一种安全低功耗无线身份证读卡器的制作方法

1.本发明涉及读卡器技术领域，特别是涉及一种安全低功耗无线身份证读卡器。


背景技术：

2.如今大家对身份证的使用越来越频繁，比如在车站、机场、银行等场所都需要频繁地使用身份证。而身份证是按iso14443 typeb国际标准制作的，里面有公民息息相关的身份信息，重要性众所周知，因此身份信息安全性的问题，越来越引起大家的重视。然而目前的身份证读卡器大部分采用电源线供电的方式，使身份证读卡器在不工作状态时一直处于待机状态，导致读卡器各模块耗电量很高，对资源造成严重的浪费，同时，目前的身份证读卡器在信息传输过程中没有对信息进行加密操作，一旦被不法分子截获信息，将会造成非常严重的后果。
3.因此，亟需提供一种安全低功耗无线身份证读卡器，来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种安全低功耗无线身份证读卡器，以解决现有技术的问题，采用可移动电源模块分别为身份证读卡器的每一个模块供电，通过单独控制每一个模块的电源通断，降低整个读卡器的耗电，实现低功耗的效果，同时，在信息发送过程中对身份信息进行加密，保证了发出的信息的安全性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.一种安全低功耗无线身份证读卡器，包括：读卡模块、微控制器、信息读取模块、加密模块、通讯模块和电源模块；
7.所述微控制器分别与所述读卡模块、所述信息读取模块、所述加密模块、所述通讯模块以及所述电源模块连接，所述电源模块分别与所述读卡模块、所述信息读取模块、所述加密模块、所述通讯模块连接；
8.所述读卡模块用于检测身份证是否进入到设定范围，并将检测信息发送给所述微控制器；
9.所述微控制器用于对所述读卡模块、所述信息读取模块、所述加密模块、所述通讯模块和所述电源模块的运行进行管理；还基于接收到的所述检测信息发出第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令，并分别将所述第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令发送至所述信息读取模块、所述加密模块和所述通讯模块；所述微控制器还用于存储所述信息读取模块读取的身份信息；
10.所述信息读取模块基于接收到的所述第一控制指令读取身份信息，并将读取的所述身份信息发送给所述微控制器；
11.所述加密模块基于接收到的所述第二控制指令对所述微控制器中存储的所述身份信息进行加密；
12.所述通讯模块基于接收到的所述第三控制指令，将加密过的所述身份信息向外发
送；
13.所述电源模块用于给所述读卡模块、所述微控制器、所述信息读取模块、所述加密模块和所述通讯模块供电。
14.可选地，所述读卡模块基于thm3060l集成电路芯片组成，所述读卡模块还包括天线，所述设定范围为所述天线覆盖的范围。
15.可选地，所述微控制器基于stm32f103rct6集成电路芯片组成，所述stm32f103rct6集成电路芯片上集成有若干个外设接口，所述外设接口用于与所述读卡模块、所述信息读取模块、所述加密模块、所述通讯模块和所述电源模块连接。
16.可选地，所述加密模块按cbc模式对所述微控制器中存储的身份信息进行加密。
17.可选地，所述身份信息为经过加密写入身份证中的信息，包括身份证号、姓名、性别、人员照片、出生信息、户籍地址。
18.可选地，所述低功耗无线身份证读卡器还包括显示模块，所述显示模块与所述微控制器连接，用于显示所述微控制器存储的所述身份信息。
19.可选地，所述电源模块包括稳压电路和开关电路，
20.所述稳压电路用于对输出电压进行调节；
21.所述开关电路用于关闭非工作状态下的所述信息读取模块、所述通讯模块以及所述显示模块的电源供应。
22.可选地,所述电源模块采用锂电电池与光伏电池组合的供电方式为所述读卡模块、所述微控制器、所述信息读取模块、所述加密模块和所述通讯模块供电。
23.本发明公开了以下技术效果：
24.1、本发明电源模块采用锂电电池以及光伏电池组合供电的方案，光伏电池可以将光能转换成电能，同时光伏电池可以为锂电电池充电，在光照不足的情况下，利用锂电电池为读卡器各模块供电，不仅保证了读卡器的供电稳定性，而且很大程度上节约了资源。
25.2、本发明电源模块设计有开关电路，电源模块通过并联的开关电路为读卡器各个模块供电，当耗电量高的模块处于非工作状态时，通过开关电路可以直接关断该模块的电源供应，不仅可以实现低功耗的效果，而且可以弥补读卡器在光线不足的情况下的功耗浪费。
26.3、本发明在向外发送身份信息时通过加密模块对存储在微控制器中的身份信息进行高层协议加密，既保证了身份信息地有效传输又保证了身份信息传输过程的安全性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例中安全低功耗身份证读卡器的结构框图。
29.图2为本发明实施例中读卡模块的电路结构图。
30.图3为本发明实施例中加密模块的加密流程图。
31.图4为本发明实施例中与加密流程相对应的解密流程图。
32.其中，e为加密操作；d为解密操作。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.如图1所示，本实施例提供一种安全低功耗无线身份证读卡器，包括：读卡模块、微控制器、信息读取模块、加密模块、通讯模块和电源模块；
36.微控制器分别与读卡模块、信息读取模块、加密模块、通讯模块以及电源模块连接，电源模块分别与读卡模块、信息读取模块、加密模块、通讯模块连接。
37.读卡模块用于检测身份证是否进入到设定范围，并将检测信息发送给微控制器，其中设定范围为天线覆盖的范围。
38.本在实施例中，读卡模块包括thm3060l集成电路芯片和天线，在本实施例中读卡模块的电路结构如图2所示，射频芯片thm3060l 的io1
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4数据引脚与微控制器自带的spi接口相连，来进行数据与命令的传输；同时把射频芯片的中断请求引脚irq连接到微控制器的外部中断gpioa.0引脚，此设计的目的是为了当二代证进入到天线覆盖范围内时，thm3060l能够检测并主动告诉微控制器来及时处理。
39.微控制器用于对读卡模块、信息读取模块、加密模块、通讯模块和电源模块的运行进行管理；还基于接收到的检测信息发出第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令，并分别将第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令发送至信息读取模块、加密模块和通讯模块；微控制器还用于存储信息读取模块读取的身份信息。
40.在本实施例中，微控制器基于stm32f103rct6集成电路芯片组成， stm32f103rct6集成电路芯片采用64引脚lqfp封装，内部有256k 的flash以及48k的ram空间，11个定时器，51个gpio口，5个uart， 3个spi接口,1个usb口，16路adc。其中内部集成的flash和ram，使得设计的电路板不需要外扩存储器，比传统arm设计的电路板更简单可靠，且节约成本；另外stm32f103rct6集成电路芯片上集成有若干个外设接口，这些外设接口使微处理器与其他模块连接更加方便。
41.信息读取模块基于接收到的第一控制指令读取身份信息，并将读取的身份信息发送给微控制器；身份信息为经过加密写入身份证中的信息，包括身份证号、姓名、性别、人员照片、出生信息、户籍地址。
42.在本实施例中，信息读取模块采用安全读取模块。
43.加密模块基于接收到的第二控制指令对微控制器中存储的身份信息进行加密。
44.在本实施例中，加密模块按cbc模式对微控制器中存储的身份信息进行加密，然后通过通讯模块将身份信息发送出去，
45.具体的加密实现方法如图2所示：
46.针对明文的每个128bit分组，在加密之前需要跟128bit的初始化向量进行异或操
作，然后参与加密得到128bit的密文分组，同时这个分组更新原来的初始化向量，并参与下一个128bit的明文的加密运算；在这里，明文长度要求是128bit的倍数，输出的密文长度等于明文长度。
47.相应的解密实现方法如图3所示：
48.针对密文的每个128bit分组，先进行解密运算，然后与128bit 异或操作得到明文的128bit分组，而每个分组中参与异或操作的初始化向量都不同，除了第一个初始化向量是原始的初始化向量外，以后的每个初始化向量正好是前一次操作的128bit的密文分组；跟加密一样，这里的密文长度必须是128bit的倍数，得到的明文长度等于密文长度。
49.通讯模块基于接收到的第三控制指令，将加密过的身份信息向外发送。
50.在本实施例中，通讯模块采用gprs通讯方式，模块内嵌tcp/ip 协议固件、sim卡检测功能，并具有静电保护和抗电磁干扰的功能，微控制器可以通过uart接口，使用at命令就可以对其进行控制；在本实施例中，通讯模块的工作电源稍高于微控制器的工作电源，为了保护微控制器的引脚不被烧坏，本实施例在连线上串联了一个小电阻，起限流保护作用，另外，与其他gprs通讯方式一样，要无线通讯必须有第三方支持(例如移动公司)，所以需要设计配置sim卡模块。
51.电源模块采用锂电电池与光伏电池组合的供电方式为读卡模块、微控制器、信息读取模块、加密模块和通讯模块供电。
52.电源模块包括稳压电路和开关电路，其中稳压电路用于对输出电压进行调节，开关电路用于关闭非工作状态下的信息读取模块、通讯模块以及显示模块的电源供应。
53.在本实施例中，电源模块锂电电池采用两块2.7v电池串联，并设计配套充电保护电路，而光伏电池则提供锂电池的充电电压，同时也对两节超级电容2.7v/180f进行供电；对读卡器各模块进行供电时，采用并联模式，并在电路中串入二极管，以防止在光伏电池没有光照而不能提供充电电压时，充电电路发生回路放电而导致电量浪费。
54.在本实施例中，电源模块经过稳压电路和开关电路对每个模块进行供电，针对每个高耗电模块的电路都设计一组电源开关，并和微控制器相连；开关电路利用三极管9012设计而成，在高耗电模块不工作的情况下，直接关断此模块的电源，以减少读卡器在光线不足的情况下的功耗浪费。
55.低功耗无线身份证读卡器还包括显示模块，显示模块与微控制器连接，用于显示微控制器存储的所述身份信息。
56.在本实施例中，显示模块采用电脑屏幕来显示读卡内容，此电路中，使用2.8寸的tftlcd屏，数据接口为16位的80并口，用gpiob 口连接tftlcd屏的信号线，用gpioc口的pc6
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9分别连接tftlcd屏的控制线wr、rd、rs、cs。
57.进一步地，本实施例中，通讯模块发送信息的方法为：
58.首先对微控制器的uart1串口进行初始化，包括设置串口波特率、数据位、校验位等，然后参照通讯模块资料，编辑相应的at命令函数，来控制通讯模块进行数据传输。
59.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。