非接触式IC读卡器的设计

非接触式IC读卡器的设计

【摘要】非接触式IC卡又称为射频卡，是IC卡领域的一项新兴技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。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，设计一款更为方便有效的读写器对于构建一个便捷实用的应用系统来说有着重要的意义。本文设计是基于MFRC522射频芯片和STC11F32XE单片机的非接触式IC卡读卡器，并用该读卡器实现了对射频IC卡的读写操作。实际操作表明，本文设计的读写器能够实现对射频卡的制卡、扣费及充值功能，成本低廉，便于携带，且容易操作。

【关键词】IC卡读卡器；非接触式；系统设计

1.引言

IC卡即是集成电路卡，也可以称为智能卡、微芯片卡等。它的外形与磁卡很相似，因此只从外面很难辨别。磁卡作为IC卡的发展基础，最初由日本人提出，法国相关公司研制出了第一枚IC卡。

早期的IC卡系统是接触式的，它有本身不可客服的缺点，如接触磨损、交易速率慢、难以维护、基础设施投入大等。随着信息业和服务业的全球化，在一些场合，对信息载体的便携性、安全性等方面提出更高的要求，于是非接触式IC卡以其无机械磨损、容易维护、方便使用等优点，成为IC卡中潜力最大的新军为备受国内外业界的瞩目。

非接触式IC卡是当今世界先进的射频技术和IC卡技术相结合的产物，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技术结合起来，解决了无缘和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破，使卡片在靠近读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作。非接触式IC卡一经问世，便立即引起广泛的关注。非接触式IC卡操作方便、抗干扰性高、可靠性高、安全性高的特点，使得他在一些接触式IC卡不使用或者无法使用的场所，具有无可比拟的优势被广泛应用于公交、收费、门禁系统、考勤系统等领域。

一个非接触IC卡内部结构示意图如图1所示。

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，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。本文主要研制了一个非接触式IC读卡器设计制作系统。主要包括矩阵键盘模块、LCD12864液晶显示模块、射频卡感应模块、串行口模块、电源模块、蜂鸣器模块，通过各个模块的联系焊接出实际电路，实现普通非接触IC读卡器应用。如：实现可刷卡消费、设定金额消费、充值的功能。

2.非接触IC读卡器的设计原理

2.1 设计原理

本设计是在基于单片机的可刷射频卡的模型，因此在这个非接触式IC读卡器设计中单片机无可置疑地作为了其中的核心控制和处理单元。矩阵键盘模块、LCD12864显示模块、射频卡感应模块、串行口模块、电源模块、蜂鸣器模块、LED显示模块等模块分别与单片机核心单元以相应的方式加以连接。

各模块所要实现的功能如下：

矩阵键盘模块：这个模块作为本设计的输入设备其实是主要用作人机交互的输入设备，通过矩阵键盘上面按各相应按键来做出相应符合的选择，使得消费和充值过程更加便捷、轻松、同时体现设计人性化。

LCD12864显示模块：本模块主要用作人机交互的输出设备，通过LCD12864液晶显示相应符合的信息，并提醒下一步的操作选择。所以可以根据具体的实际情况做出相应的选择，使消费和充值过程更加便捷、轻松、更加友好、人性化。

射频卡感应模块：本模块主要有两大功能，一是是可以将从射频卡中读出的信息通过三种通信方式发送给单片机，同时可以将单片机想要对射频卡写入的信息通过该模块写入射频卡。第二个功能就此模块用作读卡器，可以对进入其范围内的未休眠的射频卡进行识别、鉴定等操作。

串行口模块：此模块主要的功能是上位机通信和进行程序的下载。

电源模块：电源模块分为+3.3V模块和+5V模块这两个模块，负责为射频卡读写卡模块提供稳定的工作电压的是+3.3V模块，而+5V电源模块则提供全部其他模块的工作电压。

蜂鸣器模块：此模块主要是起到当确定好输入值后刷卡成功时提醒的功能。

电路中LED显示作用为初始化开机时有个白色的灯亮，提示开始可以操作选择。

以上的各个模块相互配合，通过它们之间的运行，因此使得非接触IC读卡器设计制作的各项功能在模拟操作中可以更加轻松、顺畅、友好地显示出来，同时做到了消费充值整个过程的友好化、人性化、以及高效率化。

为了方便了解各个模块现将呈现如图2所示。

2.2 功能介绍

此非接触式IC读卡器设计的具体功能如下：

（1）此设计可以实现消费任意金额，充值任意金额，消费设定金额的消费功能。

（2）本设计具备可识别非接触IC卡的刷卡消费功能。

（3）利用矩阵键盘模拟，此处可以通过按相应的键输入对应数值金额，或者选择相应的方式进行消费，充值。

（4）具有能够通过友好的12864液晶屏人机交互界面显示整个消费，充值过程，并提示顾客下一步的操作步骤。

（5）此设计具有智能判断功能，可以随顾客的心愿，中途人为取消消费或充值。

（6）整个消费或充值过程的按键提示音功能。

（7）LED灯的作用就是初始化开机时白色的灯亮，提示开始可以操作选择。

3.系统硬件设计

3.1 总体设计结构

制作的非接触IC读卡器的设计可以实现刷卡方式进行任意消费设定值消费或充值，具有安全、实用、方便、快捷、可靠性高的特点，本设计需具备以下功能特点：

（1）键盘输入：需要顾客做出的各项操作都是通过矩阵键盘的按键实现；