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1、. . . . 非接触式IC卡开放实验室管理系统学院:学院专业:电子信息工程学号:200402218建辉指导教师:麻莉萍（教授）摘 要：本论文介绍了一种基于非接触式IC卡的开放实验室管理系统，非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)技术是最近几年发展起来的一门新的自动识别技术。它利用射频方式在非接触式IC卡和读卡器之间进行无线双向通信，完成目标识别和数据交换。而卡上电路的工作电源由读卡器发出的电磁波能量提供。由于非接触式IC卡具有操作快捷、防碰撞能力强、工作距离远、
2、安全性高、便于“一卡多用”等特点，在身份识别、自动收费和电子钱包等领域具有接触式IC卡所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。本文所成功设计的非接触式IC卡开放实验室管理系统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与报表的生成。该系统采用全智能化管理,可以自动记录学生进入实验室的信息,真正实现实验室开放管理,实验室可以全天候对学生开放,不用有专门的人在时时监督，其为实验室的教学和管理提供科学化、现代化的管理手段，大大节约了人力、物力，所以使实验室管理有了质的飞跃。关键词：非接触式IC卡，射频技术，Wiegand26协议，开放实验室管理软件，单片机，读卡器。1绪
3、论1.1引言随着高校教学实行改革以与学生选课系统的运行，传统的实验室管理方式已不能满足教学改革的要求。为适应新人才培养方案的实施，实现实验课程的全面改革，有计划地进行开放性实验是行之有效的教学手段，也是改变传统教学模式，提高实验教学质量，培养学生独立操作能力和创造性思维的必由之路。为提高实验室管理水平，规有序地做好实验室开放工作且要节约人力、物力，就迫切需要一套与上述现代教学管理相适应的实验室管理系统，以实现开放性实验室管理，开发非接触式IC卡开放实验室管理系统，可以实现实验课程教学的动态、开放式管理。因此，对实验室管理具有重要作用。1.2研究背景20世纪90年代以后，随着计算机和网络技术的飞
4、速发展，特别是Internet应用日益普与的情况下，人类进入了一个崭新的时代，这就是信息时代。有学者指出：“当今社会正面临着以信息技术为核心的科技革命，以提高人力资本增值为核心的管理革命。”此时，如何获取信息和管理信息的技术成为一切的关键。管理的信息化水平已经逐渐成为衡量学校办学水平的重要条件之一，也是学校管理能否达到国高水平大学的标准。此外，随着高等教育改革的不断深入和计算机应用技术的普与，社会对毕业生计算机水平和综合素质的要求也越来越高，为适应教育现代化的要求，各高校都不同程度地采用了各种现代化教学手段，兴建电工电子实验室、多媒体电子教室、电子阅览室、计算机实验室等多种实验室，以推进教学方
5、法和手段的改革，培养出具有创新能力的高素质人才。现代教育理论中最重要的一个方面就是最大限度地开发学生的创造性思维，让学生在宽松的学习环境中汲取知识，并扩大实践和动手的机会，让学生去实现自己的想法。在工程类学科中这一点显得尤为重要。高等学校作为人才培养的摇篮，在全面实施素质教育过程中，实验教学处于举足轻重的地位。实验课就成为培养学生动手能力，理论与实践相结合能力和创新能力的重要教学环节。特别是高校实验室的建设与管理水平对实践教学质量影响很大，对科研工作也起着决定性的作用。实验室是完成实验的主要场所。高校实验室的功能已经由过去单一的教学功能，发展成为集教学、科研、开发等多种功能为一体的综合体。实验
6、室也成为规模大型化、结构综合化、系统复杂化、设备高档化的实验群体，由此带来的实验室管理工作也日趋复杂化。所以，提升实验室的管理水平、促进实验室管理现代化是社会对人才培养模式改革的客观要求，也是实验室水平评估的一个重要观测点。如何利用电子信息技术建立适合素质教育的实验教学模块与其管理信息系统，是进行实验室建设和提高实验室投资效益的指导方针。只有实验室设备的现代化，没有实验室管理的现代化，显然不能收到应有的效益。因此合理利用实验室，对现有实验室进行科学、规的管理，将有利于综合发挥实验室的效益，提高教学与科研水平。为实现上述目的，作者开发了一套非接触式IC卡开放实验室管理系统，该系统已经设计成功，系
7、统运行结果证明，可以在实验室使用，通过在每个实验室配置该系统，实现了实验课程教学的动态、开放式管理。因而，实验管理水平实现了质的飞跃。1.3研究目的和意义非接触式IC卡开放实验室管理系统，是针对开放实验室管理工作而开发的，用以帮助开放实验室工作人员利用该系统对学生使用实验设备进行快速方便的管理，彻底改变传统的人工方式，消除人工管理所带来的各种弊端，降低开放实验室管理人员的工作成本，且能充分利用高校有限的实验室资源。 开发非接触式IC卡开放实验室管理系统，使之实现对实验室的自动化管理，提高了教学质量，为实验室规化、科学化管理提供了切实可行的方案，对推进高校实验室自动化建设具有重要作用。 本系统具
8、有很好的市场推广应用价值，无论大小实验室都可以使用该系统。 该系统已设计成功，且运行效果良好，可以安装在各大小实验室使用。1.4 论文的结构本文针对高校实验室传统的实验室管理方式的种种弊端，对开放实验室管理方式进行研究与分析，提出非接触式IC卡开放实验室管理系统的设计目标，进行了系统的分析与设计，最后对该系统的应用前景作了说明。本文分为七章，第一章绪论，简要介绍本文的研究背景、目的意义。第二章介绍课题总体研究和涉与的主要技术，包括射频识别技术、Wiegand协议等。第三章介绍非接触式IC卡开放实验室管理系统的功能与结构框图。第四章介绍非接触式IC卡开放实验室管理系统的硬件设计。第五章介绍非接触
9、式IC卡开放实验室管理系统的下位机软件设计。第六章介绍非接触式IC卡开放实验室管理系统的上位机软件设计。第七章结论。最后是参考文献和致。 2课题总体研究和涉与的主要技术2.1非接触式IC卡开放实验室管理系统组成非接触式IC卡开放实验室管理系统由非接触式IC卡、非接触式IC卡读卡器、人体红外感应模块、单片机和开放实验室管理软件组成，此外还包括液晶显示屏与一些外部电路。（1）非接触式IC卡：相当于门的钥匙，它是通过磁力线圈产生感应电流向读卡器发射卡信息，完成读卡操作的。（2）读卡器：是开放实验室管理系统的主要设备，它与单片机相连。通过单片机对读出的卡信息进行处理，只要有非接触式IC卡进入读卡器射频
10、能量围，读卡器便通过射频信号与IC卡通信，读取卡中数据，并将其送给单片机处理。 （3）人体红外感应模块：这是基于红外线技术制作的人体传感模块，利用它可以检测是否有人进入其围，并作出相应的判断。 （4）单片机：单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、存、部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。 （5）开放实验室管理软件：这是一个上位机软件，它把从下位机采集的数据，借助通信网络，将数据发送到上位机，完成数据的处理与统计分析。2.1.1非接触式IC卡非
11、接触IC卡，又名感应卡、射频卡。诞生于90年代初，由于存在着磁卡和接触式IC卡不可比拟的优点，使之一经问世，便立即引起广泛的关注，并以惊人的速度得到推广应用。 非接触式IC卡由IC芯片，感应天线组成，并完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分。非接触式IC卡的读写过程，通常由非接触型IC卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。 非接触型IC卡本身是无源体，当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的L/C产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写器。由非接触
12、式IC卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式，都使数据读写过程更为简单。非接触式IC卡应用快捷、灵活，易于保管，可靠性高的众多方面赢得了国人士的信心，可以预测，在不远的将来，非接触式IC卡会在更大围的加以推广应用。非接触式IC卡克服了接触卡的缺点，向零缺陷迈进了一大步。具有以下主要特点： （1） 可靠性高、使用寿命长、维护成本低 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。例如: 由于粗 暴插卡、非卡外物插入、灰尘或油污导致接触不良等原因造成的故障。此外, 非接触式IC卡表面无裸露的芯片,无须
13、担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏而使卡片失效等问题, 适应各种恶劣环境。因此，在正常使用的情况下，可以保证IC卡的使用寿命，在10年以上。 （2） 操作方便、快捷 由于非接触通讯,读写器在510cm甚至更远的围就可以完成对卡片的操作, 非接触式IC卡使用时非常简单，不需固定方向和位置，没有方向性,卡片可以任意方向掠过读写器表面,即可完成操作,大大提高每次使用的速度。 （3） 加密性能好、安全可靠 每卡片在出厂时都写有不可更改的唯一编号（全球唯一的序列号，制造厂家在卡片出场前已将此序列号固化，不可再更改），并可为第一用户设定卡与读写设备相对应的唯一的密钥，卡和读写设备均无法复制，确保系统的安全性
14、和可靠性。 （4） 高抗扰性 非接触式中具有防冲突机制，在多卡片进入读写器的工作围时防止卡片之间出现数据干扰，允许只读一卡操作。 （5） 广泛适用性 非接触式IC卡可应用于不同的系统、不同的场合。每卡片出厂时有唯一的序列号，用户可以根据不同的应用设定不同的密码和访问条件，可实现企业管理一卡多用的需要。同一卡片经个人化处理后，既可作为工作证、胸卡、巡更卡、门禁钥匙卡，也可作为企业部食堂、咖啡厅和其它消费用的电子钱包，并可实现企业部医疗管理、停车管理等诸多功能。 （6） 提升企业形象： 由于非接触读写的特性，非接触ID卡的经个人化处理后，可以塑 封使用,使图案不褪色,方便的应用和轻松的管理,有利于
15、公证,公开性的办公,对激励员工,对外提高公司的商业形象.有助于企业降低管理成本和提高工作效率和经济效益。 （7） 性能价格比最优 由于上述的性能特点，采用非接触ID卡实现一卡通管理，是一种性能价格比最优的方案。 （8） 多种权限级别管理 可设置多个权限级别，增加了整个系统运行的安全性。2.1.2非接触IC卡读卡器感应式IC卡读卡器，又叫非接触IC卡读卡器，是射频非接触（感应式）IC卡读卡器的一种，其中由于PHILIPS 的 Mifare One 读卡器占有率最高，所以也是这种读卡器通俗的称呼，由于该系列的卡片具备可读写功能，可以一卡多用，分区加密，所以广泛用于一卡通领域，性价比弱于ID卡，由于采用高频原理，读卡距离偏短。优点：抗金属屏蔽和读卡器相互干扰能力强。性能稳定，先进的防死机电路设计，防浪涌保护，防错接保护。使用纯数字式进口射频基站芯片，无误码设计。智能化声音和灯光控制模式符合国际标准的接线方式蜂鸣器声音清脆响亮，不会受干扰变调。传输距离长 可达100米。无环氧树脂封胶。接线方式：B
