RFID技術在電子市民卡系統設計與實現中的應用分析

陳奇毅

摘要在現代城市發展中，電子市民卡被廣泛應用于公交、物業、就醫等行業中，為人們的日常生活提供了極大的便利。在本文研究中，筆者將采用射頻設備（RFID）技術來設計電子市民卡系統，該系統采用51系列單片機為核心控制部件，該電子卡完全符合ISO14443A協議的MIFARE卡，利用環形電路板（PCB）天線與讀卡器進行通信，并對傳輸數據進行加密處理，從而提升整個系統的安全性。

關鍵詞RFID技術；電子市民卡；設計與實現

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0029-01

電子市民卡是在現代科技快速發展、城市管理電子化基礎上發展而來的一種新概念，且在政府部門授權下可實現社會公民的個人社會事務、公共服務等為一體的集成式電路卡。電子市民卡再經過多次技術升級與更新之后，現已經可以實現完全覆蓋政府服務、教育、城市交通、城市公共事業、金融應用等多個領域，市民可利用電子卡實現信息存儲、信息查詢、支付交易等基本功能，對市民的日常生活帶來極大的便利性。在本文研究中，筆者將從技術層面探討基于RFID技術的市民電子卡的設計與應用，旨在進一步提升電子卡的實用性、可靠性。

1RFID電子市民卡系統的設計原理

本文研究的RFID電子市民卡采用的應用系統主要分為第學期與RFID卡，詳見圖1。

圖1RFID電子市民卡組成示意圖

讀寫器是一個計算機終端設備，主要目的是用于讀取或者存儲RFID電子卡上的數據。讀寫器主要由控制單元、天線以及高頻通訊模塊等部件組成。RFID卡屬于是一種無源的應答器，其組成部分一般有集成電流芯片、外接天線等為主。

RFID電子市民卡的運行原理：將RFID電子卡插入讀寫器中，當電子卡上的天線獲取感應電流后經升壓電路轉化為芯片電源，并將相關信息經感應電流被射頻前端的電路捕獲，同時將相關數據信息輸送至邏輯控制電路后進行信息分析，最后將存儲器中所需要回復的信息傳輸注邏輯控制電路后發送回射頻前端電路，然后經天線發回至讀寫器，這樣便完成一個信息交換過程。

2RFID電子市民卡系統硬件部分設計與實現

2.1 RFID電子市民卡系統硬件總設計方案

RFID電子市民卡系統主要組成部分為：總控 PC 上位機、RS232 通信傳輸以及各類功能性終端為主。RFID電子市民卡系統主要是經PC上位機由RSS232串行通信方式與各類終端模塊控制器實現信息的交互、處理等一系列操作程序。

2.2 RFID電子市民卡系統硬件設計

1）單元電路設計。電子卡的射頻單元主要是由四個部分組成（即：天線、調制解調電路、發射接受器、低通慮波電路以及EMC組成）。其中調制解調器的核心部件為MFRC500，在實際操作中主要以MFRC500的管腳功能并結合時鐘的穩定性來實現系統的正常操作，因此為了能讓系統實現最佳性能，時鐘的抖動性是關鍵所在[1]。因此，在RFID電子市民卡系統的單元電路設計中我們主要采用13.56 MHz晶振。

在設計中為了避免電子卡系統在13.56 MHz 頻率下操作時出現其他更高的諧波，我們在調制解調器內部設計一個VMID 電勢，將其作為輸入RX腳的電勢；另外，為了能夠為系統提供一個相對穩定的參考電壓，設計時我們在VMID腳處連接一個對地電容（C9）；在電子卡系統的讀卡器接收處的VMID腳與RX腳間連接一個分壓器，并在分壓器與天線線圈間設計一個串接電容[2]。

2）射頻發射天線。在RFID電子市民卡系統設計中我們采用可直接匹配的PCB環形射頻發射天線，其最大的工作距離可達到100 mm，射頻發射天線設計如圖2所示。

圖2PCB環形射頻發射天線設計示意圖

3）單片機控制系統電路設計。RFID電子市民卡系統的主控制芯片采用STC89C52。由于STC單片機可兼容51內核，所以芯片所使用的指令代碼、編譯器均與以前的51內核一樣。

3RFID電子市民卡系統軟件設計與實現

3.1 上位機主程序設計

RFID電子市民卡系統中的上位機系統主要采用Delphi軟件。在本系統采用的PC機串行口通信技術，可提升系統的靈活操作性，且可方便實現射頻卡中信息的讀取、編輯、控制及加密操作。在系統信息傳輸加密方面，主要采用AES加密算法，這樣可最大程度確保持卡人的個人重要信息的安全性。

3.2 下位機系統軟件設計

當在于上位機進行通訊過程中，單片機內部的EE2PROM存儲信息將被傳輸至上位機。

對于MFRC500的控制方法，除了復位以外都是通過讀取調制解調器上的寄存器而實現的，在MFRC500中含有64個寄存器。系統中的STC89C52單片控制器通過總線控制方式來操作寄存器，當需要實現系統中的某個操作時只需將操作代碼寫入與之對應的地址即可。調制解調器對電子卡的操作是通過將通訊命令、參數和相關數據傳輸到FIFODATA，然后將相關操作寫成操作命令后傳輸至COMMAND便實現了與RFID卡的通訊操作。

4結束語

RFID技術的電子市民卡是在傳統非接觸IC卡基礎上發展而來的，其核心控制部件采用STC89C52單片機，利用RS232串口通信技術原理，以MFRC500的核心而設計出一個多功能、易操作的電子市民卡系統。在該系統中可以實現政府服務、教育、城市交通、城市公共事業、金融應用等多個領域的終端模擬服務，由于專門設計了與之對應的上位機操作控制系統，因此使得本系統根據實用性、可靠性。

參考文獻

[1]吳學軍.北京市民卡技術規范關鍵技術研究與實現[D].清華大學，2005.

[2]于志勇，莊艷.市民卡工程建設需求分析及系統設計初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

endprint

摘要在現代城市發展中，電子市民卡被廣泛應用于公交、物業、就醫等行業中，為人們的日常生活提供了極大的便利。在本文研究中，筆者將采用射頻設備（RFID）技術來設計電子市民卡系統，該系統采用51系列單片機為核心控制部件，該電子卡完全符合ISO14443A協議的MIFARE卡，利用環形電路板（PCB）天線與讀卡器進行通信，并對傳輸數據進行加密處理，從而提升整個系統的安全性。

關鍵詞RFID技術；電子市民卡；設計與實現

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0029-01

電子市民卡是在現代科技快速發展、城市管理電子化基礎上發展而來的一種新概念，且在政府部門授權下可實現社會公民的個人社會事務、公共服務等為一體的集成式電路卡。電子市民卡再經過多次技術升級與更新之后，現已經可以實現完全覆蓋政府服務、教育、城市交通、城市公共事業、金融應用等多個領域，市民可利用電子卡實現信息存儲、信息查詢、支付交易等基本功能，對市民的日常生活帶來極大的便利性。在本文研究中，筆者將從技術層面探討基于RFID技術的市民電子卡的設計與應用，旨在進一步提升電子卡的實用性、可靠性。

1RFID電子市民卡系統的設計原理

本文研究的RFID電子市民卡采用的應用系統主要分為第學期與RFID卡，詳見圖1。

圖1RFID電子市民卡組成示意圖

讀寫器是一個計算機終端設備，主要目的是用于讀取或者存儲RFID電子卡上的數據。讀寫器主要由控制單元、天線以及高頻通訊模塊等部件組成。RFID卡屬于是一種無源的應答器，其組成部分一般有集成電流芯片、外接天線等為主。

RFID電子市民卡的運行原理：將RFID電子卡插入讀寫器中，當電子卡上的天線獲取感應電流后經升壓電路轉化為芯片電源，并將相關信息經感應電流被射頻前端的電路捕獲，同時將相關數據信息輸送至邏輯控制電路后進行信息分析，最后將存儲器中所需要回復的信息傳輸注邏輯控制電路后發送回射頻前端電路，然后經天線發回至讀寫器，這樣便完成一個信息交換過程。

2RFID電子市民卡系統硬件部分設計與實現

2.1 RFID電子市民卡系統硬件總設計方案

RFID電子市民卡系統主要組成部分為：總控 PC 上位機、RS232 通信傳輸以及各類功能性終端為主。RFID電子市民卡系統主要是經PC上位機由RSS232串行通信方式與各類終端模塊控制器實現信息的交互、處理等一系列操作程序。

2.2 RFID電子市民卡系統硬件設計

1）單元電路設計。電子卡的射頻單元主要是由四個部分組成（即：天線、調制解調電路、發射接受器、低通慮波電路以及EMC組成）。其中調制解調器的核心部件為MFRC500，在實際操作中主要以MFRC500的管腳功能并結合時鐘的穩定性來實現系統的正常操作，因此為了能讓系統實現最佳性能，時鐘的抖動性是關鍵所在[1]。因此，在RFID電子市民卡系統的單元電路設計中我們主要采用13.56 MHz晶振。

在設計中為了避免電子卡系統在13.56 MHz 頻率下操作時出現其他更高的諧波，我們在調制解調器內部設計一個VMID 電勢，將其作為輸入RX腳的電勢；另外，為了能夠為系統提供一個相對穩定的參考電壓，設計時我們在VMID腳處連接一個對地電容（C9）；在電子卡系統的讀卡器接收處的VMID腳與RX腳間連接一個分壓器，并在分壓器與天線線圈間設計一個串接電容[2]。

2）射頻發射天線。在RFID電子市民卡系統設計中我們采用可直接匹配的PCB環形射頻發射天線，其最大的工作距離可達到100 mm，射頻發射天線設計如圖2所示。

圖2PCB環形射頻發射天線設計示意圖

3）單片機控制系統電路設計。RFID電子市民卡系統的主控制芯片采用STC89C52。由于STC單片機可兼容51內核，所以芯片所使用的指令代碼、編譯器均與以前的51內核一樣。

3RFID電子市民卡系統軟件設計與實現

3.1 上位機主程序設計

RFID電子市民卡系統中的上位機系統主要采用Delphi軟件。在本系統采用的PC機串行口通信技術，可提升系統的靈活操作性，且可方便實現射頻卡中信息的讀取、編輯、控制及加密操作。在系統信息傳輸加密方面，主要采用AES加密算法，這樣可最大程度確保持卡人的個人重要信息的安全性。

3.2 下位機系統軟件設計

當在于上位機進行通訊過程中，單片機內部的EE2PROM存儲信息將被傳輸至上位機。

對于MFRC500的控制方法，除了復位以外都是通過讀取調制解調器上的寄存器而實現的，在MFRC500中含有64個寄存器。系統中的STC89C52單片控制器通過總線控制方式來操作寄存器，當需要實現系統中的某個操作時只需將操作代碼寫入與之對應的地址即可。調制解調器對電子卡的操作是通過將通訊命令、參數和相關數據傳輸到FIFODATA，然后將相關操作寫成操作命令后傳輸至COMMAND便實現了與RFID卡的通訊操作。

4結束語

RFID技術的電子市民卡是在傳統非接觸IC卡基礎上發展而來的，其核心控制部件采用STC89C52單片機，利用RS232串口通信技術原理，以MFRC500的核心而設計出一個多功能、易操作的電子市民卡系統。在該系統中可以實現政府服務、教育、城市交通、城市公共事業、金融應用等多個領域的終端模擬服務，由于專門設計了與之對應的上位機操作控制系統，因此使得本系統根據實用性、可靠性。

參考文獻

[1]吳學軍.北京市民卡技術規范關鍵技術研究與實現[D].清華大學，2005.

[2]于志勇，莊艷.市民卡工程建設需求分析及系統設計初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

endprint

摘要在現代城市發展中，電子市民卡被廣泛應用于公交、物業、就醫等行業中，為人們的日常生活提供了極大的便利。在本文研究中，筆者將采用射頻設備（RFID）技術來設計電子市民卡系統，該系統采用51系列單片機為核心控制部件，該電子卡完全符合ISO14443A協議的MIFARE卡，利用環形電路板（PCB）天線與讀卡器進行通信，并對傳輸數據進行加密處理，從而提升整個系統的安全性。

關鍵詞RFID技術；電子市民卡；設計與實現

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0029-01

電子市民卡是在現代科技快速發展、城市管理電子化基礎上發展而來的一種新概念，且在政府部門授權下可實現社會公民的個人社會事務、公共服務等為一體的集成式電路卡。電子市民卡再經過多次技術升級與更新之后，現已經可以實現完全覆蓋政府服務、教育、城市交通、城市公共事業、金融應用等多個領域，市民可利用電子卡實現信息存儲、信息查詢、支付交易等基本功能，對市民的日常生活帶來極大的便利性。在本文研究中，筆者將從技術層面探討基于RFID技術的市民電子卡的設計與應用，旨在進一步提升電子卡的實用性、可靠性。

1RFID電子市民卡系統的設計原理

本文研究的RFID電子市民卡采用的應用系統主要分為第學期與RFID卡，詳見圖1。

圖1RFID電子市民卡組成示意圖

讀寫器是一個計算機終端設備，主要目的是用于讀取或者存儲RFID電子卡上的數據。讀寫器主要由控制單元、天線以及高頻通訊模塊等部件組成。RFID卡屬于是一種無源的應答器，其組成部分一般有集成電流芯片、外接天線等為主。

RFID電子市民卡的運行原理：將RFID電子卡插入讀寫器中，當電子卡上的天線獲取感應電流后經升壓電路轉化為芯片電源，并將相關信息經感應電流被射頻前端的電路捕獲，同時將相關數據信息輸送至邏輯控制電路后進行信息分析，最后將存儲器中所需要回復的信息傳輸注邏輯控制電路后發送回射頻前端電路，然后經天線發回至讀寫器，這樣便完成一個信息交換過程。

2RFID電子市民卡系統硬件部分設計與實現

2.1 RFID電子市民卡系統硬件總設計方案

RFID電子市民卡系統主要組成部分為：總控 PC 上位機、RS232 通信傳輸以及各類功能性終端為主。RFID電子市民卡系統主要是經PC上位機由RSS232串行通信方式與各類終端模塊控制器實現信息的交互、處理等一系列操作程序。

2.2 RFID電子市民卡系統硬件設計

1）單元電路設計。電子卡的射頻單元主要是由四個部分組成（即：天線、調制解調電路、發射接受器、低通慮波電路以及EMC組成）。其中調制解調器的核心部件為MFRC500，在實際操作中主要以MFRC500的管腳功能并結合時鐘的穩定性來實現系統的正常操作，因此為了能讓系統實現最佳性能，時鐘的抖動性是關鍵所在[1]。因此，在RFID電子市民卡系統的單元電路設計中我們主要采用13.56 MHz晶振。

在設計中為了避免電子卡系統在13.56 MHz 頻率下操作時出現其他更高的諧波，我們在調制解調器內部設計一個VMID 電勢，將其作為輸入RX腳的電勢；另外，為了能夠為系統提供一個相對穩定的參考電壓，設計時我們在VMID腳處連接一個對地電容（C9）；在電子卡系統的讀卡器接收處的VMID腳與RX腳間連接一個分壓器，并在分壓器與天線線圈間設計一個串接電容[2]。

2）射頻發射天線。在RFID電子市民卡系統設計中我們采用可直接匹配的PCB環形射頻發射天線，其最大的工作距離可達到100 mm，射頻發射天線設計如圖2所示。

圖2PCB環形射頻發射天線設計示意圖

3）單片機控制系統電路設計。RFID電子市民卡系統的主控制芯片采用STC89C52。由于STC單片機可兼容51內核，所以芯片所使用的指令代碼、編譯器均與以前的51內核一樣。

3RFID電子市民卡系統軟件設計與實現

3.1 上位機主程序設計

RFID電子市民卡系統中的上位機系統主要采用Delphi軟件。在本系統采用的PC機串行口通信技術，可提升系統的靈活操作性，且可方便實現射頻卡中信息的讀取、編輯、控制及加密操作。在系統信息傳輸加密方面，主要采用AES加密算法，這樣可最大程度確保持卡人的個人重要信息的安全性。

3.2 下位機系統軟件設計

當在于上位機進行通訊過程中，單片機內部的EE2PROM存儲信息將被傳輸至上位機。

對于MFRC500的控制方法，除了復位以外都是通過讀取調制解調器上的寄存器而實現的，在MFRC500中含有64個寄存器。系統中的STC89C52單片控制器通過總線控制方式來操作寄存器，當需要實現系統中的某個操作時只需將操作代碼寫入與之對應的地址即可。調制解調器對電子卡的操作是通過將通訊命令、參數和相關數據傳輸到FIFODATA，然后將相關操作寫成操作命令后傳輸至COMMAND便實現了與RFID卡的通訊操作。

4結束語

RFID技術的電子市民卡是在傳統非接觸IC卡基礎上發展而來的，其核心控制部件采用STC89C52單片機，利用RS232串口通信技術原理，以MFRC500的核心而設計出一個多功能、易操作的電子市民卡系統。在該系統中可以實現政府服務、教育、城市交通、城市公共事業、金融應用等多個領域的終端模擬服務，由于專門設計了與之對應的上位機操作控制系統，因此使得本系統根據實用性、可靠性。

參考文獻

[1]吳學軍.北京市民卡技術規范關鍵技術研究與實現[D].清華大學，2005.

[2]于志勇，莊艷.市民卡工程建設需求分析及系統設計初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

endprint