于韶東，解品星，李聰

（上汽通用東岳汽車(chē)有限公司，山東煙臺(tái)，264010）

0 引言

現(xiàn)代汽車(chē)廠(chǎng)有許多叉車(chē)、電瓶車(chē)、物料運(yùn)輸車(chē)等特種車(chē)輛，為了安全起見(jiàn)，需要針對(duì)這些特種車(chē)輛進(jìn)行權(quán)限管理，掌握車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，駕駛?cè)说男畔?。基于STM32開(kāi)發(fā)的工廠(chǎng)級(jí)IC刷卡機(jī)，從應(yīng)用安全入手，通過(guò)原理分析，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)搭載無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)與紅外傳感器的刷卡機(jī)，安裝在各特種車(chē)輛上，使工廠(chǎng)管理人員對(duì)各特種車(chē)輛進(jìn)行權(quán)限管理、信息數(shù)據(jù)收集等得到高效利用，同時(shí)對(duì)操作特種車(chē)輛增加雙重安全保護(hù)。

1 IC刷卡機(jī)系統(tǒng)原理分析

■1.1 權(quán)限卡類(lèi)別

本系統(tǒng)將工卡分為超級(jí)卡、管理卡、會(huì)員卡三種。

超級(jí)卡：直接將卡號(hào)寫(xiě)再單片機(jī)內(nèi)部，掉電不會(huì)丟失，每個(gè)系統(tǒng)僅有一張，作用是授權(quán)管理卡。

管理卡：授權(quán)會(huì)員卡，將讀取的卡號(hào)會(huì)寫(xiě)在存儲(chǔ)器，完成授權(quán)，可授權(quán)2張管理卡，授權(quán)完成的2張管理卡可獨(dú)立對(duì)會(huì)員卡授權(quán)。

會(huì)員卡：由管理卡授權(quán)，將新刷入的卡將被依次記憶在地址1-16中（可以擴(kuò)展到256，增加EEPROM單元），完成授權(quán)，具有DRIVER功能，即具有操作特種車(chē)輛的權(quán)限。

只有在人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)感應(yīng)狀態(tài)下，會(huì)員卡操作才能使特種車(chē)輛上電；操作完成后，人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)沒(méi)被感應(yīng)超過(guò)10秒，特種車(chē)輛自動(dòng)斷電。

■1.2 刷卡機(jī)系統(tǒng)邏輯

刷卡機(jī)系統(tǒng)邏輯圖如圖1所示。

圖1 刷卡機(jī)系統(tǒng)邏輯圖

2 IC刷卡機(jī)硬件設(shè)計(jì)

■2.1 RC522射頻技術(shù)電路設(shè)計(jì)

2.1.1 重要參考參數(shù)

EEPROM： 8K位；

扇區(qū)：16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有4個(gè)塊，每塊16個(gè)字節(jié)，塊是其基本存儲(chǔ)單位；

工作頻率：13.56MHZ；

讀寫(xiě)距離：10 cm以?xún)?nèi)；

讀寫(xiě)次數(shù)：寫(xiě)10萬(wàn)次，可改寫(xiě)10萬(wàn)次，讀無(wú)限次；

綜上所述，90后藏族大學(xué)生的婚戀觀(guān)是比較健康理智的，且具有民族特性，他們都不支持在校大學(xué)生結(jié)婚，認(rèn)為會(huì)影響學(xué)業(yè)。而且不論男生還是女生都認(rèn)為家庭和事業(yè)同樣重要，這打破了以往男性以事業(yè)為重、女性以家庭為重的傳統(tǒng)觀(guān)念，說(shuō)明即使在藏族文化傳統(tǒng)下，女主內(nèi)的現(xiàn)象已經(jīng)在慢慢改變，體現(xiàn)了社會(huì)的進(jìn)步，也體現(xiàn)了現(xiàn)代少數(shù)民族女性追求成功、要求脫離繁重的家庭勞動(dòng)、走向獨(dú)立的精神?？偟恼f(shuō)來(lái)，處在社會(huì)文化轉(zhuǎn)型期的90后藏族大學(xué)生的婚戀觀(guān)正處于調(diào)整轉(zhuǎn)變期，呈現(xiàn)出明顯的多元格局，大體上與社會(huì)文化轉(zhuǎn)型、價(jià)值觀(guān)念重塑的歷史主流相適應(yīng)，是被社會(huì)肯定和接受的。

工作溫度：-20℃～50℃(濕度為90%)。

2.1.2 組成及功能

卡片組成：天線(xiàn)和ASIC。

天線(xiàn)：卡片的天線(xiàn)是只有幾組繞線(xiàn)的線(xiàn)圈，很適于封裝到IS0卡片中。

ASIC：卡片的ASIC由一個(gè)高速（106KB波特率）的RF接口，一個(gè)控制單元和一個(gè) 8K位EEPROM組成。電氣原理圖如圖2所示。

圖2 RC522原理圖

工作原理：讀寫(xiě)器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)。

功能：具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作；無(wú)電源，自帶天線(xiàn)；內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路。

2.1.3 加密控制

每個(gè)扇區(qū)有4個(gè)塊，塊0、塊1、塊2是數(shù)據(jù)塊，塊3是控制塊。每個(gè)扇區(qū)的密碼和存取控制是獨(dú)立的，可根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)定。

存取控制有4個(gè)字節(jié)，共32位。每個(gè)塊有三個(gè)控制位，以正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。

2.1.4 通訊邏輯

射頻卡與讀寫(xiě)器的通訊：通過(guò)復(fù)位應(yīng)答、防沖突機(jī)制的判斷、選擇卡片和進(jìn)行三次相互確認(rèn)后進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。

對(duì)數(shù)據(jù)塊的操作： 讀、寫(xiě)、加、減、存儲(chǔ)、傳輸、中止。RC522通訊邏輯如圖3所示。

圖3 RC522通訊邏輯圖

■2.2 EEPROM存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)

選用AT24C02作為 EEPROM存儲(chǔ)電路的芯片，增加卡號(hào)存儲(chǔ)需用。原理圖如圖4所示。

圖4 AT24C02原理圖

特點(diǎn)：低壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓操作-2.7(VCC=2.7V至5.5V)-1.8(VCC=1.8V至5.5V)；兩線(xiàn)串行接口，施密特觸發(fā)器、濾波輸入以抑制噪聲；雙向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，100k Hz(1.8V)和400k Hz(2.7V，5V)兼容性；為硬件數(shù)據(jù)保護(hù)編寫(xiě)保護(hù)銷(xiāo)；自動(dòng)計(jì)時(shí)寫(xiě)周期(5msmax)，100萬(wàn)寫(xiě)周期。

■2.3 電源電路設(shè)計(jì)

刷卡機(jī)電路板有DC 5V和DC 3.3V電壓的需求，而工廠(chǎng)中電動(dòng)叉車(chē)、電瓶車(chē)、物流運(yùn)輸車(chē)具有不同的電壓等級(jí)，有輸入DC 24V、DC 36V、DC 48V等，為了滿(mǎn)足各類(lèi)車(chē)輛對(duì)不同輸入電壓的需求，在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，選用型號(hào)：LM2576HV-5.0V穩(wěn)壓芯片，設(shè)計(jì)電路將輸入轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的DC 5V；選用型號(hào)：AMS1117-3.3V穩(wěn)壓芯片，同樣設(shè)計(jì)電路獲得所需的DC 3.3V。

2.3.1 穩(wěn)壓芯片LM2576HV-5.0特點(diǎn)

能提供降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的各種功能，優(yōu)異的線(xiàn)性和負(fù)載調(diào)整能力；內(nèi)部有頻率補(bǔ)償器和固定頻率振蕩器，減少外部元件的數(shù)量，不需要加外部散熱片使用方便；TTL關(guān)斷能力，低功耗待機(jī)模式；能驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載，熱關(guān)斷及電流限制保護(hù)；輸入范圍廣，最高可達(dá)DC 60V，滿(mǎn)足各電壓等級(jí)的特種車(chē)輛使。

2.3.2 穩(wěn)壓芯片AMS1117-3.3V特點(diǎn)

低dropout電壓調(diào)節(jié)器，可提供高達(dá)1A的輸出電流；優(yōu)異的過(guò)載及過(guò)熱保護(hù)能力，防止環(huán)境影響；最大負(fù)載調(diào)整率:0.5%；高效的線(xiàn)性調(diào)節(jié)，優(yōu)化電壓輸出。

3 IC刷卡機(jī)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）超級(jí)卡的卡號(hào)已經(jīng)寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)，掉電不會(huì)丟失，用來(lái)授權(quán)管理卡。當(dāng)滿(mǎn)足授權(quán)條件，刷一次超級(jí)卡，便可以對(duì)管理卡進(jìn)行授權(quán)。

4 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)工廠(chǎng)特種車(chē)輛使用權(quán)限管理的調(diào)研，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于STM32工業(yè)級(jí)刷卡器，通過(guò)紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)了雙重安全保護(hù)，并且采用性?xún)r(jià)比高的芯片等電子元器件，可以批量應(yīng)用于工廠(chǎng)內(nèi)不同輸入電壓等級(jí)的特種車(chē)輛、具有可管控的特種設(shè)備等。此款工業(yè)級(jí)刷卡器制作成本低，安全可靠性強(qiáng)，應(yīng)用實(shí)效簡(jiǎn)單，可推廣使用，助力安全生產(chǎn)。