制约了我国金卡工程的实施和发展。也正因为如此，许多软硬件企业也纷纷瞄准这一新的 IC 卡领域进行生产与开发，相信非接触式 IC 卡的广泛 应用前景必将带来这一市场越来越激烈的竞争和更快的发展。 由于 RFID 的大规模应用涉及到成本、隐私保护以及安全等诸多因素，这些因素制约了 RFID 技术在我国的推广应用。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问

12、题： （一）基本内容 非接触式智能卡以其高度安全保密性，通信高速性，使用方便性，成本日渐低廉等特点而得到快速的普及和推广，现已广泛地应用于各类门禁控制系统，公共交通支付系统，医疗保险系统、停车场管理系统、仓储管理、车辆防盗等方面，并带动了读写机具和各类应用产品及系统的开发、生产和推广应用，本文正是在这种背景下，通过对射频识别系统组成和原理分析的基础上提出了基于 PHIUPS公司 MF RC500芯片的 Mifare射频卡识别模块的设计方法。设计采用 MF RC500射频读写芯片和 TA89S52单片机实现读写模块， 选用性价比高的 Mifare One卡实现系统应答器，模块体积小、使用方便、简

13、单，电路运行稳定。 这个 IC卡读写器以 ATMEL公司的 AT89S52单片机作为微控制器，采用 NXP公司的MF-RC500芯片作为射频卡读 /写模块，采用 DS1302作为 时钟系统的芯片， 以 AT24C64作为不掉电 存储模块 ，采用 LCD显示， 并以 RS232接口和计算机通信，组成一套功能齐全的非接触 IC卡读写系统 。系统框图如下： A T 8 9 S 5 2射 频 芯 片 M F - R C 5 0 0系 统 时 钟 模 块E2P R O M 存 储 模 块看 门 狗 及 复 位 电 路键 盘 及 其 接 口 电 路L C D 显 示 电 路报 警 电 路R S 2 3 2

14、 接 口 电 路电 源 模 块（二）拟解决主要问题 非接触式 IC 卡灵活方便，但这也给设计带来了不利的一面，其对数据的读 写操作的稳定性不是很好。 Philip 公司的 Mifare one 卡的存储区采用的 EEPROM ,众所周知 ,一般情况下 flash 保存的数据不会丢失 ,但缺点就是写数据时速度较慢，一般要 10ms。所以要保证速度的同时还要保证正确率。打卡出错存在三种情况 :第一种情况为用户打卡消费后 ,卡中的金额没有改变 ;第二种情况是打卡后 ,用户的卡中 金额为 0 ;第三种情况则是消费卡的金额已经正确扣除 ,但打卡处理还没有完全结束。稍加分析 ,不难得出 ,对于第一种情况

15、,错误的原因是还没对 IC 卡进行写操作 , IC 卡就移出有效操作的距离范围 ;对于第二种情况 ,错误的原因是对 IC 写操作的过程中 ,已完成了对 EEPROM 的擦除处理 ,但还没有对 EEPROM 进行写数处理 ， 对于第三种情况 ,错误的原因为对 IC 卡的写操作已完成 ,但还没有正确返回 , IC 卡就移出有效操作的距离范围 。 目前 ， 市面上的非接触式 IC 卡的考勤机、门禁机已大量出现 ， 但收费机却并不多见 ， 这也是因为非 接触式 IC 卡收费机做好抗干扰措施并不那么容易。 三、研究步骤、方法及措施： （一）研究步骤 本研究论文初步计划从 2010 年 12 月开始至 2

16、011 年 5月底结束，历时 6个月时间。 1.准备 启动 阶段 (2010.11 2011.1): 明确研究的方向、对象和方法。 收集相关资料并 撰 写开题报告；撰写文献综述； 拟订论文研究提纲和研究 方案 。 2.实践研究阶段 (2011.220 11.5):进行实证研究。 依据论文大纲撰写论文并交老师指导， 进行多个轮回的 指导 研究 ，完成了最终 定稿 。 3.答辩阶段 (2011.5 2011.6): 准备并参加论文答辩， 提交毕业论文和完整资料。 （二）方法 资料收集法，文献研究法、历史分析法等方法。 （三）措施 以网络 资源 、 图书馆电子图书 、 各种相关期刊论文 作为研究 的

17、主要来源 ，采用 学习阅读、 总结、对比分析等方法和手段，进行 多次的比较 研究 ，为本课题的研究提供尽可能多的理论支持，以保障本课题的理论正确和实际价值。 四、参考文献 1 李宝山，张慧元 . 13 56MHzRFID读卡器天线的设计。内蒙古科技大学学报。 2009 2百度百科 . 无线射频识别技术 http:/ 3 Harry Stockman（无线电工程师协会（ IEEE的前身）论文集， 1196页 -1204页， 1948年 10月 4陈永飞 非接触式 IC卡简介 电子报 / 2002 年 / 04 月 / 28 日 / 第 013 版 / 5 沈宇超 射频识别技术及其发展现状 J 电

18、子技术应用， 2007(1)： 8 9 6 IC 卡电能表的现状与改进 J 电测与仪表， 2006(8)： 15 19 7 邬依林 ,刘少君 基于非接触式 IC卡收费机的设计 J 广东教育学 院报第 24卷 第 21期， 2004年 5月。 8 游战清，李苏剑 .无线射频识别技术 (RFID)理论与应用 M。电子工业出版社， 2004年 1O月。 9严雄武 , 梁楚樵 .MIFARE 非接触式 IC 卡读卡器的设计构架研究 D武汉理工大学信息工程学院 , 武汉 430070。 10严雄武基于 Mifare非接解式 Ic卡的射频识别系统研究与实现 D武汉理工大学硕士学位论文，2005年 6月。

19、11张文 .自动售货机 IC卡收费模块的设计与应用 J微计算机信息， 2006， 2 2： 201-203。12PHILIPS公司 .MF RC500 Basic Function LibraryP March 2001 13PHILIPS 公司 .Highly Intergrated ISO 14443A Reader ICP January 2002 14牛斗，常国权，李丹，曲广强 .基于 MF_RC5O0和 Mifare射频卡识别模块的设计 J 中文核心期刊微计算机信息 (嵌入式与 SOC)2007年第 23卷第 2-2期。 15陈作炳 , 张鸿宇 .CPU 卡技术及应用系统设计研究 J 1 武汉理工大 学学报 , 2002, 24 (9) : 85 871。 16何立民 . 单片机应用系统设计 M . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1995。