專利名稱：手持非接觸式多功能ic卡讀寫器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)讀寫裝置，特別是涉及一種手持非接觸式多功能IC卡讀寫器。
背景技術：
一切生產(chǎn)活動，經(jīng)濟活動都離不開個體的參與而形成。因此現(xiàn)實生活中個人身份的確認極其重要，目前為了記錄更安全完整的信息，往往要將個人的圖像、生物采集器采集的指紋、個人文字信息分別用圖像壓縮技術、指紋處理壓縮技術和文字處理技術，記錄在IC卡上。此種IC卡又分為接觸式和非接觸式，而非接觸式又分為A型和B型。如果要讀取IC卡上的信息則分別要用不同的讀卡器讀取信息，或采用龐大的電子計算機才能驗證，操作上很麻煩，故也直接影響此種IC卡的推廣使用，如應用到第二代身份證、銀行信用卡、儲蓄卡、勞?？āC要部門身份證(例如機場，出租車管理，地鐵)等。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有IC卡讀卡器功能單一、體積大、不能對非接觸式A型和B型卡兼容等問題而提供一種手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，集射頻技術、生物識別技術、數(shù)據(jù)處理技術、圖像壓縮和安全加密技術于一體，不僅兼容非接觸式A型和B型IC卡，還同兼容接觸式卡?？勺x取IC卡中的文字、圖像、指紋信息，并可以進行與計算機之間的數(shù)據(jù)交換及無線數(shù)據(jù)傳送。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種手持非接觸式多功能IC卡讀寫器包括中央控制器CPU、讀卡模塊、彩色液晶顯示器、存儲器、鍵盤觸摸屏、電源，其特征在于中央控制器CPU采用RISC處理器，處理器與讀卡模塊、彩色液晶顯示器、存儲器、鍵盤觸摸屏、電源連接，利用嵌入式軟件，分時進行控制及數(shù)據(jù)交換。
作為本發(fā)明手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的改進，其特征在于所述的讀卡模塊分為射頻區(qū)和接口區(qū)射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機(或其他微處理機)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收/發(fā)器、64字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器、內(nèi)部有進行數(shù)據(jù)加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。
作為本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的進一步，其特征在于所述的密碼機采用DES算法進行數(shù)據(jù)加密。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的天線為多圈環(huán)形天線。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的存儲器采用INTEL E28F016S3 2M-byte FLASH存儲芯片。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的鍵盤觸摸屏采用采用MAXIM MXB7846觸摸屏控制器及一塊觸摸屏貼在液晶顯示屏上。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的彩色液晶顯示器的彩色液晶顯示模塊包括液晶驅(qū)動模塊SED1353和彩色256色320*240液晶。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于具有多個232USB接口。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的232USB接口可連接有指紋模塊。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的232USB接口可連接GMS進行無線通信。
圖1是本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的結(jié)構方框圖。
圖2是本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的IC卡發(fā)射接收模塊原理方框圖。
圖3是本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的電原理圖。
圖4A和圖4B是本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的CPU控制電原理圖的左半部分和右半部分。
圖5是本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的非接觸式IC卡接口電原理圖。
圖6是本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器接觸式IC卡接口電原理圖。
圖7是本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的電源模塊電原理圖。
圖8A和圖8B分別是本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器液晶驅(qū)動接口電原理圖的左半部分和右半部分。
具體實施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種手持非接觸式多功能IC卡讀寫器包括中央控制器CPU、讀卡模塊、彩色液晶顯示器、存儲器、鍵盤觸摸屏、電源，其特征在于中央控制器CPU采用RISC處理器，處理器與讀卡模塊、彩色液晶顯示器、存儲器、鍵盤觸摸屏、電源連接，分時進行控制及數(shù)據(jù)交換。
這樣中央控制器CPU采用高速低功耗RISC處理器，該處理器采用CMOS工藝，具有2.7-5.5V的寬電壓工作范圍及較低的功耗。當前系統(tǒng)主頻工作在8.0MHz，具有高速的指令執(zhí)行速度。所有的外設都與處理器連接，形成星形控制網(wǎng)絡，由處理器分時的對外設進行控制及數(shù)據(jù)交換。圖像處理，數(shù)據(jù)處理，程序控制全部由中央控制器實時運算。
具有以下優(yōu)點
(1)先進的RISC精簡指令集結(jié)構高性能低功耗的AVR.8位微控制器133條功能強大的指令大部分在單時鐘周期內(nèi)執(zhí)行32×8個通用工作寄存器+外設控制寄存器全靜態(tài)操作工作在16MHz下具有16MIPS的性能片內(nèi)帶有執(zhí)行時間為兩個時鐘周期的硬件乘法器(2)非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器128K字節(jié)在線可重復編程Flash，擦寫次數(shù)100000次以上BOOT區(qū)具有獨立的加密位可通過片內(nèi)的引導程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程，寫操作時真正可讀4K字節(jié)EEPROM擦寫次數(shù)100,000次4K字節(jié)內(nèi)部SRAM最大64K字節(jié)可選外部存儲器空間程序加密位在線可編程SPI接口(3)JTAG(符合IEEE std.1149.1標準)接口邊界掃描能力廣泛的片內(nèi)Debug支持通過JTAG接口對Flash，EEPROM，和加密位編程(4)外設特點兩個帶預分頻器和一種比較模式的8位定時/計數(shù)器兩個擴充的帶預分頻器和比較模式捕獲模式的16位定時/計數(shù)器具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器二通道8位PWM6通道2到16位精度PWM輸出比較調(diào)節(jié)器8通道10位A/D轉(zhuǎn)換8個單端通道7個微分通道2個增益為1x，10x或200x的微分通道兩線(I2C)串行接口二路可編程串行UART接口主/從SPI串行接口帶內(nèi)部振蕩器的可編程看門狗定時器AVR核將32個工作寄存器和豐富的指令集聯(lián)結(jié)在一起，所有的工作寄存器都與ALU算術邏單元直接相連。允許在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的單條指令同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構提高了代碼效率，使AVR得到了比普通CISC單片機高將近10倍的性能。
CPU還具有以下特點，128K字節(jié)具備寫操作時可讀的在系統(tǒng)可編程FLASH、4K字節(jié)EEPROM、4K字節(jié)SRAM，53個通用I/O口，32個通用工作寄存器、實時計數(shù)器(RTC)、4個具有比較模式和PWM的定時器/計數(shù)器、2個USARTs、一個兩線(I2C)串行接口，一個8通道10位具有可選增益差分輸入的A/D轉(zhuǎn)換器、一個帶內(nèi)部振蕩器的可編程看門狗定時器、一個SPI口一個符合IEEE std.1149.1標準的JTAG測試接口、也可用于訪問片內(nèi)Debug系統(tǒng)和編程、6種可通過軟件選擇的省電模式。
如圖2-8所示，本發(fā)明手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的改進，其特征在于所述的讀卡模塊分為射頻區(qū)和接口區(qū)射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機(或其他微處理機)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收/發(fā)器、64字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器、內(nèi)部有進行數(shù)據(jù)加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。
作為本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的進一步改進，其特征在于所述的密碼機采用DES算法進行數(shù)據(jù)加密。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的天線為多圈環(huán)形天線。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的存儲器采用INTEL E28F016S3 2M-byte FLASH存儲芯片。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的存儲器還可采用SST39VF016 FLASH存儲芯片。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的鍵盤觸摸屏采用采用MAXIM MXB7846觸摸屏控制器及一塊2.8”(英寸)的觸摸屏貼在液晶顯示屏上。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的彩色液晶顯示器的彩色液晶顯示模塊包括液晶驅(qū)動模塊SED1353和彩色256色320*240液晶。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于具有多個232USB接口。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的232USB接口可連接有指紋模塊。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的232USB接口可連接GMS進行無線通信。
現(xiàn)對本發(fā)明的原理進行概述1、本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的讀卡模塊采用PHILIPS IC，可兼容ISO-14443 A型和B型通信的所有層協(xié)議。
IC集成了數(shù)字和模擬功能，空間得到極大優(yōu)化，特別適用于手持閱讀器。，它還采用了用于公共密匙算法(包括Elliptic curve、DES和AES)的加密協(xié)處理器和內(nèi)存管理單元，以增強多應用設置的安全性。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器以射頻識別技術為核心，發(fā)射接收模塊功能包括調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防碰撞機制。內(nèi)部結(jié)構分為射頻區(qū)和接口區(qū)射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機(或其他微處理機)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收/發(fā)器、64字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器、內(nèi)部有進行數(shù)據(jù)加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。這是與射頻卡實現(xiàn)無線通信的核心模塊，也是讀寫器讀寫的關鍵接口芯片。讀寫器工作時，不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波(13.6MHz)，當有卡靠近時，卡片內(nèi)有一個LG串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同，這樣在電磁波的激勵下，LG諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電有了電荷。在這個電容另一端，接有一個單向?qū)щ姷碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲。當電容器充電達到2V時，此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器發(fā)出的數(shù)據(jù)與保存。
系統(tǒng)通過處理器直接控制該芯片來與IC卡進行數(shù)據(jù)交換。
2、本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的密碼管理的原理如下目前程序內(nèi)部采用的數(shù)據(jù)加密算法是DES算法。采用DES算法的原因是因為該算法已被證明是一個十分成功的加密算法，而且算法的運算復雜度相對而言也較小，比較適用于智能卡這樣運算能力不是很強的情況。DES算法的密碼(或稱密鑰)長度是64位的，把數(shù)據(jù)加密時要用到的密碼組織在一起，以文件的形式儲存起來，稱為密碼文件。其中的記錄頭部分存儲的就是密碼的屬性信息，例如是可以應用于所有應用文件的密碼，還是只對應某一應用文件可用的密碼；是可以修改的還是只能讀取的密碼等等。但是不論是什么樣的密碼文件，作為一個文件本身，都是通過對文件訪問的安全控制機制來保證密碼文件的安全性的。當需要進行數(shù)據(jù)加密運算時，就從密碼文件中選取密碼加入運算。從密碼文件中讀出密碼時，與讀取應用數(shù)據(jù)一樣，只要直接給出密碼所在的地址就可以了。比較好的辦法是在隨機抽取出一個密碼后再對密碼本身作一些處理，盡量減少其重復出現(xiàn)的機會。例如PBOS產(chǎn)品中，采用的辦法就是對從密碼文件中選出的密碼首先進行一次DES加密運算，然后將運算結(jié)果作為數(shù)據(jù)加密的密碼使用。其計算公式如下Key＝DES(CTC，K(a))式中，K是從密碼文件中隨機選取的一個密碼；CTC是一個記錄智能卡的交易次數(shù)的計數(shù)器，該計數(shù)器每完成一次交易就增一；key就是最后要提供給數(shù)據(jù)加密運算使用的密碼。使用這種方法可以提高智能卡的安全性，但卻降低了執(zhí)行的效率。因此，具體采用什么樣的方法來產(chǎn)生密碼應當根據(jù)智能卡的應用范圍及安全性要求的高低而具體決定。
3、本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的天線部份為設計滿足總體要求的多圈環(huán)形天線。
4、本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的信息存儲和觸摸屏輸入系統(tǒng)采用INTEL E28F016S3 2M-byte FLASH存儲芯片，在存儲芯片中保存有HZK16漢字字庫及ASCII字庫、100條的讀卡記錄、10萬個追逃記錄(也可以存儲其他信息)。
在100條的讀卡記錄中，保存了最近讀取的100張卡的所有信息，用戶可以隨意查詢。
其中有一存儲區(qū)也可以作為儲值卡消費用。
4、觸摸屏輸入數(shù)據(jù)輸入及操作界面采用MAXIM MXB7846觸摸屏控制器及一塊2.8”(英寸)的觸摸屏貼在液晶顯示屏上，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)提示通過直接觸摸顯示范圍內(nèi)的圖形按鍵操作讀寫器。MXB7846芯片具有+2.375V-+5.25V的全電壓工作范圍，較低的功耗，內(nèi)部有2.5V的基準電壓，除了觸摸屏控制還有電池電壓、溫度檢測等功能，本讀卡器的電池電壓檢測也是通過該芯片(電池電壓的檢測范圍+2.0V-+6.0V)。
5、本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的彩色液晶顯示模塊包括液晶驅(qū)動模塊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)顯示格式2.8寸屏幕，320(RGB)X240點陣(2)結(jié)構彩色STN LCD，Common & Segment Driver，LED背光。
(3)顯示類型彩色STN，透射(4)高對比度。
液晶驅(qū)動模塊SED1353具有以下特征SED1353最高支持到1024×1024的點矩陣液晶控制器，可同時支持到最高256色，其接口靈活性使得既可與MC68000系列控制器連接，也可與最小外部邏輯的8/16位MPU/總線連接。用作顯存的靜態(tài)RAM接口已經(jīng)過速度和性能優(yōu)化，最大支持到128K字節(jié)。系統(tǒng)通過CPU與SED1353交換數(shù)據(jù)去刷新顯存中的點陣圖的數(shù)據(jù)，達到繪制各種圖形及文字顯示的目的。當前液晶屏的分辨率為320*240(相素點)、256色，可視區(qū)尺寸2.8”(英寸)。
6、本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器的通信接口為RS232C接口，實現(xiàn)本機與計算機之間的數(shù)據(jù)通訊，亦可實現(xiàn)和GSM無線通信，和指紋模塊相聯(lián)進行指紋采集，存儲，對比。
本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器具有以下有益效果◆符合國際ISO/IEC14443-B(A)型非接觸式卡標準。
◆研制了嵌入式實時操作系統(tǒng)可自由擴充各種不同功能。
◆本手持機是集射頻技術、生物識別技術、數(shù)據(jù)處理技術、圖像壓縮和安全加密技術于一體。用高科技手段可方便快捷地識別嫌疑犯，是公安抓捕逃犯好幫手。
◆采用帶觸摸屏320*240彩色256色LCD圖形顯示。
◆手持機，還有信息傳輸功能，機內(nèi)存儲了20萬逃犯的信息。出現(xiàn)異情立即報警，將抓捕信息經(jīng)無線傳輸?shù)綀缶行摹?br>
◆采用FLASH芯片保存歷史記錄，掉電不丟失數(shù)據(jù)。
◆具有高可靠指紋識別系統(tǒng)。
◆具有高壓縮比的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
能夠采集完整的指紋圖像，能夠從IC卡中讀取指紋與持卡人指紋進行鑒定。
◆能夠?qū)⒅讣y數(shù)據(jù)保存在機器內(nèi)，目前機內(nèi)可保存數(shù)千個壓縮后的指紋圖像。
◆供電電源內(nèi)置充電鋰電池，可外接電源，可充電，平均工作電流小于150mA。
◆具有多級電池容量檢測與顯示。
◆硬件防偽芯片，按國家有關部門指定的加密算法對IC卡所有應用數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)，進行信息加密和信息有效性驗證。
◆RS232C接口實現(xiàn)單片機與計算機之間的數(shù)據(jù)通訊。
◆本發(fā)明手持多功能非接觸式IC卡讀寫器還有銀行儲值卡和信用卡讀寫功能。
技術質(zhì)量指標達到非接觸近距離式，符合國際標準ISO14443-B標準RF頻率13.56MHZ圖形分辨率320*240，彩色256色LCD顯示漢字顯示GB2312全部顯示時間≤5-6秒讀卡距離5-10CM通訊接口標準RS232接口存儲器2×8Mbit指紋識別 誤判率≤0.001％拒識率≤0.1％指紋錄入時間＜3秒比對時間≤1秒指紋圖像分辨率450dpi自動數(shù)據(jù)報警時間≤1秒電源直流3.3V(鋰電池)可充電，可外接電源功率≤0.45W
工作溫度0℃-+50℃儲存溫度-20℃--+60℃。
權利要求
1.一種手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，包括中央控制器CPU、讀卡模塊、彩色液晶顯示器、存儲器、鍵盤觸摸屏、電源，其特征在于中央控制器CPU采用RISC處理器，處理器與讀卡模塊、彩色液晶顯示器、存儲器、鍵盤觸摸屏、電源連接，利用嵌入式軟件，分時進行控制及數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權利要求1所述的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的讀卡模塊分為射頻區(qū)和接口區(qū)射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機(或其他微處理機)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收/發(fā)器、64字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器、內(nèi)部有進行數(shù)據(jù)加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。
3.根據(jù)權利要求2所述的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的密碼機采用DES算法進行數(shù)據(jù)加密。
4.根據(jù)權利要求3所述的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的天線為多圈環(huán)形天線。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的任一手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的存儲器采用INTEL E28F016S3(SST39VF016)2M-byte FLASH存儲芯片。
6.根據(jù)權利要求5所述的手持非接觸式多功能I C卡讀寫器，其特征在于所述的鍵盤觸摸屏采用采用MAXIM MXB7846觸摸屏控制器及一塊觸摸屏貼在液晶顯示屏上。.
7.根據(jù)權利要求7所述的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的彩色液晶顯示器的彩色液晶顯示模塊包括液晶驅(qū)動模塊和彩色256色320*240液晶。
8.根據(jù)權利要求1或4所述的任一手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于具有多個232/(USB)接口。
9.根據(jù)權利要求8所述的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的232/(USB)接口可連接有指紋模塊。
10.根據(jù)權利要求9所述的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，其特征在于所述的232/(USB)接口可連接GMS/CDMA進行無線通信。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種手持非接觸式IC卡讀寫器，包括中央控制器CPU、讀卡模塊、彩色液晶顯示器、存儲器、鍵盤觸摸屏、電源，其特征在于中央控制器CPU采用RISC處理器，處理器與讀卡模塊、彩色液晶顯示器、存儲器、鍵盤觸摸屏、電源連接，利用嵌入式軟件，分時進行控制及數(shù)據(jù)交換。本發(fā)明的手持非接觸式多功能IC卡讀寫器，集射頻技術、生物識別技術、數(shù)據(jù)處理技術、圖像壓縮和安全加密技術于一體，不僅兼容非接觸式A型和B型IC卡，還同兼容接觸式卡?？勺x取IC卡中的文字、圖像、指紋信息，并可以進行與計算機之間的數(shù)據(jù)交換及無線數(shù)據(jù)傳送。
文檔編號G06K7/00GK1661619SQ200310101789
公開日2005年8月31日 申請日期2003年10月28日 優(yōu)先權日2003年2月25日
發(fā)明者江正昌, 沈鑫 申請人:江正昌, 沈鑫