基于RFID的高校智能一卡通系統的研究

趙國棟

（寧夏大學 數學與計算機學院，寧夏 銀川 750021）

高等院校是相對封閉且信息處理較為集中的環(huán)境。 近年來，隨著高等院校的信息化建設，整合各種信息資源成為高校數字化建設過程中的有機部分， 也是系統間資源整合和共享的基礎。 通過統一的身份認證機制，可以有機地結合綜合消費信息、身份識別信息、金融服務信息、公共信息服務類的多種功能。 系統可以接駁銀行系統、學籍管理信息系統、教務管理信息系統、圖書借閱管理子系統、各種門禁子系統、生活消費子系統等多個高校的管理子系統，并未將來潛在的管理子系統預留標準接口。整個系統應與銀行系統、 學校原有的系統和學校管理信息系統有良好的銜接，并為學校潛在管理信息系統預留合適的接口。在項目完成后可隨時為學校增加其他管理系統接口提供必要的協助，也可為學校進一步動態(tài)掌握學生情況提供管理基礎，從而全面提高學校的管理水平。基于以上背景本文對基于RFID 的高校智能一卡通系統進行了研究。

1 系統總體設計

本文采用美國ATMEL 公司生產的AT89C2051 作為系統的控制器。 AT89C2051 單片機體積小、功耗低、成本低、技術成熟，并且支持多種語言開發(fā)，編程靈活、功能強大、邏輯控制簡單，因此，應用領域非常廣泛。

下圖1 為系統結構圖示，IC 卡系統硬件結構主要由天線（信號接收與發(fā)送）、模擬電路部分（開關電路、整流及穩(wěn)壓電路，調制信號）、微處理器（控制部分，信息的存儲和發(fā)送）組成。

圖1 IC 卡系統硬件結構

1.1 線圈型天線的工作原理

讀卡器產生交變磁場， 當IC 卡天線線圈靠近讀卡器時，IC卡天線線圈與讀寫器天線線圈之間的相互作用就類似于變壓器的兩級線圈。 諧振回路如圖2 所示，有RFID 線圈電感L、寄生電容Cp 和并聯電容C2，其諧振頻率（式中C 為Cp 和C2 的并聯等效電容），數據通信即通過諧振頻率f 的載波信號實現。 本示例使用常見諧振頻率13.56MHz。

圖2 IC 卡天線等效電路圖

1.2 電路原理

應答器線圈的阻抗變化是讀寫的關鍵。 當RFID 卡靠近讀卡器時， 負載電阻的阻抗變化能通過互感作用對閱讀器線圈造成反作用，引起讀卡器線圈回路變換阻抗的變化，造成閱讀器天線的電壓變化。 依據這一原理，數據的變化與變換阻抗通過柵極的高電平導通，低電平截止保持同步。 電平通過串接電阻放大變換阻抗的變化范圍。 數據通過ASK 模式由應答器傳到閱讀器，串接電阻可增強ASK 的調制深度。 至柵極與P3.1 相連的2N5551 在高電平到來時導通，在低電平時截止，以此實現數據變化與ZT 變化的同步， 并通過串接R2 進一步擴大ZT 的變化范圍。 因此數據便以ASK 的方式由應答器傳到了閱讀器。

2 單片機編程

本次微處理器使用美國AT89C2051 單片機。單片機控制是一卡通中硬件部分開發(fā)的重點。 本次設計單片機要用到定時器1，所以要將TR1 置1。AT89C2051 單片機在TMOD 設置上，工作方式0 與1 的特點是計數器溢出后不能自動重置初值，因此，需根據開發(fā)需要在循環(huán)計時與計數中反復設定初值。 而方式2 則具備自動重置初值功能，因此，本設計采用方式2。 在16 位計數器中設置TH（高八位）為預置計數器（初始值），TL（低八位）為計數器， 當計數溢出時， 由預置計數器TH 自動裝填初始值到TL中，極大地方便了程序的開發(fā)設計與實現。 根據需要，我們設定周期為40us，而晶振頻率為4MHZ，因此，可以方便地計算出賦予TH 的初始值為243，即TH1=TL1=0F3H。 相應地，因為16 位計數器用作兩個功能 （初始值與計數器）， 所以傳送的數據為8位，SM0=SM1=1，IE 設置中，EA=ES=1（串行通信模式）。

當應答器靠近閱讀器， 應答器上2051 擁有足夠高的工作電壓后， 每間隔40us 就會通過P3.1 向外發(fā)送一個碼字“10000110”，閱讀器解碼為反碼，即“01111001”。 閱讀器上2051初始化后，P1 口清零，所以數碼管上均顯示為“0”。 2051 收到應答器的“10000110”后，通過P1 口的P1.0-P1.3 口給BCD 七段顯示器譯碼器CD4511 兩段“0100”的BCD 碼，數碼管便顯示該卡記錄的學生學號“44”。

3 一卡通系統實現

DELPHI 是WINDOWS 平臺下的面向對象的快速開發(fā)工具，具有簡潔美觀、功能強大的特性，且在程序設計界面上具有較好的易用性。其語法采用Pascal 語法，開發(fā)格式與C 語言相比較，較為嚴謹。 其組件數量龐大，對第三方組件支持廣泛，尤其對數據庫的支持尤為便捷。 DELPHI 也是一門系統開發(fā)語言，支持匯編，使用VCL，開發(fā)效率很高，是流行的開發(fā)工具之一。 因此，本案例采用DELPHI 來實現系統功能，便于讀者理解和模仿。 限于文章篇幅，本文只列舉IC 卡系統管理中心模塊的實現機制。

下面是用戶補辦新卡的部分代碼片段。 界面初始化工作在TabSheet1 的OnShow 事件處理程序中完成，代碼如下所示。

procedure TF_main_csh.TabSheet1Show （Sender:TObject）；//界面初始化

//通過審批”按鈕的代碼如下

procedure TF_main_csh.B_passClick（Sender:TObject）；//通過審批補辦新卡

//拒絕請求的按鈕代碼如下：

procedure TF_main_csh.B_rejectClick （Sender:TObject）；//拒絕請求補辦

Q_update.SQL.Add （'UPDATE mend'）；//添加修改狀態(tài)的SQL 語句

運行圖如圖3 所示。

圖3 IC 卡管理中心界面圖

4 結論

RFID 又稱無線射頻識別技術， 可通過無線電信號識別特定目標并讀寫有關數據，無需系統與目標接觸，識別工作無需人工干預，可適應各種惡劣環(huán)境。 由于該技術方便快捷且不受設備安放位置影響，已經成為高校一卡通建設中統一采用的技術。

本文采用DELPHI 作為開發(fā)語言，結合匯編語言編程，利用AT89C2051 單片機作為系統控制器，實現了RFID 技術下的數據傳輸及控制系統， 為校園一卡通系統的開發(fā)提供了一定的參考模式。

[1]劉長征，熊璋，王劍昆.基于智能標簽的射頻識別系統的研究和實現[J].計算機工程，2003.

[2]康東，石喜勤，李勇鵬.射頻識別（RFID）核心技術與典型應用開發(fā)案例[M].人民郵電出版社，2008.

[3]楊剛，龍海燕.現代電子技術與數字系統設計[M].機械工業(yè)出版社，2005.

[4]樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].國防工業(yè)出版社，2005.

[5]Anon Source RFID brings advantages of speed and information EI packaging Magazine，v 8，n 1，Jan 6，2005，p 16.

[6]K.Finkenzeller，RFID Handbook.Fundamentals and applications in contactless smart cards and identification， Wiley，chichester，England，2003.