CN108108801B - 一种模拟接触式ic卡实现数据读写的装置及读写方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置与方法，该装置包括微控制器、电源管理模块、模拟IC卡转接板、液晶显示电路、按键电路、数据存储模块、扩展功能接口及扩展功能模块。装置在模拟IC卡操作之前，可以使用扩展功能模块实现模拟IC卡初始化的过程；数据存储模块用于存储***参数以及模拟IC卡的应用数据；装置在于用户设备进行模拟IC卡的数据读写过程中，转接板用于连接装置与用户设备IC卡读写接口，是读写卡操作的物理桥梁，微控制器通过指定的I/O口捕获并模拟IC卡的数据通信信号，实现装置的模拟IC卡的功能，与用户设备进行数据交互。

Description

一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置及读写方法
技术领域
本发明涉及接触式IC卡技术领域，尤其涉一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置及读写方法。
背景技术
IC卡是继磁卡之后出现的一种信息工具，它是一个将微电子芯片嵌入与符合ISO7816标准协议的卡基中，做成卡片的形式，接触式IC卡以灵活的、安全的和标准的方式提供一种有效的商业交易数据传输载体。
根据接触式IC卡中集成电路的不同，接触式IC卡主要分为存储卡、逻辑加密卡和CPU卡。目前，逻辑加密卡广泛的应用于身份认证、数据存储、建筑门禁、停车场、餐厅、校园卡、燃气预付费卡等领域，很多人的身边都会同时使用多张接触式IC卡，如社保卡、商场超市的消费卡、门锁卡、水、电、煤气等收费卡等等。由于每个人同时都会接触到多张基于不同应用的接触式IC卡，针对不同IC卡的保管和使用问题，有必要提出一种方案能够模拟接触式逻辑加密卡，同时使用该方案能够满足同时将多张不同应用的接触式IC卡集成于同一个装置中的需求；同时，针对诸如燃气公司或者水务公司对现有的以接触式IC卡为数据传输载体的终端设备的物联网化的改造需求，所提出的方案在实现模拟多张接触式IC卡的条件下，能够实现数据的远程传输功能，进一步的，能够实现基于IC卡作为数据传输媒介的终端设备的物联网改造方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置及读写方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置，包括微控制器、电源管理模块、模拟IC卡转接板、液晶显示模块、按键电路、扩展功能接口和扩展功能模块；
所述微控制器不限于单片机、ARM智能处理器；
所述电源管理模块包括稳压电路、电源电压检测电路，所述稳压电路的输出端口和微控制器、液晶显示模块、按键电路、扩展功能接口相连接，所述电源电压检测电路和微控制器的电压检测端口相连接；所述扩展功能模块与扩展功能接口相连接，用于提供一种机制，能够实现的***参数初始化、模拟卡参数初始化、数据的远程传输功能；
所述按键电路用于触发按键信号，所述微控制器检测到按键信号时，根据按键信号控制液晶显示模块显示相应信息。
作为本发明进一步的方案，所述微控制器采用16位计算能力以上的高速处理器，微控制器采用32MHz以上的***主频。
作为本发明进一步的方案，还包括数据存储模块，所述数据存储模块采用I2C总线与微控制器的通用I/O口相连。
作为本发明进一步的方案，所述的扩展功能接口包括UART串行设备接口、SPI接口；用于蓝牙、WiFi、GPRS模块外接设备，连接外接设备之后，实现该装置与PC、手机或者远程服务器等设备的通信，实现数据远程传输的功能。
作为本发明进一步的方案，所述扩展功能模块不限定于蓝牙模块、WIFI模块、GPRS无线通信模块。
作为本发明进一步的方案，该装置兼容ISO7816协议，能实现模拟接触式存储卡和接触式逻辑加密卡的功能。
一种模拟接触式IC卡实现数据读写的方法，所述读写方法包括：该装置的I/O口作为模拟IC卡装置与用户读写卡设备之间的数据交互接口；微控制器的内部Flash开辟专用空间作为模拟IC卡的数据存储区；同时使用外扩的数据存储器作为数据存储的备份区域。
还包括：模拟IC卡装置在进行模拟卡操作之前，首先需要根据不同的应用需求进行***参数的初始化，指定模拟卡的应用类型、指定卡类型；
模拟卡过程中，装置作为从设备与用户设备进行数据交互；
使用模拟IC卡转接板作为模拟IC卡装置与用户设备数据交互的物理连接桥梁。
还包括：用户插卡之后，微控制器通过指定的I/O口捕捉来自于主设备的复位信号，捕捉到复位信号之后，***模拟IC卡进行复位操作；
微控制器通过指定的I/O口，通过主设备VCC信号电平跳变判断读写卡操作起始和结束信息；
微控制器通过指定的I/O口模拟I2C总线的时钟信号，装置作为从设备，通过捕获时钟信号的电平变化作为模拟卡的时钟基准信号；
微控制器通过指定的I/O口模拟I2C总线的数据输入输出信号。
还包括：将微控制器的应用程序模块划分成多个代码片区，代码片区依据功能需求划分为主控代码片区、应用引导区、应用代码区、监控升级代码区；应用代码区又划分为多个模拟卡应用区，不同的模拟卡应用区可以通过软件预编译的方式，存储针对不同应用、不同类型的模拟IC卡的程序逻辑代码；将数据存储模块的存储片划分成多个专用的存储空间，这些存储空间和多个模拟卡应用区一一对应，来存储不同的模拟IC卡应用数据，实现装置同时模拟多张非接触式IC的功能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供的一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置具有方案简单、性能可靠、可扩展性强的特点；本方案提供了一种将基于不同应用方案的多张不同类型的接触式IC卡集成在同一个设备内的功能，本发明提出的装置可以方便快捷的替代现有的接触式IC卡，通过增加物联网模块，给现有的使用接触式IC卡进行数据传输、监测管控的固定设备进行物联网改造提供了一套便捷的智能化改造方案。
附图说明
图1为本发明***结构框图；
图2是模拟IC卡转接板的示意图。
图3是模拟IC卡转接板功能示意图。
图4是模拟IC卡装置的一个实施例的功能模块框图。
图5是模拟IC卡方法的应用升级流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
如图1所示，本发明公开了一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置，所述装置包括微控制器、模拟IC卡转接板、液晶显示模块、按键电路、扩展功能接口和扩展功能模块；
所述微控制器不限于单片机、ARM等智能处理器；微控制器采用16位计算能力以上的高速处理器，例如本方案的微控制器采用STM32L052K8U6，为保证装置能够快速响应模拟IC卡的数据信号，***的主频采用32MHz晶振。
所述电源管理模块包括稳压电路、电源电压检测电路，所述稳压电路的输出端口和微控制器、液晶显示电路、按键电路、扩展功能接口相连接。所述电源电压检测电路和微控制器的电压检测端口相连接。例如稳压电路采用LDO集成电路A6151K3R-36。所述扩展功能模块与扩展功能接口相连接，用于提供一种机制，能够实现的***参数初始化、模拟卡参数初始化、数据的远程传输功能；
所述液晶显示模块采用64*32位点阵式液晶，该点阵式液晶集成中文字库，可以同时显示字母、数字和汉字；***休眠时，液晶为熄灭状态；所述按键电路用于触发按键信号，所述微控制器检测到按键信号时，根据按键信号控制液晶显示模块显示卡类型、***运行状态等相应信息。
还包括数据存储模块，本实施例中的数据存储模块采用集成电路AT24C512；数据存储模块采用I2C总线与微控制器的通用I/O口相连。该装置兼容ISO7816协议，能实现模拟接触式存储卡和接触式逻辑加密卡的功能。
该装置的I/O口作为模拟IC卡装置与用户读写卡设备之间的数据交互接口；微控制器的内部Flash开辟专用空间作为模拟IC卡的数据存储区；同时使用外扩的数据存储器作为数据存储的备份区域。
模拟IC卡装置在进行模拟卡操作之前，首先需要根据不同的应用需求进行***参数的初始化，指定模拟卡的应用类型、指定卡类型；
模拟卡过程中，装置作为从设备与用户设备进行数据交互；
使用模拟IC卡转接板作为模拟IC卡装置与用户设备数据交互的物理连接桥梁。
用户插卡之后，微控制器通过指定的I/O口捕捉来自于主设备的复位信号，捕捉到复位信号之后，***模拟IC卡进行复位操作；
微控制器通过指定的I/O口，通过主设备VCC信号电平跳变判断读写卡操作起始和结束信息；
微控制器通过指定的I/O口模拟I2C总线的时钟信号，装置作为从设备，通过捕获时钟信号的电平变化作为模拟卡的时钟基准信号；
微控制器通过指定的I/O口模拟I2C总线的数据输入输出信号。
如图2、3所示，该装置的模拟IC卡转接板基于国际上统一的ID-1型卡的尺寸标准进行设计，转接板宽度为53.9mm，转接板预留有模拟IC卡的8个信号触点，分别是电源正极触点、复位信号触点、时钟信号触点、预留接口1、电源地接口、编程接口、数据I/O口、预留接口2。为了方便插卡使用，转接板采用正反两面对称设计方案，正反两面的信号触点一一对应且互相连通，这样用户在插卡时可以盲插，方便用户使用。
转接板的模拟IC卡的电源正极触点通过限流电阻与微控制器的通用I/O口相连；复位信号触点、时钟信号触点、预留接口1、电源地接口、编程接口、数据I/O口、预留接口2分别与微控制器的8个通用I/O口相连。
装置常态下处于休眠模式，按下设备开启按钮后，设备内各个模块激活，***进入到工作状态。将装置的模拟IC卡触点转接板***到需要操作的设备卡槽内，由于装置本身具有供电单元，触点转接板的电源VCC不作为装置的供电引脚，VCC信号用于检测主设备的读写卡状态信号之一；触点与微控制器的一个通用I/O口作为信号输入口，与模拟卡VCC端口相连。微控制器的一个I/O口与模拟IC卡触点转接板的RST信号端口相连接；微控制器通过I/O口检测到RST端口的复位信号时，控制模拟卡模块复位；微控制器的一个I/O口与模拟IC卡触点的CLK信号端口相连，用于捕捉读写卡设备发送的时钟信号；微控制器的一个I/O口与模拟IC卡触点的SDA信号端口相连，用于接收和发送读写卡数据；微控制器通过VCC接口的电平判断设备操作IC卡的开始和结束信号。对于IC卡接口常供电的设备，***具有基于CLK信号的超时判断机制，当微控制器检测到VCC信号电平为高后，***自动检测CLK信号的变化，若CLK信号在超时时间达到后都不发生跳变，***认定读写卡操作超时结束。
如图4所示，本实施例中，装置采用应用模块化的方案，将微控制器的应用程序模块划分成多个代码片区，代码片区依据功能需求划分为主控代码片区、应用引导区、应用代码区、监控升级代码区。
主控代码区的功能是实现装置的***工作进程以及外设的基本控制。应用引导区作为主控代码片区与应用代码区的桥梁，实现不同应用的逻辑变换、主控代码区与应用代码区运行参数传递等功能；为了能够使装置方便兼容多种不同类型的接触式IC卡，用户在使用装置时，在长按按键3s之后，***进入到模拟卡应用选择状态，此时通过短按按键可以选择需要模拟的卡的应用，设定装置需要模拟的卡的类型。
应用代码区用于存储模拟卡应用和IC卡模拟的逻辑代码，为了实现一个装置能够支持多张接触式IC卡，应用代码区又划分为多个模拟卡应用区，不同的模拟卡应用区可以通过软件预编译的方式，存储针对不同应用、不同类型的模拟IC卡的程序逻辑代码；将数据存储模块的存储片划分成多个专用的存储空间，这些存储空间和多个模拟卡应用区一一对应，来存储不同的模拟IC卡应用数据，实现装置同时模拟多张非接触式IC的功能。
监控升级代码区用于升级***的主控代码区程序，同时可以对应用代码区的各个子应用代码区在进行对应的应用升级操作，能实现升级应用某一个片区内的卡处理逻辑代码，来更新该片区的卡应用功能。如图5所示，装置在接收到合法的升级请求后跳转至监控程序，监控程序判断并控制模拟卡应用区的升级流程，升级成功则向升级设备发送成功应答；升级过程受阻或者超时时间到达之后，升级过程仍然没有完成，监控程序主动向升级设备发送失败应答，跳转至主程序运行。
装置在正式启用之前，需要先对装置基础参数、运行模式、模拟IC卡的信息进行设置，装置可以通过模拟IC卡的方式，接入IC卡参数设置设备，实现装置参数的初始化流程。
所述装置的扩展功能接口包括UART串行设备接口、SPI接口，用于连接蓝牙、WiFi、GPRS模块等外接设备，连接外接设备之后，可以实现装置与PC、手机或者远程服务器等设备的通信，实现数据远程传输的功能。
通过扩展功能接口连接蓝牙无线通信模块，即可实现一种便携式物联网IC卡装置；本实施例中，扩展功能接口采用UART串口数传的模式，连接蓝牙4.0无线通信模块。蓝牙无线通信模块可以实现装置与手机或者平板电脑等移动设备之间的相互连接，通过移动设备上的特定应用软件，能够实现装置参数的设置与读取、装置状态的读取与设置、装置的应用区程序升级功能。移动设备作为装置与服务器的数据传输桥梁，可以通过互联网与服务器进行数据传输，实现终端设备参数通过装置的远程读写、远程控制功能。
本实施例中，通过扩展功能接口连接GPRS无线通信模块，即可实现一种使用IC卡作为数据传输载体的终端设备的物联网改造装置。扩展功能接口采用UART串口数据传输的模式，连接GPRS无线数据传输电路；装置通过模拟IC卡的方式与终端设备进行数据交互，获取终端设备的状态、参数等信息。同时通过GPRS无线通信模块直接与服务器进行通信，实现数据的传递功能，从而实现IC卡终端的远程监控、远程数据传输的物联网智能化改造。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置，其特征在于，包括微控制器、电源管理模块、模拟接触式IC卡转接板、液晶显示模块、按键电路、扩展功能接口和扩展功能模块；
所述微控制器不限于单片机、ARM智能处理器；
所述电源管理模块包括稳压电路、电源电压检测电路，所述稳压电路的输出端口和微控制器、液晶显示模块、按键电路、扩展功能接口相连接，所述电源电压检测电路和微控制器的电压检测端口相连接；所述扩展功能模块与扩展功能接口相连接，用于提供一种机制，能够实现***参数初始化、模拟接触式IC卡参数初始化、数据的远程传输功能；
所述按键电路用于触发按键信号，所述微控制器检测到按键信号时，根据按键信号控制液晶显示模块显示相应信息；
还包括数据存储模块，所述数据存储模块采用I2C总线与微控制器的通用I/O口相连；
所述的扩展功能接口包括UART串行设备接口、SPI接口；用于蓝牙、WiFi、GPRS模块外接设备，连接外接设备之后，实现该装置与PC、手机或者远程服务器的通信，实现数据远程传输的功能；
读写方法包括：该模拟接触式IC卡实现数据读写的装置的I/O口作为其与用户读写卡设备之间的数据交互接口；微控制器的内部Flash开辟专用空间作为模拟接触式IC卡的数据存储区；同时使用外扩的数据存储器作为数据存储的备份区域；
还包括：模拟接触式IC卡实现数据读写的装置在进行模拟接触式IC卡操作之前，首先需要根据不同的应用需求进行***参数的初始化，指定模拟接触式IC卡的应用类型、指定卡类型；
模拟接触式IC卡过程中，模拟接触式IC卡实现数据读写的装置作为从设备与用户设备进行数据交互；
使用模拟接触式IC卡转接板作为模拟接触式IC卡实现数据读写的装置与用户设备数据交互的物理连接桥梁；
还包括：用户插卡之后，微控制器通过指定的I/O口捕捉来自于主设备的复位信号，捕捉到复位信号之后，模拟接触式IC卡进行复位操作；
微控制器通过指定的I/O口，通过主设备VCC信号电平跳变判断读写卡操作起始和结束信息；
微控制器通过指定的I/O口模拟I2C总线的时钟信号，模拟接触式IC卡实现数据读写的装置作为从设备，通过捕获时钟信号的电平变化作为模拟接触式IC卡的时钟基准信号；
微控制器通过指定的I/O口模拟I2C总线的数据输入输出信号；
还包括：将微控制器的应用程序模块划分成多个代码片区，代码片区依据功能需求划分为主控代码片区、应用引导区、应用代码区、监控升级代码区；应用代码区又划分为多个模拟接触式IC卡应用区，不同的模拟接触式IC卡应用区可以通过软件预编译的方式，存储针对不同应用、不同类型的模拟接触式IC卡的程序逻辑代码；将数据存储模块的存储片划分成多个专用的存储空间，这些存储空间和多个模拟接触式IC卡应用区一一对应，来存储不同的模拟接触式IC卡应用数据，实现装置同时模拟多张非接触式IC的功能。
2.根据权利要求1所述的一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置，其特征在于，所述微控制器采用16位计算能力以上的高速处理器，微控制器采用32MHz以上的***主频。
3.根据权利要求1所述的一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置，其特征在于，所述扩展功能模块不限定于蓝牙模块、WIFI模块、GPRS无线通信模块。
4.根据权利要求1所述的一种模拟接触式IC卡实现数据读写的装置，其特征在于，该模拟接触式IC卡实现数据读写的装置兼容ISO7816协议，能实现模拟接触式存储卡和接触式逻辑加密卡的功能。
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