CN1661619A - 手持非接触式多功能ic卡读写器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手持非接触式IC卡读写器，包括中央控制器CPU、读卡模块、彩色液晶显示器、存储器、键盘触摸屏、电源，其特征在于中央控制器CPU采用RISC处理器，处理器与读卡模块、彩色液晶显示器、存储器、键盘触摸屏、电源连接，利用嵌入式软件，分时进行控制及数据交换。本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，集射频技术、生物识别技术、数据处理技术、图像压缩和安全加密技术于一体，不仅兼容非接触式A型和B型IC卡，还同兼容接触式卡。可读取IC卡中的文字、图像、指纹信息，并可以进行与计算机之间的数据交换及无线数据传送。
Description
技术领域
本发明涉及数据读写装置，特别是涉及一种手持非接触式多功能IC卡读写器。
背景技术
一切生产活动，经济活动都离不开个体的参与而形成。因此现实生活中个人身份的确认极其重要，目前为了记录更安全完整的信息，往往要将个人的图像、生物采集器采集的指纹、个人文字信息分别用图像压缩技术、指纹处理压缩技术和文字处理技术，记录在IC卡上。此种IC卡又分为接触式和非接触式，而非接触式又分为A型和B型。如果要读取IC卡上的信息则分别要用不同的读卡器读取信息，或采用庞大的电子计算机才能验证，操作上很麻烦，故也直接影响此种IC卡的推广使用，如应用到第二代身份证、银行***、储蓄卡、劳保卡、机要部门身份证(例如机场，出租车管理，地铁)等。
发明内容
本发明旨在解决现有IC卡读卡器功能单一、体积大、不能对非接触式A型和B型卡兼容等问题而提供一种手持非接触式多功能IC卡读写器，集射频技术、生物识别技术、数据处理技术、图像压缩和安全加密技术于一体，不仅兼容非接触式A型和B型IC卡，还同兼容接触式卡。可读取IC卡中的文字、图像、指纹信息，并可以进行与计算机之间的数据交换及无线数据传送。
为了实现上述目的，本发明提供一种手持非接触式多功能IC卡读写器包括中央控制器CPU、读卡模块、彩色液晶显示器、存储器、键盘触摸屏、电源，其特征在于中央控制器CPU采用RISC处理器，处理器与读卡模块、彩色液晶显示器、存储器、键盘触摸屏、电源连接，利用嵌入式软件，分时进行控制及数据交换。
作为本发明手持非接触式多功能IC卡读写器的改进，其特征在于所述的读卡模块分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机(或其他微处理机)相连的端口，还具有与射频区相连的收/发器、64字节的数据缓冲器、内部有进行数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。
作为本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的进一步，其特征在于所述的密码机采用DES算法进行数据加密。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的天线为多圈环形天线。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的存储器采用INTEL E28F016S3 2M-byte FLASH存储芯片。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的键盘触摸屏采用采用MAXIM MXB7846触摸屏控制器及一块触摸屏贴在液晶显示屏上。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的彩色液晶显示器的彩色液晶显示模块包括液晶驱动模块SED1353和彩色256色320*240液晶。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于具有多个232USB接口。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的232USB接口可连接有指纹模块。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的232USB接口可连接GMS进行无线通信。
附图说明
图1是本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的结构方框图。
图2是本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的IC卡发射接收模块原理方框图。
图3是本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的电原理图。
图4A和图4B是本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的CPU控制电原理图的左半部分和右半部分。
图5是本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的非接触式IC卡接口电原理图。
图6是本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器接触式IC卡接口电原理图。
图7是本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的电源模块电原理图。
图8A和图8B分别是本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器液晶驱动接口电原理图的左半部分和右半部分。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1所示，本发明提供一种手持非接触式多功能IC卡读写器包括中央控制器CPU、读卡模块、彩色液晶显示器、存储器、键盘触摸屏、电源，其特征在于中央控制器CPU采用RISC处理器，处理器与读卡模块、彩色液晶显示器、存储器、键盘触摸屏、电源连接，分时进行控制及数据交换。
这样中央控制器CPU采用高速低功耗RISC处理器，该处理器采用CMOS工艺，具有2.7-5.5V的宽电压工作范围及较低的功耗。当前***主频工作在8.0MHz，具有高速的指令执行速度。所有的外设都与处理器连接，形成星形控制网络，由处理器分时的对外设进行控制及数据交换。图像处理，数据处理，程序控制全部由中央控制器实时运算。
具有以下优点：
(1)先进的RISC精简指令集结构
高性能低功耗的AVR.8位微控制器
133条功能强大的指令大部分在单时钟周期内执行
32×8个通用工作寄存器+外设控制寄存器
全静态操作
工作在16MHz下具有16MIPS的性能
片内带有执行时间为两个时钟周期的硬件乘法器
(2)非易失性程序和数据存储器
128K字节在线可重复编程Flash，擦写次数100000次以上
BOOT区具有独立的加密位
可通过片内的引导程序实现在***编程，写操作时真正可读
4K字节EEPROM
擦写次数100,000次
4K字节内部SRAM
最大64K字节可选外部存储器空间
程序加密位
在线可编程SPI接口
(3)JTAG(符合IEEE std.1149.1标准)接口
边界扫描能力
广泛的片内Debug支持
通过JTAG接口对Flash，EEPROM，和加密位编程
(4)外设特点
两个带预分频器和一种比较模式的8位定时/计数器
两个扩充的带预分频器和比较模式捕获模式的16位定时/计数器
具有独立振荡器的实时计数器
二通道8位PWM
6通道2到16位精度PWM
输出比较调节器
8通道10位A/D转换
8个单端通道
7个微分通道
2个增益为1x，10x或200x的微分通道
两线(I2C)串行接口
二路可编程串行UART接口
主/从SPI串行接口
带内部振荡器的可编程看门狗定时器
AVR核将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU算术逻单元直接相连。允许在一个时钟周期内执行的单条指令同时访问两个独立的寄存器。这种结构提高了代码效率，使AVR得到了比普通CISC单片机高将近10倍的性能。
CPU还具有以下特点，128K字节具备写操作时可读的在***可编程FLASH、4K字节EEPROM、4K字节SRAM，53个通用I/O口，32个通用工作寄存器、实时计数器(RTC)、4个具有比较模式和PWM的定时器/计数器、2个USARTs、一个两线(I2C)串行接口，一个8通道10位具有可选增益差分输入的A/D转换器、一个带内部振荡器的可编程看门狗定时器、一个SPI口一个符合IEEE std.1149.1标准的JTAG测试接口、也可用于访问片内Debug***和编程、6种可通过软件选择的省电模式。
如图2-8所示，本发明手持非接触式多功能IC卡读写器的改进，其特征在于所述的读卡模块分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机(或其他微处理机)相连的端口，还具有与射频区相连的收/发器、64字节的数据缓冲器、内部有进行数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。
作为本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的进一步改进，其特征在于所述的密码机采用DES算法进行数据加密。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的天线为多圈环形天线。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的存储器采用INTEL E28F016S3 2M-byte FLASH存储芯片。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的存储器还可采用SST：39VF016 FLASH存储芯片。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的键盘触摸屏采用采用MAXIM MXB7846触摸屏控制器及一块2.8”(英寸)的触摸屏贴在液晶显示屏上。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的彩色液晶显示器的彩色液晶显示模块包括液晶驱动模块SED1353和彩色256色320*240液晶。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于具有多个232USB接口。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的232USB接口可连接有指纹模块。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的232USB接口可连接GMS进行无线通信。
现对本发明的原理进行概述
1、本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的读卡模块采用
PHILIPS IC，可兼容ISO-14443 A型和B型通信的所有层协议。
IC集成了数字和模拟功能，空间得到极大优化，特别适用于手持阅读器。，它还采用了用于公共密匙算法(包括Elliptic curve、DES和AES)的加密协处理器和内存管理单元，以增强多应用设置的安全性。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器以射频识别技术为核心，发射接收模块功能包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机(或其他微处理机)相连的端口，还具有与射频区相连的收/发器、64字节的数据缓冲器、内部有进行数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。这是与射频卡实现无线通信的核心模块，也是读写器读写的关键接口芯片。读写器工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波(13.6MHz)，当有卡靠近时，卡片内有一个LG串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LG谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。当电容器充电达到2V时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器发出的数据与保存。
***通过处理器直接控制该芯片来与IC卡进行数据交换。
2、本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的密码管理的原理如下：
目前程序内部采用的数据加密算法是DES算法。采用DES算法的原因是因为该算法已被证明是一个十分成功的加密算法，而且算法的运算复杂度相对而言也较小，比较适用于智能卡这样运算能力不是很强的情况。DES算法的密码(或称密钥)长度是64位的，把数据加密时要用到的密码组织在一起，以文件的形式储存起来，称为密码文件。其中的记录头部分存储的就是密码的属性信息，例如是可以应用于所有应用文件的密码，还是只对应某一应用文件可用的密码；是可以修改的还是只能读取的密码等等。但是：不论是什么样的密码文件，作为一个文件本身，都是通过对文件访问的安全控制机制来保证密码文件的安全性的。当需要进行数据加密运算时，就从密码文件中选取密码加入运算。从密码文件中读出密码时，与读取应用数据一样，只要直接给出密码所在的地址就可以了。比较好的办法是在随机抽取出一个密码后再对密码本身作一些处理，尽量减少其重复出现的机会。例如PBOS产品中，采用的办法就是对从密码文件中选出的密码首先进行一次DES加密运算，然后将运算结果作为数据加密的密码使用。其计算公式如下：
Key＝DES(CTC，K(a))式中，K是从密码文件中随机选取的一个密码；CTC是一个记录智能卡的交易次数的计数器，该计数器每完成一次交易就增一；key就是最后要提供给数据加密运算使用的密码。使用这种方法可以提高智能卡的安全性，但却降低了执行的效率。因此，具体采用什么样的方法来产生密码应当根据智能卡的应用范围及安全性要求的高低而具体决定。
3、本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的天线部份为设计满足总体要求的多圈环形天线。
4、本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的信息存储和触摸屏输入***：采用INTEL E28F016S3 2M-byte FLASH存储芯片，在存储芯片中保存有：HZK16汉字字库及ASCII字库、100条的读卡记录、10万个追逃记录(也可以存储其他信息)。
在100条的读卡记录中，保存了最近读取的100张卡的所有信息，用户可以随意查询。
其中有一存储区也可以作为储值卡消费用。
4、触摸屏输入
数据输入及操作界面：采用MAXIM MXB7846触摸屏控制器及一块2.8”(英寸)的触摸屏贴在液晶显示屏上，用户可以根据***提示通过直接触摸显示范围内的图形按键操作读写器。MXB7846芯片具有+2.375V-+5.25V的全电压工作范围，较低的功耗，内部有2.5V的基准电压，除了触摸屏控制还有电池电压、温度检测等功能，本读卡器的电池电压检测也是通过该芯片(电池电压的检测范围：+2.0V-+6.0V)。
5、本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的彩色液晶显示模块包括液晶驱动模块SED1353和彩色256色320*240液晶。
彩色256色320*240液晶具有以下特征：
(1)显示格式：2.8寸屏幕，320(RGB)X240点阵
(2)结构：彩色STN LCD，Common & Segment Driver，LED背光。
(3)显示类型：彩色STN，透射
(4)高对比度。
液晶驱动模块SED1353具有以下特征
SED1353最高支持到1024×1024的点矩阵液晶控制器，可同时支持到最高256色，其接口灵活性使得既可与MC68000系列控制器连接，也可与最小外部逻辑的8/16位MPU/总线连接。用作显存的静态RAM接口已经过速度和性能优化，最大支持到128K字节。***通过CPU与SED1353交换数据去刷新显存中的点阵图的数据，达到绘制各种图形及文字显示的目的。当前液晶屏的分辨率为320*240(相素点)、256色，可视区尺寸2.8”(英寸)。
6、本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器的通信接口为RS232C接口，实现本机与计算机之间的数据通讯，亦可实现和GSM无线通信，和指纹模块相联进行指纹采集，存储，对比。
本发明的手持非接触式多功能IC卡读写器具有以下有益效果：
◆符合国际ISO/IEC14443-B(A)型非接触式卡标准。
◆研制了嵌入式实时操作***可自由扩充各种不同功能。
◆本手持机是集射频技术、生物识别技术、数据处理技术、图像压缩和安全加密技术于一体。用高科技手段可方便快捷地识别嫌疑犯，是公安抓捕逃犯好帮手。
◆采用带触摸屏320*240彩色256色LCD图形显示。
◆手持机，还有信息传输功能，机内存储了20万逃犯的信息。出现异情立即报警，将抓捕信息经无线传输到报警中心。
◆采用FLASH芯片保存历史记录，掉电不丢失数据。
◆具有高可靠指纹识别***。
◆具有高压缩比的图像数据处理***。
能够采集完整的指纹图像，能够从IC卡中读取指纹与持卡人指纹进行鉴定。
◆能够将指纹数据保存在机器内，目前机内可保存数千个压缩后的指纹图像。
◆供电电源内置充电锂电池，可外接电源，可充电，平均工作电流小于150mA。
◆具有多级电池容量检测与显示。
◆硬件防伪芯片，按国家有关部门指定的加密算法对IC卡所有应用数据区内数据，进行信息加密和信息有效性验证。
◆RS232C接口实现单片机与计算机之间的数据通讯。
◆本发明手持多功能非接触式IC卡读写器还有银行储值卡和***读写功能。
技术质量指标达到：
非接触近距离式，符合国际标准ISO14443-B标准
RF频率：13.56MHZ
图形分辨率：320*240，彩色256色LCD显示
汉字显示：GB2312
全部显示时间：≤5-6秒
读卡距离：5-10CM
通讯接口：标准RS232接口
存储器：2×8Mbit
指纹识别 误判率≤0.001％
拒识率≤0.1％
指纹录入时间＜3秒
比对时间≤1秒
指纹图像分辨率：450dpi
自动数据报警时间：≤1秒
电源：直流3.3V(锂电池)可充电，可外接电源
功率：≤0.45W
工作温度：0℃-+50℃
储存温度：-20℃--+60℃。
Claims (10)
1、一种手持非接触式多功能IC卡读写器，包括中央控制器CPU、读卡模块、彩色液晶显示器、存储器、键盘触摸屏、电源，其特征在于中央控制器CPU采用RISC处理器，处理器与读卡模块、彩色液晶显示器、存储器、键盘触摸屏、电源连接，利用嵌入式软件，分时进行控制及数据交换。
2、根据权利要求1所述的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的读卡模块分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机(或其他微处理机)相连的端口，还具有与射频区相连的收/发器、64字节的数据缓冲器、内部有进行数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。
3、根据权利要求2所述的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的密码机采用DES算法进行数据加密。
4、根据权利要求3所述的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的天线为多圈环形天线。
5、根据权利要求1或4所述的任一手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的存储器采用INTEL E28F016S3(SST：39VF016)2M-byte FLASH存储芯片。
6、根据权利要求5所述的手持非接触式多功能I C卡读写器，其特征在于所述的键盘触摸屏采用采用MAXIM MXB7846触摸屏控制器及一块触摸屏贴在液晶显示屏上。.
7、根据权利要求7所述的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的彩色液晶显示器的彩色液晶显示模块包括液晶驱动模块和彩色256色320*240液晶。
8、根据权利要求1或4所述的任一手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于具有多个232/(USB)接口。
9、根据权利要求8所述的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的232/(USB)接口可连接有指纹模块。
10、根据权利要求9所述的手持非接触式多功能IC卡读写器，其特征在于所述的232/(USB)接口可连接GMS/CDMA进行无线通信。
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