王穎　李翀

【摘 要】RFID技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)的自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。被公認(rèn)為21世紀(jì)十大重要技術(shù)之一。本文以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究了RFID的識讀過程。

【關(guān)鍵詞】北京大學(xué)生；智慧校園；卡通系統(tǒng)

2008年IBM 公司在全球提出“智慧地球”概念后，美國、歐盟、日本和韓國等相繼推出本國的物聯(lián)、云計算相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略。2009年，溫家寶總理在中科院無錫傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心，指示建設(shè)“感知中國”中心，拉開了中國智慧城市建設(shè)的序幕“智慧校園”作為“智慧城市”的重要組成部分，是繼數(shù)字校園后關(guān)于院校信息化建設(shè)的又一全新概念，是由浙江大學(xué)于信息化“十二五”規(guī)劃中首次提出的，并由此引發(fā)了“智慧校園”的建設(shè)潮。近年來，國內(nèi)不少高校對智慧校園進(jìn)入了探索或建設(shè)階段。

基于物聯(lián)網(wǎng)的校園一卡通系統(tǒng)是以學(xué)校校園網(wǎng)為架構(gòu)，以射頻標(biāo)簽作為信息載體，利用RFID、標(biāo)簽傳感器、無線通信網(wǎng)絡(luò)等實(shí)時采集物品的各種信息，并將這些采集到的信息通過高速互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，這些信息在數(shù)據(jù)處理中心經(jīng)過計算技術(shù)提供的海量信息處理功能對其進(jìn)行智能化處理之后就可以實(shí)現(xiàn)人與人、物與物、人與物之間的有效溝通。

一卡通系統(tǒng)平臺構(gòu)成包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，二者共同完成校園一卡通系統(tǒng)平臺整個系統(tǒng)的管理、數(shù)據(jù)處理、傳輸與交換和調(diào)度控制、應(yīng)用支撐操作等功能。整個系統(tǒng)的識別過程需要完成4個步驟：尋卡→防沖突→選卡→讀/寫卡。

1 RFID系統(tǒng)組成

RFID 技術(shù)利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的。最基本的 RFID 系統(tǒng)由三部分組成：

1.標(biāo)簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信；

2.閱讀器：讀取（在讀寫卡中還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備；

3.天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。

2 工作原理

MCU通過對讀卡器芯片內(nèi)寄存器的讀寫來控制讀卡器芯片，讀卡器芯片收到MCU發(fā)來的命令后，按照非接觸式射頻卡協(xié)議格式，通過天線及其匹配電路向附近發(fā)出一組固定頻率的調(diào)制信號（13.56 MHz）進(jìn)行尋卡，若此范圍內(nèi)有卡片存在，卡片內(nèi)部的LC諧振電路（諧振頻率與讀卡器發(fā)送的電磁波頻率相同）在電磁波的激勵下，產(chǎn)生共振，在卡片內(nèi)部電壓泵的作用下不斷為其另一端的電容充電，獲得能量，當(dāng)該電容電壓達(dá)到2 V時，即可作為電源為卡片的其他電路提供工作電壓。當(dāng)有卡片處在讀卡器的有效工作范圍內(nèi)時，MCU向卡片發(fā)出尋卡命令，卡片將回復(fù)卡片類型，建立卡片與讀卡器的第一步聯(lián)系，若同時有多張卡片在天線的工作范圍內(nèi)，讀卡器通過啟動防沖撞機(jī)制，根據(jù)卡片序列號來選定一張卡片，被選中的卡片再與讀卡器進(jìn)行密碼校驗(yàn)，確保讀卡器對卡片有操作權(quán)限以及卡片的合法性，而未被選中的則仍然處在閑置狀態(tài)，等待下一次尋卡命令。密碼驗(yàn)證通過之后，就可以對卡片進(jìn)行讀寫等應(yīng)用操作。

3 實(shí)現(xiàn)步驟

1.從串口打印IC卡的類型和序列號。

2.實(shí)現(xiàn)顯示IC卡的類型，并記錄。

3.實(shí)現(xiàn)以十六進(jìn)制顯示IC卡的序列號，并記錄。

4.測試最大的識別距離。

RC522模塊采用了高達(dá)10 Mb/s的SPI、I2C總線模式——四線制SPI，通信中的時鐘信號由 Arduino 產(chǎn)生，MF RC522芯片設(shè)置為從機(jī)模式，接收來自 Arduino 的數(shù)據(jù)以設(shè)置寄存器，并負(fù)責(zé)射頻接口通信中相關(guān)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

數(shù)據(jù)的傳輸路徑為：Arduino 通過 MOSI 線將數(shù)據(jù)發(fā)到 MF RC522，MF RC522 通過 MISO 線發(fā)回至 Arduino。連接電路如圖1所示。

圖1 Arduino與MF RC522的連接電路

4 部分功能代碼

1.尋卡

#include

#include

#define SS_PIN 10

#define RST_PIN 9

MFRC522 mfrc522（SS_PIN， RST_PIN）； // 新建MFRC522端口

void setup（） {

Serial.begin（9600）； // 初始化和計算機(jī)的連續(xù)交流

SPI.begin（）； // Init SPI bus

mfrc522.PCD_Init（）； // Init MFRC522 card

//Serial.println（"Scan a MIFARE Classic PICC to demonstrate Value Blocks."）；

}

2.防沖突

void loop（） {

//讀卡

// Prepare key - all keys are set to FFFFFFFFFFFFh at chip delivery from the factory.

MFRC522：：MIFARE_Key key；

for （byte i = 0； i < 6； i++） {

key.keyByte[i] = 0xFF；

}

// Look for new cards

if （ ！ mfrc522.PICC_IsNewCardPresent（）） {

return；

}

// Select one of the cards

if （ ！ mfrc522.PICC_ReadCardSerial（）） {

return；

}

// Now a card is selected. The UID and SAK is in mfrc522.uid.

// Dump UID 打印卡號

……

3.讀/寫卡

Serial.println（"Read block A（4） ： the first of the sector TWO"）；

byte buffer[18]；

byte size = sizeof（buffer）；

// change this： valueBlockA ， for read anather block

status = mfrc522.MIFARE_Read（valueBlockA， buffer， &size）；

Serial.print（"Sector ： 0 Value ："）；

Serial.println（buffer[0]）；

Serial.print（"Sector ： 1 Value ："）；

Serial.println（buffer[1]）；

Serial.print（"Sector ： 2 Value ："）；

Serial.println（buffer[2]）；

Serial.print（"Sector ： 3 Value ："）；

Serial.println（buffer[3]）；

Serial.print（"Sector ： 4 Value ："）；

Serial.println（buffer[4]）；

……

4.擴(kuò)展部分

對已經(jīng)讀寫出來的復(fù)旦卡的卡號進(jìn)行反饋，于是繼續(xù)擴(kuò)充電路，在D2端口和D3端口分別連接發(fā)光二極管，防止電壓會燒毀LED燈，在每個LED燈串聯(lián)一個220Ω的電阻，D4端口上連接開源蜂鳴器。

5.結(jié)論

定義一個二維數(shù)組，可以保存十張學(xué)生的一卡通卡號，對已經(jīng)保存起來的卡號運(yùn)行通過，對不記錄在案的卡號運(yùn)行失敗，蜂鳴器報警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 登記過的卡片，成功識別，綠色LED等閃爍一秒后熄滅

圖3 未登記的卡片，認(rèn)定為非法，紅色LED燈閃爍一秒后熄滅，

同時，蜂鳴器產(chǎn)生頻率一定的聲響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]譚民，劉禹.RFID技術(shù)系統(tǒng)工程及應(yīng)用指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007，4.

[2]陳大才.射頻識別（RFID）技術(shù)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3]劉騰紅，屈振新，任偉，劉勘.Windows程序設(shè)計技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004，10.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]