王沛毅，巨新新，趙俊巖，祝 燁，李慧心

（商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西 商洛 726000）

0 引言

目前，我國正處于信息化、智能化發(fā)展的初期，人們越來越追求便捷化的生活方式。近年來，NFC模擬卡技術(shù)雖然一定程度避免了人們攜帶大量卡片的問題。但從發(fā)展趨勢上來看，NFC技術(shù)還沒有成熟，目前模擬卡的種類極其有限。因此，基于NFC模擬卡片的研發(fā)非常需要。蔡中興等[1]對NFC技術(shù)以及智慧校園進行了研究，詮釋了NFC技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用，也討論了NFC技術(shù)在實際應(yīng)用中存在的問題。吳雨欣等[2]設(shè)計了一款基于NFC技術(shù)的校園一卡通系統(tǒng)。NFC技術(shù)目前僅僅處于初級階段，其功能沒有完全發(fā)揮出來，并不能將NFC功能充分應(yīng)用于智慧校園系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中。

開發(fā)一套基于NFC卡模擬的物聯(lián)網(wǎng)智能識別系統(tǒng)，利用通信模擬技術(shù)將眾多卡片的信息集中到一起，實現(xiàn)多種智能功能，讓“一”代替“多”，為人們的生活提供便利，使NFC技術(shù)真正得到推廣應(yīng)用。設(shè)計設(shè)備要求結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，市場定位準確，滿足功能要求和新興市場需求，使人們向物聯(lián)網(wǎng)智能化便利生活邁進。

1 設(shè)計思路

1.1 NFC技術(shù)基礎(chǔ)

NFC技術(shù)實現(xiàn)一卡通的應(yīng)用主要采取了調(diào)制解調(diào)、近場通信技術(shù)，能夠通過無線射頻進行近場通信，把手機卡從普通通信卡轉(zhuǎn)化為非接觸性智能卡，從而實現(xiàn)一卡通功能。NFC手機與所要模擬的IC卡接觸時，發(fā)起設(shè)備和接收設(shè)備都會產(chǎn)生自己的射頻場。在整個通信過程中，發(fā)起設(shè)備和接收設(shè)備都提供射頻場，并且將信息傳輸并利用感應(yīng)電動勢提供工作所需的能源。傳輸速率的選取是以工作距離的長短為界定的，發(fā)起設(shè)備和接受設(shè)備最遠的感應(yīng)距離不應(yīng)超過10 cm[3]。在被動模式下，NFC通信設(shè)備將會被啟動（NFC手機），在整個通信過程中提供射頻場（RF-field），可以選擇106 kbps、212 kbps或424 kbps傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設(shè)備（目標設(shè)備），不需要讓其產(chǎn)生射頻場，從而使用負載調(diào)制(load modulation)技術(shù)。

1.2 NFC一卡通實現(xiàn)思路

通過NFC在校園中實現(xiàn)支付方式有以下兩方面思路：

（1）個體使用匹配的App請求所要模擬的卡，并在終端服務(wù)器填寫卡號，以將所模擬的卡連接到終端服務(wù)器上。然后，可以在NFC手機使用模擬的卡的功能。

（2）個體可以向運營商申請一張具有內(nèi)置NFC技術(shù)的SIM卡，將卡的信息聚集到手機的SIM卡中，然后通過軟件將手機NFC卡的通信通道轉(zhuǎn)為SIM內(nèi)置所要模擬的IC卡。 最近，基于運營商的NFC團隊已和多個高校進行合作，完成NFC卡的內(nèi)置解決方案。NFC卡解決方案具有校園一卡通系統(tǒng)卡管理系統(tǒng)的最高權(quán)限。合作運營商只用卡模擬應(yīng)用程序管理系統(tǒng)，不包括對指定服務(wù)（如卡轉(zhuǎn)讓）的管理，只是顯示并運行模擬卡的功能。

對于NFC卡解決方案，被模擬的卡為主卡，要模擬的NFC卡即副卡。越來越多的學(xué)校正在創(chuàng)立主卡和副卡兩個相互獨立系統(tǒng)賬戶，所以就可以分別充值和消費兩張卡。部分學(xué)校將主卡和副卡建立一個賬戶，這樣如果其中一張被激活，另一張卡就不能被激活。無論通過什么方式，通過NFC校園一卡通系統(tǒng)即可實現(xiàn)很多功能，個體使用體驗得到了提高，也為學(xué)校的一卡通服務(wù)提供了一個業(yè)務(wù)承載平臺。

2 具體設(shè)計框架

NFC手機一卡通由3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，分別是一卡通應(yīng)用平臺、后臺管理平臺和金融服務(wù)平臺。NFC手機內(nèi)置SIMPASS技術(shù)，具有近場通信功能，可將手機變成一張非接觸智能卡，從而實現(xiàn)NFC手機一卡通功能。當(dāng)NFC手機靠近閱讀器就可以讀寫出被模擬卡的信息。框架設(shè)計如圖1所示。

圖1 框架設(shè)計

3 測試結(jié)果

3.1 兼容性測試

（1）將NFC手機當(dāng)作被模擬的IC卡時，NFC手機將會把相應(yīng)應(yīng)用業(yè)務(wù)的卡，與具有相應(yīng)標準的閱讀器進行設(shè)置。

（2）把NFC手機當(dāng)作閱讀器時，將會把支持所有類型的標簽進行收集，存在在自己的數(shù)據(jù)庫中，用被測的NFC手機去閱讀，并執(zhí)行通信指令。

（3）當(dāng)NFC手機工作處于點對點的工作模式時，NFC手機將會與其他NFC設(shè)備進行信息交互。測試過程如圖2—3所示。

圖2 測試原理

圖3 測試過程

3.2 NFC的測試結(jié)果

通過對該設(shè)備的驗證，當(dāng)NFC手機處于卡模擬狀態(tài)時，識別信息的有效工作距離≤10 cm，讀卡時的最大距離也滿足個體需求。

人們將卡模式、點對點模式、讀卡器模式的3種通信模式進行結(jié)合，設(shè)計具有更加強大功能的NFC設(shè)備。將基于NFC技術(shù)的模擬卡片逐步打造成市面上大多數(shù)卡，從而實現(xiàn)用“一”來代替“多”的局面，由“一卡通”變?yōu)椤耙粰C通”。在13.56 MHz 頻率下，最大讀卡距離為10 cm。

基于NFC技術(shù)的模擬卡片將集IC卡、數(shù)據(jù)交換和非接觸讀卡器等多功能于一體，不僅輕捷便帶，而且使用方法簡易。

4 結(jié)語

基于NFC技術(shù)的一卡通系統(tǒng)可以極大地便捷人們的生活，該一卡通系統(tǒng)包含校園門禁子系統(tǒng)，校園考勤子系統(tǒng)，校園消費子系統(tǒng)和圖書館管理子系統(tǒng)4個子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)校園一卡通的絕大多數(shù)功能。依靠NFC射頻通信技術(shù)和POS機、自動販賣機之間的關(guān)系就可以實現(xiàn)本地交易，個體可以將個人銀行的金額轉(zhuǎn)入校園錢包，可以隨時使用NFC手機模擬校園卡進行消費、查詢余額和充值等業(yè)務(wù)，免除了往常排隊、找零和等待的煩惱。

NFC技術(shù)的快速發(fā)展為學(xué)校一卡通系統(tǒng)的創(chuàng)建提供了技術(shù)保障，不僅為校園基層工作者賦能，也提高了用戶個體的使用體驗。因此，研發(fā)人員要不斷發(fā)展新興技術(shù)，在已有技術(shù)之上加以創(chuàng)新并且應(yīng)用在日常生活中，為個體帶來更好的使用體驗。