非接觸智能卡摩托車(chē)鏈輪鎖的設計

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：孫秀芳等   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月22日

非接觸智能卡摩托車(chē)鏈輪鎖的設計 

作者：孫秀芳 ，劉安軍，劉俊生 ，孫建功 

引言 

    非接觸智能卡(Contactless Smart Card，CLSC)，又稱(chēng)射頻卡，具有無(wú)機械磨損、容易維護、方便使用等優(yōu)點(diǎn)，目前在身份識別、信用服務(wù)、自動(dòng)控制、安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛應用，如我國第二代身份證、門(mén)禁控制系統(Door Access System)、高速公路不停車(chē)收費系統、水，電，氣三表收費系統、停車(chē)場(chǎng)、地鐵、出租車(chē)收費系統、銀行服務(wù)“一卡通”等．尤其在安防領(lǐng)域，非接觸IC卡與鎖具有機結合，可以形成各種智能鎖具．作者在系統研究了非接觸智能卡技術(shù)的基礎上，對其在摩托車(chē)鏈輪鎖具中的應用進(jìn)行了探討． 

一、 非接觸智能卡的工作原理及特性 

    IC智能(射頻)卡采用先進(jìn)的芯片制造工藝制作，內建有高速的CM0S EEPROM，MCU．卡片上除了IC微晶片及一副高效率天線(xiàn)外，無(wú)任何其它元件．卡片上無(wú)電源(不需要電池)，工作時(shí)由卡片讀寫(xiě)系統的天線(xiàn)發(fā)送電磁波耦合到卡片上的天線(xiàn)而產(chǎn)生磁、電能轉換，達到2 V以上時(shí)卡片上IC開(kāi)始工作，不需要另外提供電源就可以完成相關(guān)數據的互相傳遞．
 
    非接觸智能卡具有很多優(yōu)點(diǎn)：可在免接觸條件下進(jìn)行數據傳遞，因而避免了因接觸讀寫(xiě)數據而產(chǎn)生的故障；操作方便，可在5～2O0 cm范圍內進(jìn)行數據傳遞，安全、可靠；提供有只讀方式卡和讀寫(xiě)方式卡以適應不同需要；保密性強，芯片在生產(chǎn)中固化特殊密鑰數碼群中之一組密碼信息，代表了持卡人的身份識別，而且是唯一的，無(wú)法破譯，具有極高的保密性；壽命長(cháng)，可靠性高，讀寫(xiě)次數可達10萬(wàn)次以上，且數據可保持10年以上；抗靜電保護能力達到2 kV以上；無(wú)電源，可長(cháng)期使用，避免了更換電池的麻煩；卡片的芯片體積小，只有4 mm×8 mm×1 mm，可以根據需要制成各種樣式，例如名片式、匙牌式、飾物式或其它隱藏樣式，不僅有裝飾性，攜帶方便，而且又有很好的保密性、隱蔽性．非接觸智能卡與主機的讀寫(xiě)識別系統在進(jìn)行數據傳輸時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行傳遞，要由高頻無(wú)線(xiàn)接收／發(fā)射電路來(lái)完成，電路包括振蕩、分頻、功放、解調、濾波、放大等部分，工作頻率分為低頻段(125～134kHz)、高頻段(13．56 MHz)、超高頻段(868 915 MHz)和微波段(2．45 GHz)多個(gè)頻段．在應用中，一般將這一部分電路固態(tài)化，稱(chēng)為“讀卡模塊”，使整個(gè)系統在應用時(shí)簡(jiǎn)化．按照不同的性能和要求，讀卡模塊分為多種型號，例如按指向可分為無(wú)指向型、寬指向型、窄指向型；按感應距離分為近距型、中距型、遠距型；按頻率分為低頻段、高頻段、超高頻段、微波段；按數據存取方式分為只讀卡、讀寫(xiě)卡等．讀卡模塊可將數據進(jìn)行雙向傳遞，發(fā)射數據到非接觸智能卡，接收到的非接觸智能卡數據可通過(guò)數據輸出端送到由單片機構成的控制系統或計算機的相關(guān)系統進(jìn)行后續處理． 
 
    由于非接觸智能卡具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此很快得到了廣泛的應用，但它也存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題： 

    (1)系統價(jià)位比較高．在對價(jià)格不敏感的領(lǐng)域應用相對要多一些，距離普及所要求的價(jià)位還有很大的降價(jià)空間，必須降到廣泛普及能夠接受的價(jià)位．實(shí)際上，隨著(zhù)技術(shù)的不斷提高，單機系統直接成本已經(jīng)比較低，要進(jìn)行大面積推廣，只要降低“高附加值”部分，價(jià)位就可以大幅度降低．
 
    (2)應用技術(shù)上還有很大的改進(jìn)的空間．應用過(guò)程中開(kāi)發(fā)費用高，而且應用軟件開(kāi)發(fā)和硬件設計都有重復開(kāi)發(fā)、重復設計部分，費時(shí)、費力、費資金．把系統軟件、功能部件等軟、硬件標準化、模塊化，并且產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化，可以大大降低開(kāi)發(fā)費用，減少先期投資和開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)費用，同時(shí)降低技術(shù)使用門(mén)檻，有利于應用人員接受和大面積推廣使用． 

    (3)應用意識要進(jìn)一步提高．可以應用的領(lǐng)域和產(chǎn)品遠不止上述幾個(gè)方面，普及非接觸智能卡知識、提高各行各業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員技術(shù)應用能力以及增強非專(zhuān)業(yè)人員應用意識都是非常重要的． 

二、射頻識別原理 

    射頻識別技術(shù)(即Radio Frequency Identification，以下簡(jiǎn)稱(chēng)RFID)是2O世紀9O年代興起的一項自動(dòng)識別技術(shù)，它利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信以達到識別目的并交換數據。典型的RFID系統由電子標簽(Tag)、讀寫(xiě)器(Read／write Device)以及數據交換、管理系統等組成．電于標簽也稱(chēng)射頻卡，它具有智能讀寫(xiě)及加密通信的能力．讀寫(xiě)器由無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、大線(xiàn)、控制模塊及接口電路等組成．射頻識別是無(wú)源系統，即電子標簽內不含電池，電子標簽工作的能量由讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻脈沖提供．電于標簽接收射頻脈沖，整流并給電容充電．電容電壓經(jīng)過(guò)穩壓后作為工作電壓．數據解調部分從接收到的射頻脈沖中解調出數據并送到控制邏輯．控制邏輯接受指令完成存儲、發(fā)送數據或其它操作．EEpROM用來(lái)存儲電子標簽的用戶(hù)ID號及其它用戶(hù)數據． 

    非接觸智能卡中的射頻識別技術(shù)在身份識別領(lǐng)域得到了廣泛應用，已日臻成熟．
 
三、非接觸智能卡摩托車(chē)鏈輪鎖具 

    作者介紹了非接觸智能卡摩托車(chē)鏈輪鎖具，是非接觸智能卡身份識別技術(shù)在安防領(lǐng)域智能鎖具中的一種應用，實(shí)際制作方便、成本低，直接材料成本不超過(guò)5O元人民幣，此外還可以做成多種人們喜歡的外形，物美價(jià)廉，有很高的使用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景．
 
    目前使用的摩托車(chē)鏈輪鎖具采用常用的有鑰匙的機械鎖頭開(kāi)鎖技術(shù)，將一個(gè)強度很高的鎖柱卡在鏈輪上使鏈輪卡死，從而鎖定摩托車(chē)后輪無(wú)法轉動(dòng)，達到防止非法移動(dòng)、被盜的目的．原鎖的整體外形結構完整，很難破壞，鎖柱卡鏈輪的原理在實(shí)際運用中被證明也是確實(shí)可行的，但摩托車(chē)被盜仍屢有發(fā)生，問(wèn)題就出在機械鎖頭上．雖然人們常說(shuō)“一把鑰匙開(kāi)一把鎖”，但實(shí)際上鑰匙的重碼率太高，即便是采用“十字式”的鑰匙，其保密性也是非常有限的．采用有鑰匙的機械鎖頭的方法存在鑰匙鎖具有的通病，很容易被撬開(kāi)，鎖具自身的安全性能太差，防盜作用效率很低，根本無(wú)法達到期望的目的，無(wú)法滿(mǎn)足廣大客戶(hù)的要求． 

    作者采用一種無(wú)源加密存儲器只讀方式的智能卡。主要將非接觸智能卡“身份識別”的特性和傳統的摩托車(chē)鏈輪鎖具有機結合，形成“鎖”的智能識別功能．將每個(gè)用戶(hù)的ID和其它信息存入電子標簽，通過(guò)用戶(hù)驗證是否有效來(lái)驅動(dòng)鎖具的開(kāi)合，克服普通鑰匙重碼率高的弊病，提高鎖具自身的安全性能，增強防盜能力，達到經(jīng)濟可靠的目的．圖1為鎖體結構示意圖． 

    圖1中，鎖芯處在“鎖住”位置，鎖芯伸出部分將摩托車(chē)鏈輪卡死，卡位擋片與鎖芯焊接為一個(gè)整體．外殼用大于2 mm鋼板成型焊接為一個(gè)整體，后蓋板用大于2 mm鋼板制成，用緊固件與外殼連接為一體，用來(lái)保護內部結構和電路各部分不被破壞，后蓋板與摩托車(chē)后軸相關(guān)部分連接和固定．接收線(xiàn)圈封裝在一個(gè)工程塑料外殼內，固定在外殼的外側．圖2是一個(gè)外形為鑰匙鏈飾物式非接觸智能卡片． 

    非接觸智能卡片的卡芯很小，可以封裝在卡片內或各種造型的小飾件內，有較好的隱蔽性，與鑰匙鏈連在一起隨身攜帶 
非常方便，而且美觀(guān)大方．為了防潮、防塵、防破壞，用封裝專(zhuān)用膠將控制系統封裝為一個(gè)整體，僅用留出的導線(xiàn)分別與接收線(xiàn)圈、電磁鐵和摩托車(chē)電源連接，讀卡模塊外形如圖3所示．

    非接觸智能卡控制系統的電路圖如圖4所示。鎖車(chē)過(guò)程：鎖車(chē)時(shí)，用手按下鎖芯靠近外端的端頭，卡位擋片隨同鎖芯滑動(dòng)至低于鐵芯時(shí)，鐵芯在鐵芯復位彈簧的推動(dòng)下抵住鎖芯，當手放開(kāi)鎖芯時(shí)，鎖芯在鎖芯復位彈簧的彈力作用下返回，但由于鐵芯擋控制電路住卡位擋片，鎖芯被阻止返回，鎖芯伸出部分卡在摩托車(chē)鏈輪的缺口上，摩托車(chē)后輪被鎖死，完成鎖車(chē)過(guò)程． 

    開(kāi)鎖過(guò)程：當打開(kāi)摩托車(chē)電源開(kāi)關(guān)鎖，非接觸智能卡控制系統得到電源開(kāi)始工作，當非接觸智能卡片靠近接收線(xiàn)圈1O0 ITIITI以?xún)葧r(shí)，接收線(xiàn)圈接收到該卡片內數據信息送到接收模塊，接收模塊輸出卡片信息數據到IC3，對該卡片相關(guān)密碼信息進(jìn)行身份識別，當識別到不是合法卡片時(shí)，不進(jìn)行開(kāi)鎖過(guò)程；當識別到是合法卡片時(shí)，IC3的9腳輸出高電平發(fā)出開(kāi)鎖信號，TR2導通，J1吸合接通電磁鐵的電源，電磁鐵產(chǎn)生電磁場(chǎng)力把鐵心拉人線(xiàn)圈內，“鎖死”狀態(tài)時(shí)被擋住的卡位擋片被放開(kāi)，在鎖芯復位彈簧的作用下，鎖芯復位，放開(kāi)被卡住的摩托車(chē)鏈輪，完成開(kāi)鎖過(guò)程． 

四、結束語(yǔ) 

    非接觸智能卡在免接觸條件下完成開(kāi)鎖，智能卡內部芯片包含有唯一的序列密碼，無(wú)法破譯，代表持卡人的身份標識，只有識別正確時(shí)才能發(fā)出開(kāi)鎖信號．由于不用傳統鑰匙，開(kāi)鎖時(shí)不接觸鎖具，在機械執行部分設計時(shí)充分考慮了安防措施，鎖具全封閉，鎖芯安裝隱蔽，因此具有較高的安全性、可靠性，并使鎖具整體防破壞性能大大提高．在電路改動(dòng)不大的情況下可以應用到多種車(chē)輛各個(gè)部位的安全防范上．

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