基于rfid技術(shù)的多功能智能ic卡管機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0智能ic卡管理機(jī)設(shè)計(jì)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(gè)方面,使人們的生活更加方便、快捷,無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一為了進(jìn)一步加強(qiáng)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(jī)的設(shè)計(jì)方案,使該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)充值、消費(fèi)、掛失、解掛、查詢、改密等基本功能的同時(shí)又可以在當(dāng)天累計(jì)消費(fèi)到一定額度時(shí),可以自動(dòng)掛失并短信通知用戶以防被不法人員惡意消費(fèi),另外,當(dāng)卡內(nèi)余額不足一定額度時(shí),也會(huì)短信提醒用戶及時(shí)充值,具有極大的安全和實(shí)用價(jià)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(xiàng)自動(dòng)識(shí)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(jì)思想進(jìn)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(chǔ)、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(chǔ)漢字字庫數(shù)據(jù),RC522讀寫卡模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)IC卡的讀寫操作,當(dāng)卡自動(dòng)掛失以及余額不足時(shí),SIM800C模塊實(shí)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(duì)該系統(tǒng)的觸摸操作,從而實(shí)現(xiàn)了IC卡的充值、消費(fèi)、掛失、解掛、查詢、改密以及自動(dòng)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(jì)2.1電源電路的設(shè)計(jì)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(jí)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(shí)該電路加入二極管作為電源防反接保護(hù)保護(hù)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(jì)算公式如下:所以選擇R2.2sd卡的讀取智能IC卡管理機(jī)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(dòng)SD卡,用SD卡來存儲(chǔ)在PC機(jī)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(hào)W25Q128FV)中,之后利用程序解析對(duì)應(yīng)待顯示漢字的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)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(chǔ)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(jí)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(shí)現(xiàn)低功耗短信傳輸功能,該模塊通過串口與主控制器進(jìn)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(jì)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(tái)首先需要建立一個(gè)工程,其次選擇當(dāng)前使用的主控芯片STM32F103ZET6,接著對(duì)所建工程進(jìn)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(cuò)誤產(chǎn)生,則修改程序文件,直至沒有錯(cuò)誤產(chǎn)生,此時(shí)便可進(jìn)行下載調(diào)試,最后,待調(diào)試成功后可將程序文件燒錄進(jìn)芯片3.2智能ic卡管理機(jī)部分功能的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上電后,首先進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)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(cè)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(huì)利用FatFS文件系統(tǒng)更新字庫以及進(jìn)入校準(zhǔn)程序得到校準(zhǔn)數(shù)據(jù),否則,進(jìn)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(duì)應(yīng)的充值、消費(fèi)、掛失、解掛、查詢、改密流程,智能IC卡管理機(jī)的部分實(shí)物界面(菜單欄、充值、消費(fèi)實(shí)物界面)如圖6所示。當(dāng)程序檢測(cè)到當(dāng)天卡累計(jì)消費(fèi)已達(dá)系統(tǒng)所設(shè)定的最大值時(shí),便會(huì)將卡的狀態(tài)自動(dòng)設(shè)為掛失狀態(tài),并且啟動(dòng)短信傳輸功能通知用戶。如果是用戶本人繼續(xù)想消費(fèi),可以通過解掛操作進(jìn)行解掛,這樣就可以再次消費(fèi)一定額度,當(dāng)程序檢測(cè)到卡內(nèi)余額不足系統(tǒng)的最低設(shè)定值時(shí),此時(shí)只會(huì)啟動(dòng)短信傳輸,通知用戶及時(shí)充值。3.3sd卡的移植FatFS是一個(gè)完完全全開源免費(fèi)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(jì)。它完全用大家所熟知的C語言編寫,具有良好的硬件平臺(tái)獨(dú)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(jī)上。它支持多個(gè)存儲(chǔ)媒介并且有獨(dú)立的緩沖區(qū),并且可以對(duì)多個(gè)文件進(jìn)行讀/寫操作。本文選擇目前最新版本R0.13B來進(jìn)行移植。該系統(tǒng)一共8個(gè)文件,只需修改其中的兩個(gè)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(xiàng)信息函數(shù),在ffconf.h文件中配置好相應(yīng)的選項(xiàng)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(shí)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(duì)應(yīng)用戶的手機(jī)號(hào),輸入待發(fā)送的信息,如果是卡自動(dòng)掛失這種情況,就輸入英文版的“此卡累計(jì)消費(fèi)額度達(dá)到當(dāng)天最大值,卡已自動(dòng)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(qǐng)及時(shí)充值”的信息。最后再以十六進(jìn)制發(fā)送0X1A,即可啟動(dòng)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(duì)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(cè)到需要操作IC卡時(shí),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(yàn)證卡密碼流程4功能試驗(yàn)和結(jié)果分析4.1充值成功與卡充值后的消費(fèi)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試主要包括系統(tǒng)整體性能和安全性兩方面測(cè)試。系統(tǒng)的整體性能測(cè)試包括充值測(cè)試、消費(fèi)測(cè)試。在充值測(cè)試中,首先進(jìn)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(fèi)測(cè)試中,首先設(shè)定消費(fèi)金額,設(shè)置完消費(fèi)金額后將消費(fèi)卡置于感應(yīng)區(qū),最后TFLCD上顯示消費(fèi)成功與消費(fèi)后卡內(nèi)的余額。系統(tǒng)的安全性測(cè)試主要對(duì)卡的消費(fèi)金額及消費(fèi)行為進(jìn)行安全性測(cè)試。在用戶丟失卡后,為防止他人撿到后持卡消費(fèi),本系統(tǒng)設(shè)定了當(dāng)天累計(jì)最大消費(fèi)額度自動(dòng)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(chǎng)景的不同,改變最大累計(jì)消費(fèi)以及最低額度。本測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景以學(xué)校餐廳為例,根據(jù)學(xué)校餐廳平均消費(fèi)水平,設(shè)置最低額度10元,當(dāng)天累計(jì)最大額度200元來進(jìn)行測(cè)試。4.2智能ic卡管理機(jī)功能測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)的原因按以上方案測(cè)試200次,結(jié)果如表1所示。由表1可知,智能IC卡管理機(jī)在充值、消費(fèi)等過程不會(huì)有誤差,自動(dòng)掛失以及余額不足時(shí)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?yàn)樵诿看螠y(cè)試過程中,并不是每次都達(dá)到短信提醒的條件,即卡余額不足10元以及當(dāng)天累計(jì)消費(fèi)額度達(dá)200元;2)由于其卡額度的臨界點(diǎn)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(jìn)一步消除邊界等條件,總體來說,智能IC卡管理機(jī)功能穩(wěn)定可靠。另外,本次測(cè)試結(jié)果也進(jìn)一步證明本文的設(shè)計(jì)思路合理,并且該設(shè)計(jì)方案可以進(jìn)一步提高卡的安全性。同時(shí)未來該方案可以與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步相結(jié)合,用戶可以通過手機(jī)隨時(shí)查詢卡的狀態(tài)信息等。充值成功、消費(fèi)成功、短信提醒測(cè)試界面如圖9所示。5ic卡管理機(jī)本文簡(jiǎn)述了基于RFID的智能IC卡管理機(jī)的制造過程,解決了傳統(tǒng)IC卡管理機(jī)不具有自動(dòng)掛失和短信提醒問題并通過測(cè)試驗(yàn)證了其功能穩(wěn)定可靠。本智能IC卡管理機(jī)以STM32F103為控制核心,采用模塊