防復制電梯IC卡智能控制系統設計　

2.4 繼電器擴展板電路接口設計

　　繼電器擴展板采用74HC595芯片實(shí)現串轉并設計，并采用雙繼電器工作模式，即對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(kāi)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的安全性。繼電器作為一個(gè)控制開(kāi)關(guān)是串聯(lián)在電梯按鈕開(kāi)關(guān)中起作用的，當系統正常上電后，常閉繼電器工作，斷開(kāi)電梯按鈕開(kāi)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(kāi)關(guān)接通，用戶(hù)可以正常按下電梯按鈕開(kāi)關(guān)，超過(guò)設定時(shí)間之后，繼電器繼續工作，常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

　　IAP15F2K61S2單片機P3.3、P3.4和P3.5引腳通過(guò)主控板接口分別連接74HC595芯片的串行數據輸入、存儲移位時(shí)鐘輸入及移位寄存器時(shí)鐘輸入，74HC595芯片八路輸出信號再由ULN2083芯片驅動(dòng)相應的繼電器，同時(shí)把串行信號通過(guò)U10(74HC245)擴展到下一級。其中，D1Z-D16Z和D1J-D16J是保護二極管，起到保護電路的作用。繼電器擴展電路接口設計原理圖如圖5所示^[6]。

2.5 Flash存儲模塊電路設計

　　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數據緩沖區，這對數據讀取、寫(xiě)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存儲器芯片AT45DB161D，使得系統可以存儲大量讀取的卡片信息或者存儲漢字庫、圖片庫以及作為系統的查詢(xún)數據庫等，此處，Flash存儲器主要用來(lái)存儲用戶(hù)刷卡記錄和卡的序列號以及卡狀態(tài)。AT45DB161D通過(guò)P2.0、P2.1、P2.2、P4.3以SPI通信協(xié)議與主控制器進(jìn)行數據通訊。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單片機的IO口配置成弱上拉模式，單片機端口和AT45DB161D的通信端口才能直接相連。Flash存儲模塊電路圖如圖6所示。

下位機軟件在Keil C開(kāi)發(fā)環(huán)境中用C語(yǔ)言編寫(xiě)，上位機電梯管理系統軟件主要使用VC++6.0和SQL Server 2005進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

3.1 電梯下位機軟件設計

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

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

　　當刷入正確的同步卡同步密碼后，就進(jìn)入了正常的讀卡、寫(xiě)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任意塊，包括0扇區0塊，因此，該卡主要應用在IC卡復制上^[9]。為了防止用戶(hù)隨意復制正常的用戶(hù)卡，從而給正常的電梯管理帶來(lái)隱患，系統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：若檢測到卡為UID卡，則使卡休眠并做相應的報警處理。對于那些一次復制鎖死0扇區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UID卡的算法不起作用。為此，系統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制卡的問(wèn)題。首先在AT45DB161D存儲器和用戶(hù)卡的某扇區寫(xiě)入完全一樣的“滾動(dòng)密碼”，當用戶(hù)在電梯控制系統上刷卡時(shí)，系統根據卡號在存儲器中查找比對，若查找成功，再比對該用戶(hù)卡中存儲的“滾動(dòng)密碼”是否和系統存儲的一致，若完全一致，則用戶(hù)卡存儲的滾動(dòng)碼和系統存儲的滾動(dòng)碼同時(shí)滾動(dòng)加1，并控制相應樓層的電梯按鈕閉合，此時(shí)用戶(hù)可按下相應的電梯按鈕正常乘梯。對于復制的完全一樣的兩張或多張IC卡，用戶(hù)只能使用其中一張正常刷卡，因為，一旦刷卡成功，滾動(dòng)碼開(kāi)始滾動(dòng)，則其他的復制的IC就作廢了。

3.2 上位機管理軟件設計

　　上位機程序在VC++6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下使用MFC框架類(lèi)，基于單文檔模式和對話(huà)框模式開(kāi)發(fā)，其中使用到了串口通訊類(lèi)以及API調用的方法和ADO數據庫技術(shù)^[10]。上位機管理軟件和發(fā)卡器按照一定的通信協(xié)議進(jìn)行通信，VC++6.0實(shí)現串口通信編程、控制發(fā)卡器進(jìn)行發(fā)卡、掛失、修改權限、用戶(hù)管理、數據庫的管理等功能。上位機驅動(dòng)發(fā)卡器進(jìn)行操作卡的流程如圖8所示。上位機啟動(dòng)之前首先和發(fā)卡器進(jìn)行設備序列號驗證，驗證成功打開(kāi)軟件發(fā)卡操作界面，否則，軟件打開(kāi)失敗。成功打開(kāi)軟件之后，發(fā)卡器根據一定的協(xié)議接收上位機通過(guò)串口發(fā)送的命令碼，根據不同的命令碼對卡進(jìn)行相應的處理，圖9描述了上位機和發(fā)卡器進(jìn)行通信的大致流程。上位機操作界面如圖9所示。

4 結論

　　本文設計了一種防復制電梯IC卡控制系統，詳細論述了系統的硬件設計、軟件設計及防復制的算法流程等，該系統對保障用戶(hù)正常使用電梯起到了積極有效的作用，該系統延長(cháng)了電梯的使用壽命，提高了電梯運行效率，節省了費用開(kāi)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、規范化和安全化的體現，有著(zhù)廣泛的應用前景。

　　參考文獻：

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　　[7]Atmel Corporation.16-megabit 2.5-volt or 2.7-volt DataFlash AT45DB161D [DB/OL].http://www.atmel.com/.

　　[8]宏晶科技公司.IAP15F2K61S2系列單片機器件手冊[DB/OL].http://www.stcmcu.com/.

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

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