維根及ABA磁卡編碼產生器原理和實現方法

一、引言

    隨著社會的發展， 人民的生活水半不斷提高， 對生活質量以及工作和生活環境的安傘性要求也越來越高。為滿足人們的這種需求， 各種相關電r了產品應運而生， 而作為人機數據交換的主要工具， 各種類型的卡已經進入生活各個領域。但由于不同領域使用的卡和讀卡器尚未形成統一規范， 持卡者需要使用小同的卡實現不同的功能， 給使用帶來了很大的不便。為了解決這一矛盾， 人們希望建立“一卡通” 系統。 “一卡通” 要求在整個系統中使用同一張卡完成所有功能， 但由于組成“一卡通” 系統的多個不同類型的子系統往往具有不同的讀卡器接口， 給系統集成帶來困難。

    通過對目前市場上常見讀卡器和控制器進行調查分析， 發現在停車場和消費領域使用較多的是RS232／RS485接口方式，門禁等出入口控制領域的主流是維根接口，而銀行系統的信用卡則一般使用ABA磁卡接口。針對這種狀況， 我們研制了這種維根及ABA磁卡編碼產生器。利用這種編碼產生器可以將RS2 32／RS48 5接口的讀卡器輸出轉換成標準的維根和ABA磁卡編碼輸出。這樣在組建“一卡通” 系統即只選用帶RS232／RS48 5接口的讀卡器， 保證系統中使用的讀卡器類型統一， 同時也確保了使用同 張卡完成所有功能。當存某些了系統斗I必須使用帶維根或磁卡接口的控制器時， 可以使用木文介紹的編碼產生器完成數據交換， 為“一卡通” 系統的組建帶來方便。另外還可以利用該編碼產生器輸出特殊編碼， 供系統調試使用。

二、維根編碼接口

    維根編碼協議包括26位，34位，42位等不同的格式。以26位格式為例， 共由26位二進制數組成， 第0位和第25位是校驗位， 中間24位是數據位。第0位是第1位到第12位數據的偶校驗位， 第25位是第13位到第24 數據的奇校驗位。其它格式與26位類似， 只是數據的位數不同。

    帶維根編碼輸出的讀卡器通過兩條數據線DATA0和DATA1輸出編碼信號。如圖1所示， 在正常情況下，DATA 0和DATA 1均為高電平， 而在有數據輸出時產生 隔為2m s， 寬度5O uS的低電平脈沖， 輸出卡號。DATA O和DATA 1分別輸出卡號二進制編碼的O和1。

圖1 wiegand協議時序圖

三、ABA磁卡編碼接口

    磁卡是利用貼在卡上的磁條來記錄持卡人的帳戶、姓名等信息的。磁條上記錄的信息采用調頻制編碼技術，具有白同步能力， 保證磁卡以不同速度劃過讀卡器時都能輸出正確的數據。磁卡上一般有三個磁道， 并且每個磁道存卡上的位置在同際標準IS07811/4 和IS078 11／5都有嚴格的定義。同時國際標準I SO78 11／2規定， 磁道1記錄字母數據型數據，可以記錄多達79個字符或數字， 每個字符由7個bit組成。磁道2記錄數字型數據， 記錄長度不超過40個數據。磁道1和磁道2兩者都是只讀磁道。磁道3記錄數字型數據， 格式與磁道2相同， 但可以記錄多達1 07個數據。磁道3是讀寫磁道。

    磁道2的數據標準制定最初是由美同銀行家協會(ABA，Ameri Can Banker S A S SOCiat i On) 完成，它包含了一些最基本的相關信息， 如卡的惟一識別號碼， 卡的有效期等。由于磁道2的數據包含卡的惟一識別號碼，因此在許多身份識別系統如出入口控制等系統中， 控制器一般都使用第二磁道的數據， 本文也主要介紹該磁道的數掘編碼， 其它磁道的數據可用類似的方法實現轉換。

    IS078 13 定了第二磁道的標準結構。第二磁道的數據采用的是ANSI／I S0 BCD數據格式， 每個字符長度為5個b i t(含校驗位) ， 其信息最大長度為40個字符。使用的是16字符集， 前面4位是有效數據位，最后一位為奇校驗位， 而且，發送卡信息時， 低位在前。 (如表1)

    SS： 起始標記。其編碼為0BH。

    PAN： 主帳號。PAN由三部分組成：

    1)卡者標識號碼： 它是標識主要行業和發卡者的號碼。
    2)人帳戶標識： 它是由發卡部門分配給獨立單位或個人的號碼， 用于標識一個獨立的帳戶。
    3)校驗數字： 個人帳號，標識之后緊跟一數字，用以使PAN有效。它是根據PAN里除了校驗數字外的所有數字計算得到的。其計算是采用計算模1 0“隔位倍加”校驗數的方法。它是用來標識發行卡片的行業、卡片發行人以及帶有一位校驗位的客戶標識號， 其最大長度不能超過1 9個數字。

    FS： 域分割符號， 其編碼為0DH。 
    ADATA： 附加數據， 如失效日期、加密了的個人身份碼等附加數據。
    ES： 結束標記， 其編碼為0FH。
    LRC： 縱向冗余校驗字符。不包括奇校驗符，LRC7符的每一位使數據信息(包括起始標記、數據、分割標記、結束標記和LRC字符)對應位上的位編碼為“1” 的總數是偶數。LRC字符本身也附加有校驗位，同樣是采用奇校驗。

    不同的磁卡讀卡器可以讀取磁卡中的某個或某幾個磁道的數據， 通過PRESENT引線輸出發送開始和結束信號，CLOCK和DATA兩條數據線輸出同步時鐘和數掂編碼信號。ABA協議規定為負邏輯， 數據發送之前，PRSENT管腳變為低電平并日．一直維持到數據傳送完畢，DATA管腳傳送數據， 每當CLOCK有一個下降沿之后，DATA管腳就傳送一個b i t的數據， 之前的
DATA值在CLOCK下降沿來臨之前的1 0U silt持有效， 當前的DATA值在下一 個CLOCKT 降沿來臨前1 0us有效。磁條的開頭是一連串的“0” 比特數據流， 保證時鐘得到同步而開始解碼。

四、編碼產生器工作原理

    編碼產生器硬件原理框圖如圖2所示。系統以PHI LI PS的8 7 LPC7 64為控制核心， 包括看門狗電路、串口電半轉換電路以及編碼輸出電路。

圖2 處理轉換電路

    87 LPC7 64是由Ph i l i P s生產的增強型5 1單片機，它在基本結構、匯編指令等方面與80C51系列兼容，它的時鐘頻率可高達20MHZ。圖中DATA 1和DATA 0管腳輸出Wi egand信號， 從PRESENT和CL0CK、DATA管腳輸出ABA格式的信號，由于都采用負邏輯輸出，空閑狀態位高電半， 因此每一個輸出管腳都接上拉電阻。當有信號輸出時， 管腳上會出現低電半脈沖。開關 S 1用于選擇輸出模式， 當S 1閉合時輸出wiegand信號，否則輸出ABA格式的信號。

    看門狗和系統參數存儲由x25043完成。該芯片內含電源監控、看門狗和可擦寫非易失存儲器， 保存通訊波特率、卡格式等參數。

五、編碼產生器軟件工作流程

程序的流程圖3所示。

六、結論：

    目前， 該編碼產生器作為RS48 5到維根輸出的碼轉換器， 已經在某水電樞紐工程的車輛出入控制中得到應用：而作為從RS485到磁卡格式輸出轉換器， 則被成功地應用于交通銀行某大樓的員工出入控制系統中。

作者簡介：北京航空航天大學理學院 許丹 徐平

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