基于rfid技术的多功能智能ic卡管机的设计与实现

基于rfid技术的多功能智能ic卡管机的设计与实现

0智能ic卡管理机设计方案近年来，随着物联网技术的快速发展和广泛应用，人们的生活发生了很大变化。物联网技术已经涵盖了人们生产、生活的各个方面,使人们的生活更加方便、快捷,无线射频识别(RFID)技术作为物联网的核心技术之一为了进一步加强卡的安全性,本文提出一种基于RFID技术的智能IC卡管理机的设计方案,使该系统在实现充值、消费、挂失、解挂、查询、改密等基本功能的同时又可以在当天累计消费到一定额度时,可以自动挂失并短信通知用户以防被不法人员恶意消费,另外,当卡内余额不足一定额度时,也会短信提醒用户及时充值,具有极大的安全和实用价值。1rfid技术和系统方案1.1rfid技术RFID技术是一种通信技术,从20世纪60年代出现,90年代开始兴起的一项自动识别技术1.2显示：c、rc522显示视频和显示本文采用模块化设计思想进行开发,以STM32F103ZET6作为控制系统的主控制器,加以电源电路、SD卡、SPIFLASH存储、SIM800C、RC522读写卡和显示触摸屏等模块构成。首先电源电路模块为控制系统提供所需电源,SD卡与SPIFLASH模块可以存储汉字字库数据,RC522读写卡模块实现对IC卡的读写操作,当卡自动挂失以及余额不足时,SIM800C模块实现短信提醒的功能,显示触摸屏模块(TFTLCD)可以显示提示信息及完成对该系统的触摸操作,从而实现了IC卡的充值、消费、挂失、解挂、查询、改密以及自动挂失与短信提醒等功能,系统整体结构如图2所示。2该系统的主要硬件模块的电路设计2.1电源电路的设计本文采用直接供电电源电路思想,其中将220V电源电压分为三级降到3.3V,首先采用12V的电源适配器,将220V降到12V,12V电压由DC_IN接口接入电源电路,然后由MP2359降压芯片将12V电压降到5V,最后经K1开关由AMS1117-3.3芯片转到3.3V,另外,同时该电路加入二极管作为电源防反接保护保护措施,有效提高电路的可靠性。采用的MP2359降压芯片,可以提供非常高的电源转换效率,以及宽电压输入范围。电路原理如图3所示。MP2359的输出电压计算公式如下:所以选择R2.2sd卡的读取智能IC卡管理机需要大量的汉字提示信息。本文选用主控制器自带的SD外设接口来驱动SD卡,用SD卡来存储在PC机生成的编码数据,再利用FatFS文件系统读取SD卡的编码数据将其写入到SPIFLASH(本文所选型号W25Q128FV)中,之后利用程序解析对应待显示汉字的编码数据进而将汉字显示出来,另外,主控制器选用SPI协议来控制SPIFLASH存储器,并且将IC卡及触摸屏校准的相关数据信息保存在里面。2.3短信传输模块本文采用的SIM800C模块是SIMCOM公司的工业级四频GSM模块,该模块带硬件流控制,支持5~24V的超宽工作范围,工作频率为850/900/1800/1900MHz,内嵌TCP/IP协议,其可以实现低功耗短信传输功能,该模块通过串口与主控制器进行通信。2.4接触式mfrc522本文选择NXP公司的一款成本低、功耗小、体积小的非接触式MFRC522作为读写卡芯片,该芯片支持ISO/IEC14443A/Mifare协议,不需要额外的有源电路并且它的工作频率是13.56MHz3软件设计3.1控制板的加工本文选择KEILMDK作为开发工具,使用该平台首先需要建立一个工程,其次选择当前使用的主控芯片STM32F103ZET6,接着对所建工程进行一些必需的配置,然后开始编写程序源文件,待文件编写完后,编译程序,如有错误产生,则修改程序文件,直至没有错误产生,此时便可进行下载调试,最后,待调试成功后可将程序文件烧录进芯片3.2智能ic卡管理机部分功能的实现系统上电后,首先进行系统时钟和外设的一系列初始化,包括SD卡、SPIFLASH、串口、FatFS文件系统从图5可知,当所有初始化操作完成后,程序首先检测字库数据以及校准数据是否完整,如果数据不完整就会利用FatFS文件系统更新字库以及进入校准程序得到校准数据,否则,进入while(1)大循环,首先显示菜单栏,根据触摸相应操作来执行对应的充值、消费、挂失、解挂、查询、改密流程,智能IC卡管理机的部分实物界面(菜单栏、充值、消费实物界面)如图6所示。当程序检测到当天卡累计消费已达系统所设定的最大值时,便会将卡的状态自动设为挂失状态,并且启动短信传输功能通知用户。如果是用户本人继续想消费,可以通过解挂操作进行解挂,这样就可以再次消费一定额度,当程序检测到卡内余额不足系统的最低设定值时,此时只会启动短信传输,通知用户及时充值。3.3sd卡的移植FatFS是一个完完全全开源免费的FAT文件模块系统,特定为小型的嵌入式系统而设计。它完全用大家所熟知的C语言编写,具有良好的硬件平台独立性,只要做很少的修改就可以移植到8051、PIC、AVR、ARM等系列单片机上。它支持多个存储媒介并且有独立的缓冲区,并且可以对多个文件进行读/写操作。本文选择目前最新版本R0.13B来进行移植。该系统一共8个文件,只需修改其中的两个文件即diskio.c和ffconf.h。在diskio.c文件中的相应的函数处配置SD卡的初始化、读写以及一些其他杂项信息函数,在ffconf.h文件中配置好相应的选项即可。然后利用一系列文件系统开放的API函数如f_open、f_close、f_read、f_write等3.4卡均未及时充值主控制器通过串口发送AT(Attention)指令从图7可知,首先通过AT+CSCS指令设置为GSM字符集和文本模式,然后发送对应用户的手机号,输入待发送的信息,如果是卡自动挂失这种情况,就输入英文版的“此卡累计消费额度达到当天最大值,卡已自动挂失”的信息,如果是卡余额不足这种情况,就输入“卡内余额已不足一定额度,请及时充值”的信息。最后再以十六进制发送0X1A,即可启动一次短信的发送3.5程序对ic卡的操作主控制器通过SPI协议控制RC522模块,根据不同的触摸行为来对IC卡执行不同的流程操作。程序对IC卡的主要操作流程如图8所示。由图8可知,当检测到需要操作IC卡时,程序首先复位RC522模块,然后设置ISO14443A工作模式,接着执行防冲撞、选卡、验证卡密码流程4功能试验和结果分析4.1充值成功与卡充值后的消费测试系统测试主要包括系统整体性能和安全性两方面测试。系统的整体性能测试包括充值测试、消费测试。在充值测试中,首先进入充值界面,设定充值金额后将需充值卡置于感应区,最后TFTLCD上显示充值成功与卡充值后的余额。在消费测试中,首先设定消费金额,设置完消费金额后将消费卡置于感应区,最后TFLCD上显示消费成功与消费后卡内的余额。系统的安全性测试主要对卡的消费金额及消费行为进行安全性测试。在用户丢失卡后,为防止他人捡到后持卡消费,本系统设定了当天累计最大消费额度自动挂失以及余额不足短信提醒的功能,并且可以根据应用场景的不同,改变最大累计消费以及最低额度。本测试应用场景以学校餐厅为例,根据学校餐厅平均消费水平,设置最低额度10元,当天累计最大额度200元来进行测试。4.2智能ic卡管理机功能测试结果出现的原因按以上方案测试200次,结果如表1所示。由表1可知,智能IC卡管理机在充值、消费等过程不会有误差,自动挂失以及余额不足时的短信提醒次数并不是200次并且有1%的误差,分析其原因:1)因为在每次测试过程中,并不是每次都达到短信提醒的条件,即卡余额不足10元以及当天累计消费额度达200元;2)由于其卡额度的临界点在系统软件中包含边界等引起的。因此,此误差可以在程序中进一步消除边界等条件,总体来说,智能IC卡管理机功能稳定可靠。另外,本次测试结果也进一步证明本文的设计思路合理,并且该设计方案可以进一步提高卡的安全性。同时未来该方案可以与物联网进一步相结合,用户可以通过手机随时查询卡的状态信息等。充值成功、消费成功、短信提醒测试界面如图9所示。5ic卡管理机本文简述了基于RFID的智能IC卡管理机的制造过程,解决了传统IC卡管理机不具有自动挂失和短信提醒问题并通过测试验证了其功能稳定可靠。本智能IC卡管理机以STM32F103为控制核心,采用模块