基于rfid技術(shù)的多功能智能ic卡管機的設(shè)計與實現(xiàn)

基于rfid技術(shù)的多功能智能ic卡管機的設(shè)計與實現(xiàn)

0智能ic卡管理機設(shè)計方案近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們的生活發(fā)生了很大變化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)涵蓋了人們生產(chǎn)、生活的各個方面,使人們的生活更加方便、快捷,無線射頻識別(RFID)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一為了進一步加強卡的安全性,本文提出一種基于RFID技術(shù)的智能IC卡管理機的設(shè)計方案,使該系統(tǒng)在實現(xiàn)充值、消費、掛失、解掛、查詢、改密等基本功能的同時又可以在當(dāng)天累計消費到一定額度時,可以自動掛失并短信通知用戶以防被不法人員惡意消費,另外,當(dāng)卡內(nèi)余額不足一定額度時,也會短信提醒用戶及時充值,具有極大的安全和實用價值。1rfid技術(shù)和系統(tǒng)方案1.1rfid技術(shù)RFID技術(shù)是一種通信技術(shù),從20世紀(jì)60年代出現(xiàn),90年代開始興起的一項自動識別技術(shù)1.2顯示：c、rc522顯示視頻和顯示本文采用模塊化設(shè)計思想進行開發(fā),以STM32F103ZET6作為控制系統(tǒng)的主控制器,加以電源電路、SD卡、SPIFLASH存儲、SIM800C、RC522讀寫卡和顯示觸摸屏等模塊構(gòu)成。首先電源電路模塊為控制系統(tǒng)提供所需電源,SD卡與SPIFLASH模塊可以存儲漢字字庫數(shù)據(jù),RC522讀寫卡模塊實現(xiàn)對IC卡的讀寫操作,當(dāng)卡自動掛失以及余額不足時,SIM800C模塊實現(xiàn)短信提醒的功能,顯示觸摸屏模塊(TFTLCD)可以顯示提示信息及完成對該系統(tǒng)的觸摸操作,從而實現(xiàn)了IC卡的充值、消費、掛失、解掛、查詢、改密以及自動掛失與短信提醒等功能,系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。2該系統(tǒng)的主要硬件模塊的電路設(shè)計2.1電源電路的設(shè)計本文采用直接供電電源電路思想,其中將220V電源電壓分為三級降到3.3V,首先采用12V的電源適配器,將220V降到12V,12V電壓由DC_IN接口接入電源電路,然后由MP2359降壓芯片將12V電壓降到5V,最后經(jīng)K1開關(guān)由AMS1117-3.3芯片轉(zhuǎn)到3.3V,另外,同時該電路加入二極管作為電源防反接保護保護措施,有效提高電路的可靠性。采用的MP2359降壓芯片,可以提供非常高的電源轉(zhuǎn)換效率,以及寬電壓輸入范圍。電路原理如圖3所示。MP2359的輸出電壓計算公式如下:所以選擇R2.2sd卡的讀取智能IC卡管理機需要大量的漢字提示信息。本文選用主控制器自帶的SD外設(shè)接口來驅(qū)動SD卡,用SD卡來存儲在PC機生成的編碼數(shù)據(jù),再利用FatFS文件系統(tǒng)讀取SD卡的編碼數(shù)據(jù)將其寫入到SPIFLASH(本文所選型號W25Q128FV)中,之后利用程序解析對應(yīng)待顯示漢字的編碼數(shù)據(jù)進而將漢字顯示出來,另外,主控制器選用SPI協(xié)議來控制SPIFLASH存儲器,并且將IC卡及觸摸屏校準(zhǔn)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息保存在里面。2.3短信傳輸模塊本文采用的SIM800C模塊是SIMCOM公司的工業(yè)級四頻GSM模塊,該模塊帶硬件流控制,支持5~24V的超寬工作范圍,工作頻率為850/900/1800/1900MHz,內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議,其可以實現(xiàn)低功耗短信傳輸功能,該模塊通過串口與主控制器進行通信。2.4接觸式mfrc522本文選擇NXP公司的一款成本低、功耗小、體積小的非接觸式MFRC522作為讀寫卡芯片,該芯片支持ISO/IEC14443A/Mifare協(xié)議,不需要額外的有源電路并且它的工作頻率是13.56MHz3軟件設(shè)計3.1控制板的加工本文選擇KEILMDK作為開發(fā)工具,使用該平臺首先需要建立一個工程,其次選擇當(dāng)前使用的主控芯片STM32F103ZET6,接著對所建工程進行一些必需的配置,然后開始編寫程序源文件,待文件編寫完后,編譯程序,如有錯誤產(chǎn)生,則修改程序文件,直至沒有錯誤產(chǎn)生,此時便可進行下載調(diào)試,最后,待調(diào)試成功后可將程序文件燒錄進芯片3.2智能ic卡管理機部分功能的實現(xiàn)系統(tǒng)上電后,首先進行系統(tǒng)時鐘和外設(shè)的一系列初始化,包括SD卡、SPIFLASH、串口、FatFS文件系統(tǒng)從圖5可知,當(dāng)所有初始化操作完成后,程序首先檢測字庫數(shù)據(jù)以及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是否完整,如果數(shù)據(jù)不完整就會利用FatFS文件系統(tǒng)更新字庫以及進入校準(zhǔn)程序得到校準(zhǔn)數(shù)據(jù),否則,進入while(1)大循環(huán),首先顯示菜單欄,根據(jù)觸摸相應(yīng)操作來執(zhí)行對應(yīng)的充值、消費、掛失、解掛、查詢、改密流程,智能IC卡管理機的部分實物界面(菜單欄、充值、消費實物界面)如圖6所示。當(dāng)程序檢測到當(dāng)天卡累計消費已達系統(tǒng)所設(shè)定的最大值時,便會將卡的狀態(tài)自動設(shè)為掛失狀態(tài),并且啟動短信傳輸功能通知用戶。如果是用戶本人繼續(xù)想消費,可以通過解掛操作進行解掛,這樣就可以再次消費一定額度,當(dāng)程序檢測到卡內(nèi)余額不足系統(tǒng)的最低設(shè)定值時,此時只會啟動短信傳輸,通知用戶及時充值。3.3sd卡的移植FatFS是一個完完全全開源免費的FAT文件模塊系統(tǒng),特定為小型的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計。它完全用大家所熟知的C語言編寫,具有良好的硬件平臺獨立性,只要做很少的修改就可以移植到8051、PIC、AVR、ARM等系列單片機上。它支持多個存儲媒介并且有獨立的緩沖區(qū),并且可以對多個文件進行讀/寫操作。本文選擇目前最新版本R0.13B來進行移植。該系統(tǒng)一共8個文件,只需修改其中的兩個文件即diskio.c和ffconf.h。在diskio.c文件中的相應(yīng)的函數(shù)處配置SD卡的初始化、讀寫以及一些其他雜項信息函數(shù),在ffconf.h文件中配置好相應(yīng)的選項即可。然后利用一系列文件系統(tǒng)開放的API函數(shù)如f_open、f_close、f_read、f_write等3.4卡均未及時充值主控制器通過串口發(fā)送AT(Attention)指令從圖7可知,首先通過AT+CSCS指令設(shè)置為GSM字符集和文本模式,然后發(fā)送對應(yīng)用戶的手機號,輸入待發(fā)送的信息,如果是卡自動掛失這種情況,就輸入英文版的“此卡累計消費額度達到當(dāng)天最大值,卡已自動掛失”的信息,如果是卡余額不足這種情況,就輸入“卡內(nèi)余額已不足一定額度,請及時充值”的信息。最后再以十六進制發(fā)送0X1A,即可啟動一次短信的發(fā)送3.5程序?qū)c卡的操作主控制器通過SPI協(xié)議控制RC522模塊,根據(jù)不同的觸摸行為來對IC卡執(zhí)行不同的流程操作。程序?qū)C卡的主要操作流程如圖8所示。由圖8可知,當(dāng)檢測到需要操作IC卡時,程序首先復(fù)位RC522模塊,然后設(shè)置ISO14443A工作模式,接著執(zhí)行防沖撞、選卡、驗證卡密碼流程4功能試驗和結(jié)果分析4.1充值成功與卡充值后的消費測試系統(tǒng)測試主要包括系統(tǒng)整體性能和安全性兩方面測試。系統(tǒng)的整體性能測試包括充值測試、消費測試。在充值測試中,首先進入充值界面,設(shè)定充值金額后將需充值卡置于感應(yīng)區(qū),最后TFTLCD上顯示充值成功與卡充值后的余額。在消費測試中,首先設(shè)定消費金額,設(shè)置完消費金額后將消費卡置于感應(yīng)區(qū),最后TFLCD上顯示消費成功與消費后卡內(nèi)的余額。系統(tǒng)的安全性測試主要對卡的消費金額及消費行為進行安全性測試。在用戶丟失卡后,為防止他人撿到后持卡消費,本系統(tǒng)設(shè)定了當(dāng)天累計最大消費額度自動掛失以及余額不足短信提醒的功能,并且可以根據(jù)應(yīng)用場景的不同,改變最大累計消費以及最低額度。本測試應(yīng)用場景以學(xué)校餐廳為例,根據(jù)學(xué)校餐廳平均消費水平,設(shè)置最低額度10元,當(dāng)天累計最大額度200元來進行測試。4.2智能ic卡管理機功能測試結(jié)果出現(xiàn)的原因按以上方案測試200次,結(jié)果如表1所示。由表1可知,智能IC卡管理機在充值、消費等過程不會有誤差,自動掛失以及余額不足時的短信提醒次數(shù)并不是200次并且有1%的誤差,分析其原因:1)因為在每次測試過程中,并不是每次都達到短信提醒的條件,即卡余額不足10元以及當(dāng)天累計消費額度達200元;2)由于其卡額度的臨界點在系統(tǒng)軟件中包含邊界等引起的。因此,此誤差可以在程序中進一步消除邊界等條件,總體來說,智能IC卡管理機功能穩(wěn)定可靠。另外,本次測試結(jié)果也進一步證明本文的設(shè)計思路合理,并且該設(shè)計方案可以進一步提高卡的安全性。同時未來該方案可以與物聯(lián)網(wǎng)進一步相結(jié)合,用戶可以通過手機隨時查詢卡的狀態(tài)信息等。充值成功、消費成功、短信提醒測試界面如圖9所示。5ic卡管理機本文簡述了基于RFID的智能IC卡管理機的制造過程,解決了傳統(tǒng)IC卡管理機不具有自動掛失和短信提醒問題并通過測試驗證了其功能穩(wěn)定可靠。本智能IC卡管理機以STM32F103為控制核心,采用模塊