防復(fù)制電梯IC卡智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　

2.4 繼電器擴(kuò)展板電路接口設(shè)計(jì)

　　繼電器擴(kuò)展板采用74HC595芯片實(shí)現(xiàn)串轉(zhuǎn)并設(shè)計(jì)，并采用雙繼電器工作模式，即對(duì)于同一樓層可由兩個(gè)繼電器控制，一個(gè)繼電器采用常開模式，另一個(gè)繼電器采用常閉模式，采用常閉模式可以有效保障系統(tǒng)的安全性。繼電器作為一個(gè)控制開關(guān)是串聯(lián)在電梯按鈕開關(guān)中起作用的，當(dāng)系統(tǒng)正常上電后，常閉繼電器工作，斷開電梯按鈕開關(guān)，此時(shí)，只有正常刷卡才能使繼電器停止工作而處于常閉狀態(tài)，電梯按鈕開關(guān)接通，用戶可以正常按下電梯按鈕開關(guān)，超過設(shè)定時(shí)間之后，繼電器繼續(xù)工作，常閉開關(guān)斷開。

　　IAP15F2K61S2單片機(jī)P3.3、P3.4和P3.5引腳通過主控板接口分別連接74HC595芯片的串行數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)移位時(shí)鐘輸入及移位寄存器時(shí)鐘輸入，74HC595芯片八路輸出信號(hào)再由ULN2083芯片驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器，同時(shí)把串行信號(hào)通過U10(74HC245)擴(kuò)展到下一級(jí)。其中，D1Z-D16Z和D1J-D16J是保護(hù)二極管，起到保護(hù)電路的作用。繼電器擴(kuò)展電路接口設(shè)計(jì)原理圖如圖5所示^[6]。

2.5 Flash存儲(chǔ)模塊電路設(shè)計(jì)

　　AT45DB161D是2MB的串行接口閃存芯片，支持RapidS快速串行接口，它有兩個(gè)SRAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這對(duì)數(shù)據(jù)讀取、寫入提供了極大的方便，提高了并行操作的效率^[7]。采用大容量Flash存儲(chǔ)器芯片AT45DB161D，使得系統(tǒng)可以存儲(chǔ)大量讀取的卡片信息或者存儲(chǔ)漢字庫、圖片庫以及作為系統(tǒng)的查詢數(shù)據(jù)庫等，此處，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器主要用來存儲(chǔ)用戶刷卡記錄和卡的序列號(hào)以及卡狀態(tài)。AT45DB161D通過P2.0、P2.1、P2.2、P4.3以SPI通信協(xié)議與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。AT45DB161D的工作電壓是3.3V，需要用為AT45DB161D提供3.3V工作電壓。并需要把IAP單片機(jī)的IO口配置成弱上拉模式，單片機(jī)端口和AT45DB161D的通信端口才能直接相連。Flash存儲(chǔ)模塊電路圖如圖6所示。

下位機(jī)軟件在Keil C開發(fā)環(huán)境中用C語言編寫，上位機(jī)電梯管理系統(tǒng)軟件主要使用VC++6.0和SQL Server 2005進(jìn)行開發(fā)。

3.1 電梯下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　電梯刷卡控制控制器下位機(jī)上電后首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括讀取系統(tǒng)參數(shù)、初始化射頻芯片MFRC500、初始化DS1302芯片等操作，初始化完成后系統(tǒng)進(jìn)入尋卡循環(huán)^[8]。如果檢測(cè)到合法的IC卡就進(jìn)行讀卡，讀卡完成后利用卡中信息對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理，如果是不合法的卡，蜂鳴器會(huì)給出報(bào)警聲。電梯下位機(jī)程序流程圖如圖7所示。

　　下位機(jī)軟件流程大致分為以下幾個(gè)步驟：首先，進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括讀取系統(tǒng)參數(shù)、初始化射頻芯片MFRC500、比對(duì)MFRC500序列號(hào)、初始化DS1302芯片等操作，然后讀取IAP15F2K61S2單片機(jī)EEPROM固定扇區(qū)存儲(chǔ)的同步卡同步密碼，該同步密碼是為了區(qū)分不同小區(qū)而設(shè)置的，只有同步密碼設(shè)置成功后，才能進(jìn)一步設(shè)置系統(tǒng)的設(shè)備地址、時(shí)間、讀取用戶卡等操作，若同步密碼全為FF，則說明是系統(tǒng)首次上電，需要用戶刷入同步卡密碼。

　　當(dāng)刷入正確的同步卡同步密碼后，就進(jìn)入了正常的讀卡、寫卡以及防UID流程。UID卡是一種兼容Mifare one卡的IC卡，該卡可以修改任意扇區(qū)任意塊，包括0扇區(qū)0塊，因此，該卡主要應(yīng)用在IC卡復(fù)制上^[9]。為了防止用戶隨意復(fù)制正常的用戶卡，從而給正常的電梯管理帶來隱患，系統(tǒng)在軟件模塊中加入了防UID算法，防UID卡算法大致流程如下：尋卡、防沖突及選擇卡成功后，發(fā)送休眠指令使IC進(jìn)入休眠，連續(xù)發(fā)送特殊指令0x40、0x43，如果IC卡返回0x0A，則表示該卡為UID卡：若檢測(cè)到卡為UID卡，則使卡休眠并做相應(yīng)的報(bào)警處理。對(duì)于那些一次復(fù)制鎖死0扇區(qū)0塊的IC卡，如FUID、UFUID等，或者那些自動(dòng)起防屏蔽作用IC卡，如CUID卡等，該檢測(cè)UID卡的算法不起作用。為此，系統(tǒng)在軟件算法上做了改進(jìn)，采用“滾動(dòng)密碼”方法很好地解決了所有復(fù)制卡的問題。首先在AT45DB161D存儲(chǔ)器和用戶卡的某扇區(qū)寫入完全一樣的“滾動(dòng)密碼”，當(dāng)用戶在電梯控制系統(tǒng)上刷卡時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)卡號(hào)在存儲(chǔ)器中查找比對(duì)，若查找成功，再比對(duì)該用戶卡中存儲(chǔ)的“滾動(dòng)密碼”是否和系統(tǒng)存儲(chǔ)的一致，若完全一致，則用戶卡存儲(chǔ)的滾動(dòng)碼和系統(tǒng)存儲(chǔ)的滾動(dòng)碼同時(shí)滾動(dòng)加1，并控制相應(yīng)樓層的電梯按鈕閉合，此時(shí)用戶可按下相應(yīng)的電梯按鈕正常乘梯。對(duì)于復(fù)制的完全一樣的兩張或多張IC卡，用戶只能使用其中一張正常刷卡，因?yàn)?，一旦刷卡成功，滾動(dòng)碼開始滾動(dòng)，則其他的復(fù)制的IC就作廢了。

3.2 上位機(jī)管理軟件設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)程序在VC++6.0開發(fā)環(huán)境下使用MFC框架類，基于單文檔模式和對(duì)話框模式開發(fā)，其中使用到了串口通訊類以及API調(diào)用的方法和ADO數(shù)據(jù)庫技術(shù)^[10]。上位機(jī)管理軟件和發(fā)卡器按照一定的通信協(xié)議進(jìn)行通信，VC++6.0實(shí)現(xiàn)串口通信編程、控制發(fā)卡器進(jìn)行發(fā)卡、掛失、修改權(quán)限、用戶管理、數(shù)據(jù)庫的管理等功能。上位機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)卡器進(jìn)行操作卡的流程如圖8所示。上位機(jī)啟動(dòng)之前首先和發(fā)卡器進(jìn)行設(shè)備序列號(hào)驗(yàn)證，驗(yàn)證成功打開軟件發(fā)卡操作界面，否則，軟件打開失敗。成功打開軟件之后，發(fā)卡器根據(jù)一定的協(xié)議接收上位機(jī)通過串口發(fā)送的命令碼，根據(jù)不同的命令碼對(duì)卡進(jìn)行相應(yīng)的處理，圖9描述了上位機(jī)和發(fā)卡器進(jìn)行通信的大致流程。上位機(jī)操作界面如圖9所示。

4 結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)了一種防復(fù)制電梯IC卡控制系統(tǒng)，詳細(xì)論述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及防復(fù)制的算法流程等，該系統(tǒng)對(duì)保障用戶正常使用電梯起到了積極有效的作用，該系統(tǒng)延長了電梯的使用壽命，提高了電梯運(yùn)行效率，節(jié)省了費(fèi)用開支，提高了物業(yè)管理的效率，為物業(yè)管理提供了全新的模式，是物業(yè)管理科學(xué)化、規(guī)范化和安全化的體現(xiàn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。

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　　[9]NXP Semiconductors.Standard Card IC MF1 IC S50 Functional Specification [DB/OL].http://www.nxp.com/.

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第11期第34頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。