湯子豪+趙慧

摘要：隨著智能手機(jī)的普及和電子貨幣支付系統(tǒng)的日趨完善，小額度電子貨幣移動(dòng)支付，成為人們重要的支付手段。結(jié)合NFC通信技術(shù)的特點(diǎn)，提出了基于NFC的移動(dòng)支付系統(tǒng)。作為一種小額度電子貨幣交易方式，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，并具有更高的安全性，適合用于商場(chǎng)、餐廳等服務(wù)場(chǎng)所的日常付款，將極大地便利人們的生活。

關(guān)鍵詞：Arduino UNO單片機(jī)；NFC；PN532；安卓；移動(dòng)支付

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）12-0306-03

Abstract： With the popularity of Intelligent mobile phone and the rapid development of the electronic currency payment system， payment of small amount of electronic money become an important means of payment. According to the characteristics of NFC communication technology， this paper puts forward the mobile payment system based on NFC. As a payment of small amount of electronic money transactions， the system，with better security， is easy to operate. It is suitable for shopping malls， restaurants and other places of daily payment service， will greatly facilitate people's life.

Key words： Arduino UNO； NFC； PN532； Android；mobile payment

1 概述

當(dāng)代，手機(jī)、IC卡、條形碼、二維碼等成為人們進(jìn)行交易的支付方式，由此促進(jìn)了移動(dòng)支付方式的研究與發(fā)展。作為RFID技術(shù)的延伸，NFC技術(shù)具有傳輸距離短的特點(diǎn)，能夠更好地保護(hù)用戶的隱私安全，這也奠定了其在支付領(lǐng)域的重要地位。

在一些發(fā)達(dá)國(guó)家早已廣泛應(yīng)用基于NFC的移動(dòng)支付方式。例如日本多數(shù)大城市都會(huì)有支持NFC支付方式的自動(dòng)售賣機(jī)和商場(chǎng)購(gòu)物。在國(guó)內(nèi)，2011年開始出現(xiàn)了具有NFC功能的手機(jī)，有部分發(fā)達(dá)城市將NFC支付投入到公交、鐵路系統(tǒng)上使用，少數(shù)高校支持手機(jī)消費(fèi) [9]。

本系統(tǒng)以NFC中的p2p通信模式作為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)今移動(dòng)支付系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)則模擬出使用手機(jī)NFC功能進(jìn)行移動(dòng)支付的過程。

2 NFC技術(shù)

NFC，即近距離無線通訊技術(shù)（Near Field Communication），是一種非接觸式識(shí)別和互聯(lián)技術(shù)。NFC的數(shù)據(jù)交換不需要密碼、配對(duì)或其他認(rèn)證步驟，就可以通過簡(jiǎn)單的觸控方式進(jìn)行信息交換和內(nèi)容訪問。其傳輸距離短和數(shù)據(jù)小的特性，也成為支持移動(dòng)支付的重要因素。

與RFID不同的是，NFC的目標(biāo)方往往是可編程設(shè)備，如移動(dòng)電話，這樣便意味著NFC設(shè)備可以生成并發(fā)送獨(dú)特的內(nèi)容，進(jìn)行近距離的互相通信。本文將利用此功能完成對(duì)目標(biāo)方反饋唯一的驗(yàn)證碼信息。

3 系統(tǒng)組成與設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的組成和工作原理

本系統(tǒng)主要采用WAP方式架構(gòu)系統(tǒng)，以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)操作平臺(tái)，構(gòu)建以NFC近場(chǎng)通信為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的手機(jī)移動(dòng)支付的交易系統(tǒng)。系統(tǒng)由賣家終端、買家手機(jī)終端、服務(wù)器處理端三大部分組成，其中賣家終端包括上位機(jī)串口傳輸處理程序和NFC讀卡終端。系統(tǒng)組成如圖1所示。

基于NFC的移動(dòng)支付系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)以下核心功能：

1） 近場(chǎng)通信功能，使用PN532元件結(jié)合Arduino UNO單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化近場(chǎng)通信，數(shù)據(jù)的近距離傳輸具有良好的保密性。

2） 無線網(wǎng)絡(luò)通信功能，手機(jī)安卓程序與服務(wù)端通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，使用TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸顯示余額信息和支付請(qǐng)求信息。

3） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，服務(wù)端統(tǒng)一存儲(chǔ)管理賣家買家的余額信息和交易記錄信息。

4） 串口傳輸功能，讀卡終端通過串口線與賣家上位機(jī)PC端連接，傳輸交易串口信息。

5） 賬單處理功能，服務(wù)器端程序根據(jù)買家手機(jī)發(fā)送的請(qǐng)求生成對(duì)應(yīng)的交易支付碼，賣家PC端程序?qū)I家的支付碼進(jìn)行進(jìn)一步處理加入賣家ID的信息，最后又服務(wù)器處理最終賬單信息。

6） 安全加密功能，在支付碼生成階段由服務(wù)器進(jìn)行加密，加強(qiáng)安全性。

交易開始時(shí)，讀卡終端開啟發(fā)送射頻場(chǎng)等待目標(biāo)，手機(jī)應(yīng)用協(xié)助開啟NFC功能，通過服務(wù)器端獲取個(gè)人支付編碼，結(jié)合自己的余額和當(dāng)時(shí)的交易時(shí)間進(jìn)行編碼，組成一串字符串消息，作為NDEF數(shù)據(jù)包，通過近場(chǎng)通信傳輸?shù)阶x卡終端，而讀卡終端將數(shù)據(jù)包信息通過串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理，生成最終的交易信息字符串通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)賣家PC端傳輸?shù)馁~單信息進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，扣除買家的存款，增加賣家的存款，完成簡(jiǎn)單的交易模擬。

根據(jù)現(xiàn)有的移動(dòng)支付系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)合NFC的無線通信原理，本系統(tǒng)將針對(duì)硬件和軟件兩大部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)的讀卡器終端，用以完成與目標(biāo)手機(jī)的數(shù)據(jù)交互與服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸，主要包括Arduino UNO單片機(jī)、CD4050芯片和PN532。其中，Arduino UNO單片機(jī)為主控部分，CD4050芯片負(fù)責(zé)電平調(diào)節(jié)，PN532則作為近場(chǎng)通信部分，負(fù)責(zé)與具有NFC功能的手機(jī)進(jìn)行通信。

硬件設(shè)計(jì)如圖2所示，Arduino UNO的2、3、4輸出口分別接CD4050的9、11、14引腳，其中9、11、14號(hào)引腳用于對(duì)應(yīng)三個(gè)輸出口的輸入電平；電源接5v，適用于驅(qū)動(dòng)Arduino UNO單片機(jī)；PN532的SCK、MISO、MOSI、SSEL分別接CD4050芯片的10、5、12、13引腳，其中10、12、13號(hào)引腳用作對(duì)應(yīng)輸出，而5號(hào)引腳作為唯一對(duì)應(yīng)VCC電壓端驅(qū)動(dòng)高電平。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分在應(yīng)用層開發(fā)安卓應(yīng)用，調(diào)用手機(jī)自帶的NFC功能用于和硬件終端的數(shù)據(jù)交互，在服務(wù)層開發(fā)服務(wù)器服務(wù)端程序，使用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)所有用戶數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)用戶信息集中管理和處理。

軟件部分使用VS2013開發(fā)上位機(jī)賣家端程序和服務(wù)器端管理程序；使用Eclipse adt開發(fā)手機(jī)買家安卓端；使用sql server2008存儲(chǔ)管理交易數(shù)據(jù)以及用戶數(shù)據(jù)；使用Arduino開發(fā)Arduino UNO單片機(jī)底層程序。

系統(tǒng)程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)各部分進(jìn)行初始化，完成手機(jī)用戶端登錄、賣家上位機(jī)端打開串口激活讀卡器底層電路程序、服務(wù)器端運(yùn)行等待客戶端請(qǐng)求等操作。支付流程如圖3所示，當(dāng)初始化完成后，買家端發(fā)送請(qǐng)求到服務(wù)器，服務(wù)器接收請(qǐng)求查詢數(shù)據(jù)庫發(fā)送動(dòng)態(tài)支付碼回用戶端，賣家上位機(jī)輸入商品金額后開啟讀卡器無線通信功能，用戶手機(jī)此時(shí)貼近讀卡終端即可進(jìn)行通信，動(dòng)態(tài)交易碼經(jīng)過上位機(jī)的進(jìn)一步判斷和處理后傳到服務(wù)器進(jìn)行處理，處理結(jié)果為雙方余額的變化，從而完成交易過程。

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的服務(wù)器端使用SQL sever 2008數(shù)據(jù)對(duì)交易信息以及用戶存款和資料進(jìn)行存儲(chǔ)，其數(shù)據(jù)庫分為6個(gè)表，分別是用戶登錄表、交易記錄表、用戶存款表、動(dòng)態(tài)支付碼表、用戶信息表、用戶請(qǐng)求表。用戶登錄表作為最核心的表，主鍵UserID外鏈接到動(dòng)態(tài)碼表、用戶信息表、用戶存款表三個(gè)表中各自的UserID字段，確保了參照完整性。

用戶登錄需經(jīng)過查詢用戶登錄表驗(yàn)證，根據(jù)UserID鏈接在用戶信息表查詢用戶詳細(xì)信息；在用戶存款表查詢或修改余額；在動(dòng)態(tài)碼表中獲取動(dòng)態(tài)交易碼。用戶請(qǐng)求表和交易記錄表作為兩個(gè)獨(dú)立的表，用戶請(qǐng)求表經(jīng)過程序處理獲取用戶的交易請(qǐng)求，經(jīng)過程序處理后將刪除一條記錄，并向交易記錄存入一條記錄作為交易記錄，兩個(gè)表通過程序處理部分具有間接的單向傳輸關(guān)系。

4 總結(jié)

基于NFC的移動(dòng)支付系統(tǒng)，以Arduino UNO單片機(jī)為核心，采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了近場(chǎng)通信原理下的刷卡式支付。該系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，操作方便，易于安裝?；贜FC短距離和小數(shù)據(jù)的特性，該系統(tǒng)相對(duì)安全，且保密性高，具有一定的實(shí)用性。

系統(tǒng)還存在不完善的地方，還值得改進(jìn)和優(yōu)化，如手機(jī)端的界面和功能不夠接近支付寶錢包應(yīng)用的界面，功能不夠完善，PN532的工作開關(guān)不夠智能控制，只會(huì)不斷持續(xù)的工作，應(yīng)當(dāng)設(shè)置按鈕通電，在需要工作的時(shí)候才啟動(dòng)，以免因持續(xù)工作而造成損耗。

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