非接触智能卡摩托车链轮锁的设计

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：孙秀芳等   人气： 发表时间：2011年09月22日

非接触智能卡摩托车链轮锁的设计 

作者：孙秀芳 ，刘安军，刘俊生 ，孙建功 

引言 

    非接触智能卡(Contactless Smart Card，CLSC)，又称射频卡，具有无机械磨损、容易维护、方便使用等优点，目前在身份识别、信用服务、自动控制、安全防范等领域得到了广泛应用，如我国第二代身份证、门禁控制系统(Door Access System)、高速公路不停车收费系统、水，电，气三表收费系统、停车场、地铁、出租车收费系统、银行服务“一卡通”等．尤其在安防领域，非接触IC卡与锁具有机结合，可以形成各种智能锁具．作者在系统研究了非接触智能卡技术的基础上，对其在摩托车链轮锁具中的应用进行了探讨． 

一、 非接触智能卡的工作原理及特性 

    IC智能(射频)卡采用先进的芯片制造工艺制作，内建有高速的CM0S EEPROM，MCU．卡片上除了IC微晶片及一副高效率天线外，无任何其它元件．卡片上无电源(不需要电池)，工作时由卡片读写系统的天线发送电磁波耦合到卡片上的天线而产生磁、电能转换，达到2 V以上时卡片上IC开始工作，不需要另外提供电源就可以完成相关数据的互相传递．
 
    非接触智能卡具有很多优点：可在免接触条件下进行数据传递，因而避免了因接触读写数据而产生的故障；操作方便，可在5～2O0 cm范围内进行数据传递，安全、可靠；提供有只读方式卡和读写方式卡以适应不同需要；保密性强，芯片在生产中固化特殊密钥数码群中之一组密码信息，代表了持卡人的身份识别，而且是唯一的，无法破译，具有极高的保密性；寿命长，可靠性高，读写次数可达10万次以上，且数据可保持10年以上；抗静电保护能力达到2 kV以上；无电源，可长期使用，避免了更换电池的麻烦；卡片的芯片体积小，只有4 mm×8 mm×1 mm，可以根据需要制成各种样式，例如名片式、匙牌式、饰物式或其它隐藏样式，不仅有装饰性，携带方便，而且又有很好的保密性、隐蔽性．非接触智能卡与主机的读写识别系统在进行数据传输时通过无线电波进行传递，要由高频无线接收／发射电路来完成，电路包括振荡、分频、功放、解调、滤波、放大等部分，工作频率分为低频段(125～134kHz)、高频段(13．56 MHz)、超高频段(868 915 MHz)和微波段(2．45 GHz)多个频段．在应用中，一般将这一部分电路固态化，称为“读卡模块”，使整个系统在应用时简化．按照不同的性能和要求，读卡模块分为多种型号，例如按指向可分为无指向型、宽指向型、窄指向型；按感应距离分为近距型、中距型、远距型；按频率分为低频段、高频段、超高频段、微波段；按数据存取方式分为只读卡、读写卡等．读卡模块可将数据进行双向传递，发射数据到非接触智能卡，接收到的非接触智能卡数据可通过数据输出端送到由单片机构成的控制系统或计算机的相关系统进行后续处理． 
 
    由于非接触智能卡具有许多优点，因此很快得到了广泛的应用，但它也存在以下几个方面的问题： 

    (1)系统价位比较高．在对价格不敏感的领域应用相对要多一些，距离普及所要求的价位还有很大的降价空间，必须降到广泛普及能够接受的价位．实际上，随着技术的不断提高，单机系统直接成本已经比较低，要进行大面积推广，只要降低“高附加值”部分，价位就可以大幅度降低．
 
    (2)应用技术上还有很大的改进的空间．应用过程中开发费用高，而且应用软件开发和硬件设计都有重复开发、重复设计部分，费时、费力、费资金．把系统软件、功能部件等软、硬件标准化、模块化，并且产品化、产业化，可以大大降低开发费用，减少先期投资和开发时间，降低开发费用，同时降低技术使用门槛，有利于应用人员接受和大面积推广使用． 

    (3)应用意识要进一步提高．可以应用的领域和产品远不止上述几个方面，普及非接触智能卡知识、提高各行各业专业技术人员技术应用能力以及增强非专业人员应用意识都是非常重要的． 

二、射频识别原理 

    射频识别技术(即Radio Frequency Identification，以下简称RFID)是2O世纪9O年代兴起的一项自动识别技术，它利用无线射频方式进行非接触双向通信以达到识别目的并交换数据。典型的RFID系统由电子标签(Tag)、读写器(Read／write Device)以及数据交换、管理系统等组成．电于标签也称射频卡，它具有智能读写及加密通信的能力．读写器由无线收发模块、大线、控制模块及接口电路等组成．射频识别是无源系统，即电子标签内不含电池，电子标签工作的能量由读写器发出的射频脉冲提供．电于标签接收射频脉冲，整流并给电容充电．电容电压经过稳压后作为工作电压．数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑．控制逻辑接受指令完成存储、发送数据或其它操作．EEpROM用来存储电子标签的用户ID号及其它用户数据． 

    非接触智能卡中的射频识别技术在身份识别领域得到了广泛应用，已日臻成熟．
 
三、非接触智能卡摩托车链轮锁具 

    作者介绍了非接触智能卡摩托车链轮锁具，是非接触智能卡身份识别技术在安防领域智能锁具中的一种应用，实际制作方便、成本低，直接材料成本不超过5O元人民币，此外还可以做成多种人们喜欢的外形，物美价廉，有很高的使用价值和广阔的市场前景．
 
    目前使用的摩托车链轮锁具采用常用的有钥匙的机械锁头开锁技术，将一个强度很高的锁柱卡在链轮上使链轮卡死，从而锁定摩托车后轮无法转动，达到防止非法移动、被盗的目的．原锁的整体外形结构完整，很难破坏，锁柱卡链轮的原理在实际运用中被证明也是确实可行的，但摩托车被盗仍屡有发生，问题就出在机械锁头上．虽然人们常说“一把钥匙开一把锁”，但实际上钥匙的重码率太高，即便是采用“十字式”的钥匙，其保密性也是非常有限的．采用有钥匙的机械锁头的方法存在钥匙锁具有的通病，很容易被撬开，锁具自身的安全性能太差，防盗作用效率很低，根本无法达到期望的目的，无法满足广大客户的要求． 

    作者采用一种无源加密存储器只读方式的智能卡。主要将非接触智能卡“身份识别”的特性和传统的摩托车链轮锁具有机结合，形成“锁”的智能识别功能．将每个用户的ID和其它信息存入电子标签，通过用户验证是否有效来驱动锁具的开合，克服普通钥匙重码率高的弊病，提高锁具自身的安全性能，增强防盗能力，达到经济可靠的目的．图1为锁体结构示意图． 

    图1中，锁芯处在“锁住”位置，锁芯伸出部分将摩托车链轮卡死，卡位挡片与锁芯焊接为一个整体．外壳用大于2 mm钢板成型焊接为一个整体，后盖板用大于2 mm钢板制成，用紧固件与外壳连接为一体，用来保护内部结构和电路各部分不被破坏，后盖板与摩托车后轴相关部分连接和固定．接收线圈封装在一个工程塑料外壳内，固定在外壳的外侧．图2是一个外形为钥匙链饰物式非接触智能卡片． 

    非接触智能卡片的卡芯很小，可以封装在卡片内或各种造型的小饰件内，有较好的隐蔽性，与钥匙链连在一起随身携带 
非常方便，而且美观大方．为了防潮、防尘、防破坏，用封装专用胶将控制系统封装为一个整体，仅用留出的导线分别与接收线圈、电磁铁和摩托车电源连接，读卡模块外形如图3所示．

    非接触智能卡控制系统的电路图如图4所示。锁车过程：锁车时，用手按下锁芯靠近外端的端头，卡位挡片随同锁芯滑动至低于铁芯时，铁芯在铁芯复位弹簧的推动下抵住锁芯，当手放开锁芯时，锁芯在锁芯复位弹簧的弹力作用下返回，但由于铁芯挡控制电路住卡位挡片，锁芯被阻止返回，锁芯伸出部分卡在摩托车链轮的缺口上，摩托车后轮被锁死，完成锁车过程． 

    开锁过程：当打开摩托车电源开关锁，非接触智能卡控制系统得到电源开始工作，当非接触智能卡片靠近接收线圈1O0 ITIITI以内时，接收线圈接收到该卡片内数据信息送到接收模块，接收模块输出卡片信息数据到IC3，对该卡片相关密码信息进行身份识别，当识别到不是合法卡片时，不进行开锁过程；当识别到是合法卡片时，IC3的9脚输出高电平发出开锁信号，TR2导通，J1吸合接通电磁铁的电源，电磁铁产生电磁场力把铁心拉人线圈内，“锁死”状态时被挡住的卡位挡片被放开，在锁芯复位弹簧的作用下，锁芯复位，放开被卡住的摩托车链轮，完成开锁过程． 

四、结束语 

    非接触智能卡在免接触条件下完成开锁，智能卡内部芯片包含有唯一的序列密码，无法破译，代表持卡人的身份标识，只有识别正确时才能发出开锁信号．由于不用传统钥匙，开锁时不接触锁具，在机械执行部分设计时充分考虑了安防措施，锁具全封闭，锁芯安装隐蔽，因此具有较高的安全性、可靠性，并使锁具整体防破坏性能大大提高．在电路改动不大的情况下可以应用到多种车辆各个部位的安全防范上．

参考文献 

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