基于IC卡食堂饭卡收费系统论文.doc

摘 要

食堂售饭收费系统主要介绍射频IC卡读卡和后台管理微机通信的硬件和软件设计。硬件设计方面简述射频IC卡卡内部电路及下位机电路,及RS-485串行通信。软件方面详述C51系统下下位机程序的编写。在VB中应用COMMUNICATIONS 串行通信控件实现射频IC卡就餐机和后台管理微机的通信，实现了两者相互传输数据。该系统采用射频IC卡读取帐户利用下位机采集数据，借助通信网络，将数据发送到上位机，完成数据的统计分析及报表的生成。

关键词  射频IC卡（Mifare One Card）；单片机；C语言；串行通信；RS-485； C51

ABSTRACT

The dining room's meal-selling-and-charging system mainly introduces the way reading the informationstored inthe radio frequency ic card and the hardware and software design of pc communications on the backstage. In the aspect of hardware , the internal circuit of the radio frequency ic card ,SCM and rs-485 serial communication are concerned. At the same time, the writing of C51 SCM programs are included in the software aspect .By using the serial communications control in the vb program language ,the communication and date-transmission can be achieved between backstage pc and meal-deliver machine. In this system , ic card and SCM machine are used respectively to get the account number and capture data, and then the data is send to pc through communication network. The statistic work and the process of creating the final report forms are all done by pc.

Key words Mifare One Card 、Monolithic integrated circuit、 C language、 Serial communication、RS-485 ，C51
目 录

1 绪论·························································1
1. 1食堂饭卡收费管理系统及其国内外的研究现状················1
1. 2食堂饭卡收费管理系统的组成及相关技术状况················2
1. 3本文选题的意义及研究重点································2
2 下位机位机总体设计···········································5
2.1 下位机概述···············································5
2.2下位机硬件部分············································5
2.3下位机系统程序设计········································5
2.4下位机键盘设计············································7
2.5下位机电源设计············································8
3 非接触式IC卡读写部分········································10
3．1非接触式IC卡系统概述···································10
3.2 PHILIPS公司MIFARE卡特性································10
3.3 收费系统中的卡片分类····································12
3.4非接触式IC卡系统原理及组成······························13
3.5非接触式IC卡机网络接口的选择····························14
3.6IC卡的安全性分析及对策研究·······························14
3.7收费系统非接触式IC卡的密钥鉴别··························15
3.8收费系统非接触式IC卡读写操作的实现······················15
4 RS485通信···················································18
4.1 RS-485的由来及简介······································18
4.2 RS-485总线型多点互连设计································19
5 系统软件及其软件功能介绍·································24
5.1系统简介·················································24
5.2系统构成·················································25
5.3卡片管理·················································32
5.4统计报表·················································36
5.5系统附加说明·············································39
致谢····························································41
参考文献························································42

1 绪论

1. 1 食堂饭卡收费管理系统及其国内外的研究现状
一直以来，无论是机关单位，还是工厂企业的食堂，人员就餐所用的都是纸质或塑胶质的饭票、菜票、饭卡，或是直接使用现金交易，学校也不例外。这种食堂运作方式存在着方方面面的问题： 
操作繁琐：传统的食堂收费方式从饭票的印制、售卖、回收、点数、结算每个环节都采用人手进行，且每天、每月都需进行着重复的工作，令人繁不胜烦。 
效益低下：饭菜票制作材料及过程的简单会导致假餐劵的出现；饭菜票的频繁及无规律的发放和回收会花费很多人力，并且过多的人手统计过程会导致帐目的不可靠。 
卫生问题：每一张的饭菜票在每一个使用周期内，都会在不同要求的卫生场合里历经不同人员的手：制作人员—》财务人员—》使用人员—》食堂伙工—》财务人员。这样一来病毒细菌的传播就多了途径，在售饭的过程中，这种可能的交叉传染尤为严重。而对于一些可反复再用的餐劵，情况就更糟糕了。 
资源浪费：有些单位为了杜绝弄虚作假的交易从而制作使用一次性餐劵。由于餐劵大都为纸质或塑胶质的饭菜票，于是一方面要不段的花费做新餐劵，另一方面又没有完善的机制对旧的或因种种原因作废的餐劵进行合理的回收利用。因此从大的角度看，国家用作制造纸或塑胶的自然资源在不合理的消耗的同时，未经处理的废物又对我们的环境构成了污染源；从小的角度来说，单位和个人的财政花在废弃的餐劵上的金钱也是一种不折不扣的浪费。
对于传统食堂运作方式的弊端，相信各方都已了解和认同。那么， 是否存在一种替代方案，它既能避免传统方式的弊端，同时可以带来一些其他的好处呢？答案是肯定的。提供了各种各样的解决方案，如：接触式IC卡，感应式IC卡，光电卡，实时消费终端等。所提到的方案其实都是不同程度地结合了电子，电脑，软件，网络等各种先进的科技，各有特点，也都存在不同程度的缺陷，本课题结合实际情况，采用性价比较高，又最接近当代科技水平采用“感应式IC卡”方案。
“感应式IC卡”方案利用微电子技术把现实生活中的人员信息，消费数据等资料加密后形成电子信息流，存放在感应式IC卡的芯片里面，形成电子餐劵，可以通过射频技术方便地改写与读取芯片中的数据。由于IC卡里的资料均做了加密，而且制作过程都需采用高科技的设备和方法，故难以盗取信息或仿制；而感应IC卡的射频感应读写方式决定了这类卡不存在磨损问题；还有它的可记帐，可擦写的性能决定它能够被不同的人在不同时期反复再用。所有这些良好特性都是传统的餐劵不具有的。
“感应式IC卡”方案利用电脑，软件技术，按照食堂管理的实际运作过程定制好食堂管理的软件系统和通讯软件。利用通讯软件经由网络接收感应式IC卡中存储的消费帐数据，在软件管理系统中进行各种分析处理，提交准确的管理报表；还利用软件系统对感应式IC卡—也就是消费系统的电子餐劵的发行，充值，挂失，退卡销户实施可靠快捷的处理。
归结起来，“感应式IC卡”食堂收费管理方案就是先用电子手段把往常繁琐，海量的有形消费数据转化为能存放在一块小晶片中的电子信息，再利用电脑的高速运算，软件的灵活控制，网络通讯的便利对电子消费信息进行快速可靠的处理和监控，从而把食堂收费管理在简化过程，强化管理，杜绝贪污作假和节省资源各方面从传统的水平提高到全新的档次。
1.1.1 食堂饭卡收费管理系统使用目标
食堂饭卡收费管理系统应该达到以下目标:
1、收费管理系统应该操作方便，快捷,可靠性高,防冲突。加密性能好。
2、卡可以的注销、充值、挂失、密码更改。
3、完善的系统管理功能。
4、优秀的统计打印功能。
1.1．2 食堂饭卡收费管理系统使用现状
食堂饭卡收费管理系统的发展史是一个漫长的过程，由最原始的现金、餐票交易，先后经过了磁卡、光电卡、条码卡、IC卡直至射频卡的过程。随着科技的进步，原有的售饭系统在性能稳定性，可靠性，保密性，以及使用寿命等方面，都达不到客户的要求，射频卡实时售饭系统正是在这一现状下产品升级的产物，具有如下特点：
可靠性高： 非接触式IC卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。此外，非接触式卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。
操作方便，快捷：由于非接触通讯，读写器在15cm范围内就可以对卡片操作，所以不必插拔卡，非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以任意方向掠读写器表面，即可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。
防冲突：非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，无形中提高了系统工作速度。
可以适合于多种应用： 非接触式卡的存储结构特点使它一卡多用，能应用于不同的系统，用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。
加密性能好 ：非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自已的操作密码的访问条件。 
因此，食堂饭卡管理收费系统作为现代化的管理手段可大大提高食堂的经营管理水平，完善经营管理机制，提供有效的辅助决策功能，这种收费模式正逐渐成为我国现今和今后大力发展的主流，现在及将来很长一段时间都会被广泛的使用。
1.2 食堂饭卡收费管理系统的组成及相关技术难点
1.2.1 系统组成说明

打印机

485网卡
发卡器

……

售饭机1
售饭机2
售饭机n

图1.1系统结构示意图
整个管理系统由中央处理部分、网络传输部分、前端设备部分及软件部分构成。
中央处理部分：
1、授权卡的发放、存款、挂失、注销、卡片回收
2、终端的管理，终端数据的采集
3、采集上的数据的整理、统计、查询、打印
组件如下：
1、PC机一台(586以上计算机)
2、打印机
3、非接触IC卡发卡器
4、打饭机
网络传输部分：主要完成数据的传输任务，主机命令的下载，终端数据的采集。上位机与下位机之间的传输采用RS485方式。
RS485
管理计算机
发卡机
读卡器
（收费机）
卡

片
卡

片

天线

天线
RS485

1.2网络传输图
组件如下：
1、 RS-485网络通讯卡
2、 CAT 5数据线
前端设备部分：消费数据的处理及储存.
组件如下：
1、 电源（AC 220V）
2、 非接触IC卡售饭机(DAC SF-TS/GS)
软件部分：实现整个系统的控制。
组件如下：
1、 操作系统：Windows98以上中文操作系统
2、 非接触IC卡售饭系统（准备采用VB编写）
本课题研究的食堂饭卡收费管理系实质上是一个以非接触式IC卡为通信载体的基于小型局域网平台上的数据库信息管理系统。由非接触式IC卡读卡机从各食堂窗口读入收费信息，用作收费依据和上位机网络系统信息管理的信息源。加密后的专用IC卡数据传给PC机（下位机）。硬件组成包括各食堂窗口上位机、后勤处PC机（下位机），挂失、注销、充值专用的一台上位机。及一个小型的网络系统。软件组成包括后勤外收费管理中心负责对收费信息进行处理的数据库应用程序和专门负责组织和管理信息表的数据库管理系统，以及收费终端设备控制软件、网络通讯协议等。
1．2．2 本系统涉及的技术主要有以下几个方面:
1、 IC卡的读卡过程。由于非接触式IC卡具有操作方便，快捷,可靠性高,防冲突。加密性能好，本系统将采用非接触式IC卡。
2、 上位机与下位机的数据传输及传输协议。从传输距离、传输速度及数据安全等方面综合考虑，本系统采用RS-485半双工通信方式。
3、 PC机上数据库的管理。软件采用VB编写，数据库使用微软的ACESS。
1．3 本文选题的意义及研究重点
食堂饭卡收费管理系统由于从源头上杜绝了人员消费金额的流失性,有效防止了作弊现象；同时为了减少了交易时的复杂性，节省时间，减少了疾病的传播；从源头上杜绝了人员消费金额的流失性, 方便高效的收费，管理，消费账目一目了然。随着高科技的蓬勃发展，智能化管理已经走进了人们的社会生活，适应信息的时代需要,作为作为新的企业管理模式,必须在功能上满足当前和未来发展的需求,成为文化和经济发展的前提。
采用先进感应式IC卡取代传统的现金、票证、纸卡等，用计算机智能管理手段提高使用单位的工作效率和工作质量。适用于学校、单位、工厂、宾馆、酒店、俱乐部、会所、商场等、食堂餐厅的管理。
本课题研究的重点是射频IC的读卡过程，以及上位机与下位机之间的通信传输。

2 下位机总体设计

2.1 下位机概述
下位机即售饭机,是本系统一个主要的组成部分，负责读取和暂时处理卡信息,由通信系统传到管理中心，同时键盘输入每次消费的金额,也传到管理中心。保存到数据库里，同软件统计，管理。管理中心的数据数据到下位机通过显示程序显示给消费者。
2．2 下位机硬件部分
该部分是本课题主要部分。其中读写器由单片机、键盘、显示、监控电路等部分组成。电路框图如图2.1所示.，电路图在附件1。
EEPROM
4*4矩阵式键盘

89C51RD+PLCC44
（CPU）

RS-485
通信
MFRC500(读卡部分)
显示部分
监控电路
电源电路

图2.1 IC卡读写器系统框图
2．2．1 单片机系统
单片机采用89C51RD。已片内有64KB的ROM, 8K的RAM以及有44个I/P口。P0、P2口作为地址数据总线。P3.5报警电路连接;P1.0-1.3口用作4X4键盘及显示电路;P3.6P3.7口用于RS485通信,P3.4P3.5用于EEPROM。
2．2．2 键盘电路
键盘接口电路用7289口接成4X4结构，共16个键。其中数字键10个，功能键2个，退格键和确定键各一个，一个小数点，另有1个键暂时未用。功能键有一查询和通信两键。查询键:售卡员可以通过此键杳询售卡金额和售卡记录数。通信键:由于读写器的存限，因此读写器每售卡一段时间，应将读写器中的数据通过RS-485串行接口与PC机通信，以便读写器中的数据。数据回放到PC机中后，通过分析处理，形成各种报表，以便食堂管理中心及时掌握消费情况。
2．2．3 显示电路
显示部分采用数码显示，利用串行输入BCD码一十进制译码驱动显示器件7289来完成与显示屏的显示接口，以显示读写器工作状态、输入的数据或读出IC卡中所剩余以及出错信息等。此器件由一个20位移位寄存器、1个锁存器、1个多路输出器。多路输出器输出的BCD码经段译码器译码后在LED上显示。
2．2．4 存储器
读写器中设计了存储器。存储器选用24CXX系列的串行E2PROM。在售卡机中主要存放消费卡号，消费金额、消费日期。显示用7289驱动4位共阴数码管。正常工作后，当PC机断电时，可以暂时保存在E2PROM，当PC机正常工作时再把保存的信息上传到数据库。存储器如240128或24C256等存储容量大的芯片。
2．2．5 监控电路
监控电路监控电路采用DS1232L芯片。它是个看门狗定时器，其功能是:上电和掉电产生RESET信号;看门狗对系统进行监控，防止死机。
2．2．6 非接触式IC卡
非接触式IC卡选用Mifarc卡。其土作频率为13. 6MHz，存储量为1KB分16区，每区2套密码地址区与存储区域相互独立，因此每区可用作一种用途(第0区一般小用)以实现一卡多用。由于Mifarc认证机制严密，保存的信息比较可靠安全，可以擦写几万次。 Mifarc卡的16个区，每区又分4块，每块16字节。在售卡机中用第1区作用户储值块，其中存储身份号，第1、2块存放价值，第3块存放两套6字节密码和4字节读写访问条件。
2．3 程序设计
2.3.1 主程序流程图
主程序流程图如图2.2所示。

开始
有卡感应
循环扫描键盘
初始化
一次操作完成

显示程序

N

Y

2.2主程序流程图

2.3.2 循环键盘显示程序
循环扫描键盘显示程序如图2.3所示，它采用程控扫描方式。键盘实际操作的顺序是：先按功能键，然后依次输入8位（十进制）密码，按回车键确认。当存取款时，随后输入所存取的款额；当修改密码时，随后输入8位新密码，输完后按回车键确认。若输入密码正确，显示IC卡内存款的余额或改密码成功信息（SUCCESS）。若密码不正确，提示重新输入，允许输入密码4次。
    为了记录操作中正在进行的状态，在键盘程序中设置了多个指针。
   （1）KEY 有否按键按下标志。00H表示无键按下，01H表示有键按下。此标志用于判断按键是否已松开，防止误操作。
   (2）FUN为功能键指针，00H表示无功能键按下，01H表示存款（ADD），02H表示取款（SUB），03H表示查询（IQUIRE），04H表示改密码（CHANGE PASSWORD）。
（3）DIG为允许数字键输入标志，00H表示不允许，01H表示允许。此标志主要是防止输入多余的密码，或输入的款数超出限额。
  （4） NUM表示输入第几个数字，00H表示无数字输入，01H～08H表示输入密码，09H～10H表示输入款数或新密码，若NUM为11H，显示出错信息。

图2.3循环键盘显示程序流程图

2．4 键盘设计
2.4.1 键盘硬件部分
键盘设计为16键，即0-9，确定、取消、小数点、现金、A，B。程序扫描工作方式是在CPU不执行别的程序时，对键盘进行扫描，CPU的时间比较多，当CPU执行其他功能程序时，就不再响应键盘的要求。
1、 判别有无键按下。将P1.4口低4位输出为0，把P1口高4位读入单片机，若P1.4~P1.6的状态全为1，表明无键按下，否则，表明至少有一个键按下。
2、 消除按键抖动的影响。在判断有键按下后，调用延时时间约为10ms，再判断P1.4~P1.6的状态，如果仍然是有贱按下的标志，则确认键被真正按下，否则当做按键抖动处理。
3、 求按键的位置。首先使P1.0为低电平，读入P1.4~P1.6的状态，若P1.4=0，表示第1行第1列的键（S1）按下，P1.5=0，表示第2行第1列的键（S5）按下，依次类推，P1.6为0表示S9闭合。
然后再使P1.1为低电平，扫描第2列，这样可以确定第1、2、3行第2列的按键状况。由此可见，列扫描号和行读入状态就可以确定按键的位置，我把列扫描号称为列号，行读入状态称为行号，列号+行号=键值，它代表了键的位置。
4、 键闭合一次只进行一次处理，因此在键被释放后才进行键的处理。
2.4.2 键盘扫描程序：
对应的键盘查键程序如下:
KEY : MOV P2, #OFH;用反转法查键
MOV A，P2
ANL A，#OFH
MOV B，A
MOV P2, #OFOH
MOV A，P2
ANL A，#OFOH
ORL A，B
CJNE A，#OFFH, KEY1
RET;无键按下
KEY1:MOV B，A;有键按下，存键码
MOV DPTR, #Tl1BLE
MOV R3, #OFFH:存顺序码单元初始化
KEY2:INC R3
MOV A，R3
MOVC A，@A+DPTR
CJNE A，B, KEYS:判键码，求顺序码
MOV A，R3:若找到键码，存顺序码
RET
KEYS: CJNE A，#OFFH, KEY2:判是台查完

RET:已查完，键码未找到，以无按键处理
TABLE: DB 77H, 7BH, OBBH:按键特征码表
DB ODBH, 7DH, OBDH
DB ODDH, 7EH, OBEH
DB ODEH, OB7H, OD7H
DB OEEH, OEDH, OEBH
DB OE7H, OC7H, OFFH
2.5 下位机电源的设计
在本设计中+5V芯片电源的设计采用单相桥式整流电路。电路图如2.5所示：
图2.5 +5V单相桥式整流电路
由公式UOUT=0.45U2（1+COSα）得出U2=10/1.35V
取触发角α=600 变比K=30：1
硅整流模块选用日本三社电机公司单相桥式硅整流模块，型号为FDF60BA，电参数如下：
VRRM=400V IF=60A IFSM=600A I2t=1490A2S VFM=1.6V IRRM=60Ma trr=100ns Rthic=0.7K/W Viso(RMS)=2500
对电路的分析：为了防止晶闸管失控，在电路中并联了二极管，用这只二极管为感性负载提供一条续流通路，保证晶闸管的正常工作。利用LC滤波，保证输出为平滑的直流。同时利用7805稳压芯片稳压。

3 非接触式IC卡系统

3.1 非接触式IC卡读写系统概述
目前经常接触到的IC卡有一两种:接触式的和非接触式的IC卡。接触式的IC卡通过机械触点获取能量和交换数据;非接触式IC卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以又称射频卡。目前在社会上常见的是接触式IC卡。它具有一存储量大(以兆为单位)，保密功能强(有一多重密码设置功能)，可实现一卡多用。但是，这类卡的读写操作速度较慢，操作也很方便，每次读写时必将卡地插入到读写器的口槽才能完成数据交换，这样，在就餐需要频繁读写卡的场合就很方便，目前‘读写器的触点和卡片上IC卡的触脚暴露在外，容易损坏和搞脏而造成接触不良。非接触式IC卡是根据射频电磁感应原理产生的。读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的范围之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用中非常方便、快捷，小易损坏。因此，在就餐、公交、园、企事业等人事管理、娱乐场所等方而有一广泛的应用前景。目前我国引进的射频IC卡主要有PHILIPS公司的Mifarc和八TMEL公司的Tcmic卡。而本课题以PHILIPS公司的Mifarc卡、介绍食堂饭卡系统读写器的实现方法。
非接触式IC卡读写系统是收发卡机的一个重要组成部分，其功能是根据设备的使用需求适时地、准确地对收费信息载体一非接触式IC卡进行读写操作，并将读写信息反馈到上位工控机以便上位工控机软件进一步处理之用。本系统采用PHIHIPS公司的MIFARE卡。
3. 2 PHILIPS公司MIFARE卡特性
本收费系统采用了目前国内广泛使用的PHILIPS公司的MIFARE型非接触式卡片。该型卡片共有两种:MIFARELIGHT和MIFAREI，特性如下。
一、MIFARELIGHT卡
1、128位的数据区(不用钱包文件可达192位)，16位的数值计算
2、每张卡有唯一序列号，为32位
3、用户可根据需要自定义卡片的控制权限
4、工作频率:13. 56MHz
5、通信频率:106KB波特率
6、具有防冲突机制，支持多卡操作
7、卡内无电源，读写距离lOcm以内(与天线有关)
8、容量为384位，适合一卡一用
二、MIFARE卡
1、卡片容量为8K位EEPROM，分为16个扇区，每个扇区4块，每块16各字节，以块为存储单位。
2、每个扇区有独立的一组密码及访问控制
3、每卡有唯一的32位序列号
4、具有防冲突机制，支持多卡操作
5、无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路
6、数据保存期达10年，可改写10万次，读无限次
7、工作频率:13. 56MHz
8、通讯速率:106KBPS
9、读写距离:lOcm以内(与读写器有关)
该卡以其容量大、保密性好、适应范围广而获得了最广泛的应用。它的芯片电路由一个高速射频接口、控制逻辑和EEPROM组成。射频接口模块主要包括时钟发生器、上电复位电路、调制解调电路和电荷泵;控制逻辑主要包括复位响应电路、防冲突电路、应用选择电路、认证与存储控制电路、控制与算术单元和加密单元;EEPROM模块主要是EEPROM存储器。它是一个1024 x 8位的阵列，分成16个。每个区都有独自的存储条件、读写保护及密码，被安排在每个区的块3中。

3．1上位机系统流程图

初始化
循环显示
卡扫描
有卡接触
扫描键盘
有键按下
N

Y
处理数据并上传
开始
Y
N等待10秒

3. 3 收费系统中的卡片分类
作为就餐用的非接触式IC卡在载入各级密码后由收费中心统一管理发放。卡片类型主要有身份卡、公务卡和就餐卡三种
1、身份卡
该卡主要用于食堂工作人员使用，用于对收费站工作人员的监督和管理。卡内记录该工作人员的编号和密码信息，工作人员上班后工作人员先以此卡插入专用设备，在设备将此收费源信息读入并对该卡密码验证无误后方可启动食堂发费设备进行收费，否则设备处于锁定状态，不能开启。
2、公务卡
该卡用于后勤处工作人员,管理所有的卡,并能对餐卡进行挂失、注销。
3、就餐卡
该卡用于消费。
4、注销卡、挂失、解挂
当用户不再使用本卡、本卡遗失、挂失后重新使用本卡，可去管理中心办理销户。先用此卡在读卡器上刷一下,此项功能减少硬件方面的设计（可以减少一台专用的挂失机），节约成本。
3. 3.1 IC卡的数据文件及其管理
非接触式IC卡，如Mifare卡，其数据由读写接口设备的上位微机管理。卡内的数据管理通常是以“记录”的形式为最小单位，把多条具有相同特征的“记录”组织在同一个存储区内。各种不同特性的“指令”或“记录”所组成的各个集合，构成了不同分区中的不同文件。上位机通过接口函数由应用软件对这些文件按其功能定义实施管理。这些文件可分为以下几种类型:
1、保密文件:该文件主要用于存放卡片的各种密码或密钥。文件中的数据一般在IC卡发行的最后阶段，经授权用IC卡的操作系统写入。写入后再利用熔丝等手段予以熔断保护。文件的数据内容在应用时只能由卡片操作系统本身来读取和解释。其它任何方式都不可以访问，不能改写也不能读出来。
2、公开文件:该文件主要存放卡片的各种公开的标识和文档(如持卡人号、发行时间、卡有效期等)。数据是在IC卡发行的个人化处理期间写入。数据已经写入后，一般不允许擦除或改写，只能是无条件地可读。
3、应用文件:该文件主要存放实际应用过程中产生的各种“实记录”(如交 易数据、文件记录、文档等)。这些文件既可以读出，也可以改写，读写条件将由学校发卡部门根据应用要求在卡上操作系统的相关文件中定义。但数据的实际意义只能由控制终端设备的上位机的应用软件来解释。非接触式IC卡是系统一切收费信息的载体，该信息上传到中心计算机室后归结在一起形成消费记录。消费记录是整个自动化收费系统信息处理的核心与关键，一切收费及有关信息的查询、统计形成的来源就在于此。系统所需分类信息主要有:收费人员代码、消费窗口、消费时间、消费金额。其中，刷卡消费时，收费人员将消费金额输入，加上系统自动输入的收费人员代码、消费窗口、当前时间等信息一起写入发卡机发出的卡片中，并同时上传收费中心储存;计算出余下金额，同时将余下金额显示显示出来。收费信息在卡片内以块为单位存取，可以根据需要将卡片的16个扇区划分为相应的几个功能区，把系统所需的各种信息按类储存在不同的区内。由于各个扇区都有独立的控制块，通过对控制块中的密码位和控制位的设定来决定该扇区每个块数据的访问权限，这种结构极大地增强了IC卡数据的管理功能。使IC卡数据中的保密文件、公开文件、应用文件的分类管理从技术上得到了保证。
3.4 非接触式IC卡系统原理及组成
非接触式Ic卡系统由控制器、读写器(包括读写天线)和IC卡片组成。其系统框图如图3-2所示。
。

图3-2非接触式IC卡系统框图
能量片内电源图3-2非接触式IC卡系统框图,本系统非接触式IC卡片为国际标准ISO/IEC 14443的13. 56M Hz的工作频率，以半双工方式在读写器与IC卡之间双向传递资料。读写器将要发送的信号编码后加载在频率为13. 56M Hz的载波信号上经天线向外发送，进入读写器工作区域的IC卡接收此脉冲信号，一方面卡片内芯片中的射频接口模块由此信号获得电源电压、复位信号、时钟信号;同时卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、译码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制控制逻辑电路则从内存中读取有关信息，经加密、编码、调制后由天线发送给读写器，读写器对接收到的信号进行解调、译码、解密后送到后台电脑处理;若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM所需的高电压，以便对EEPROM中的内容进行改写:若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。在高速公路收费管理应用系统中，读写器为通用的非接触式IC卡读写器，完成与IC卡之间的数据读写交换功能。它采用符合计算机工业标准的RS-232C接口为其通讯输入输出通道或可采用AT-BUS(插板)结构为数据的输入输出接口。它直接与上位微机相连接，由上位机通过接口动态库函数完成对卡片的密码严正、信息读写等功能，从而构成以上位微机为控制中心的IC卡应用系统。
3.5 非接触式IC卡机网络接口的选择
在实际应用系统中，IC卡读写机与上位微机之间的数据汇总和数据传送一般采用网络通讯方式。当一台上位机负责多台读写机时，可以通过读写机本身具有的标准RS-485接口来构成小范围内的总线结构或星形结构的局域网络。
对于具有标准RS-485接口的IC卡读写机与上位微机一起通过一块RS-485专用控制扩展板，在相应驱动软件的支持下，就可以构成一个总线结构的网络系统。供微机使用的RS-485控制板一般具有单口或双口的借口。每一个单口可以挂接32个终端。如果采用双口输出，则可带两个总线，共可以挂64个终端。在总线方式中，各终端设备都是并联挂接在总线上，因此信息在传送时呈广播方式。即当一个设备向总线上发送信息时，所有总线上的设备均有机会得到信息。但真正得到信息的设备只能是设备地址码与被传送的信息所指定的信息相吻合的那台设备。用RS-485控制板的直接驱动距离可达1. 2km。此类网络系统如下图3-3所示。

图33总线结构网络系统
3.6 卡的安全性分析及对策研究
在磁卡己广泛流行使用的今天，IC卡之所以倍受重视并后来居上的一个重要原因就是IC卡有着比磁卡好得多的安全性与可靠性。高速公路收费系统信息量大，并且要求极高的安全性，才能顺利地实现收费的现代化管理和有效地防止收费过程中的作弊行为。
3.6.1 IC卡加密技术
对IC卡应用系统，常用加密技术有如下几种:
1、硬件逻辑加密方式:采用不可读取的半导体密码存储，使得密码比较操作只能在芯片内部自行完成;采用读密码、写密码和擦除密码等多种安全手段，并采用彼此隔离的存放管理密码输入错误次数计数限制等，有效防止恶意跟踪测试芯片密码，从而使卡片内部信息得到很好的保护
2、一般的软件逻辑加密方式:采用特征字混合编码或采用明码加检验字校验的处理方法或直接采用密文编码，都可以比较方便地使卡片中存储的信息得到较好的加密性能。
3、严格的软件加密方式:通过选择带CPU的智能型IC卡，利用卡片内CPU的运算功能和监控程序，将国际通行的加密算法(如DES, RSA等)应用于卡片的加密处理，使IC卡的安全性达到相当高的水平。
3.7 收费系统非接触式IC卡的密钥鉴别
根据RSA非对称密钥算法的原理，食堂收费管理系统对卡片加密时，其主密钥由业主提供，密码系统据此生成收费系统的系统密钥。然后由专用编码机根据系统密钥的授权对IC卡进行编码形成密级不同的各类卡片。其中密钥卡用于向终端的IC卡收发机读写器授权，使读写器能够与非接触式1L卡通过三次相互验证，从而顺利地对卡片信息进行读写操作。
3.8 收费系统非接触式IC卡读写操作的实现
3.8.1 非接触式IC卡与读写器间的通讯
M1射频卡通过卡上的天线与读写器的天线进行信息数据的传递。当卡片进入读写器的操作范围时，二者开始通讯，通讯流程如下图4-6所示:
各步分别完成如下工作:
1、复位应答(Answer to Request)
当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器按预先定义好的通讯协议和波特率向卡片发送询问信息，由卡片应答，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证