AT88RF020在學(xué)校就餐管理系統中的應用

摘  要：就餐比較集中的學(xué)?；旧喜捎梅墙佑|式RFID卡組成的現場(chǎng)前臺系統與微機后臺管理系統相結合的形式。AT88RF020使用頻率在13．56 MHz的低端非接觸式射頻卡芯片，它遵循lS0／IEC 14443 Type B協(xié)議。本文著(zhù)重介紹AT88RF020的特點(diǎn)及工作原理，并對其在學(xué)校就餐管理中的應用及管理系統作相應介紹，同時(shí)也給出部分程序代碼。由AT88RF020射頻芯片組成的現場(chǎng)前臺系統使用方便，價(jià)格低廉。

關(guān)鍵詞：RFID AT88RF020 讀卡器 就餐管理系統

1 概述

現在，在一些就餐比較集中的大、中專(zhuān)及中學(xué)里，學(xué)生的就餐基本上采用微機管理，學(xué)生憑一張非接觸式的RFID卡就可以很方便地在學(xué)校食堂消費。有些學(xué)校還采用了校園一卡通，只要持有一張合法的RFID卡，就可在全校范圍內的公共消費場(chǎng)所進(jìn)行消費。

RFID(Radio Frequency Identification)即射頻識別卡或是感應式電子芯片。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動(dòng)的物體，并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。AT88RF020就是Atmel公司生產(chǎn)的非接觸式RFID卡。

2 RFlD卡AT88RF020的特點(diǎn)

    ◇AT88RF020是13．56 MHz射頻卡，遵循ISO／IEC 14443 Type B協(xié)議;
    ◇容量為2048位；
    ◇每張卡有唯一序列號；
    ◇帶有加密和鎖定功能；
    ◇一個(gè)一次性計數器；
    ◇所有傳輸信息中包括一個(gè)字節的循環(huán)校驗碼；
    ◇寫(xiě)時(shí)間為3 ms；
    ◇寫(xiě)次數為100 000次；
    ◇工作環(huán)境是O～70℃。

3 RFID射頻識別技術(shù)的組成及工作原理

3．1 RFID系統的基本組成

    ①標簽(tag，即射頻卡)。由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線(xiàn)，用于和射頻天線(xiàn)間進(jìn)行通信，每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼，附著(zhù)在物體上標識目標對象。圖1是RFID芯片AT88RF020的內部結構原理圖。

    ②閱讀器(reader或叫讀卡器)。讀取(除讀卡外還可以寫(xiě)入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。

    ③天線(xiàn)(antenna)。在標簽(射頻卡)和讀卡器之間傳遞射頻信號。

    有些系統還通過(guò)讀卡器的RS232或RS485接口與外部計算機(上位機主系統)連接，進(jìn)行數據交換。

3．2 RFID系統的基本工作原理

讀卡器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送一定頻率(如13．56 MHz)的射頻信號，當射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區域時(shí)產(chǎn)生感應電流，射頻卡獲得能量被激活。射頻卡將自身編碼等信息通過(guò)射頻卡的內置發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送出去。系統接收天線(xiàn)接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號，經(jīng)天線(xiàn)調節器傳送到讀卡器，讀卡器對接收的信號進(jìn)行解調和解碼，然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理。主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執行機構動(dòng)作。

3．3 RFID系統讀卡器的結構及工作原理

對讀卡器而言，在耦合方式(如電感-電磁)、通信流程(如FDX、HDX、SEQ)、從射頻卡到讀卡器的數據傳輸方法(如負載調制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區別。但所有的讀卡器在功能原理上，以及由此決定的設計構造上都很相似，所有閱讀器均可簡(jiǎn)化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)射頻卡并提供能量；對發(fā)射信號進(jìn)行調制，用于將數據傳送給射頻卡；接收并解調來(lái)自射頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統的高頻接口設計具有一些差異，電感耦合系統的高頻接口原理如圖2所示。

讀卡器控制單元的功能包括：與應用系統軟件進(jìn)行通信，并執行應用系統軟件發(fā)來(lái)的命令；控制與射頻卡的通信過(guò)程(主-從原則)；信號的編解碼。對一些特殊的系統還有執行反碰撞算法，對射頻卡與閱讀器問(wèn)要傳送的數據進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和讀卡器間的身份驗證等附加功能。

4 RFID卡AT88RF020的存儲結構

Atmel的AT88Rt020射頻卡芯片有2048位的存儲容量，分成32頁(yè)，每頁(yè)8個(gè)字節，存儲組織結構如表1所列。

表1中標有“—”的字節由用戶(hù)定義，出廠(chǎng)時(shí)初始值為0。

    ①Pseudo Unique PICC Identifier?？ㄎㄒ恍蛄刑?，卡序列號由卡廠(chǎng)家寫(xiě)入，不能被修改。
    ②A(yíng)pplicatlon Data。應用數據，這個(gè)數據被作為ATQB回復信息的一部分由卡傳輸到讀寫(xiě)器中。
    ③counter。計數器，每執行一次COUNT指令，計數器的值就加1，初始值由廠(chǎng)家設為0。
    ④Signature。簽名(用于加密)，這個(gè)數據位于第2頁(yè)的前6個(gè)字節，可以通過(guò)COUNT指令修改，counter和Signature 可以提供更進(jìn)一步的安全保護。
    ⑤Password。密碼，密碼放在第3頁(yè)中，不能讀出。
    ⑥Lock Bits。鎖定位，位于第0頁(yè)，驗證密碼后，能用LocK命令修改。鎖定位中的每一位與內存各頁(yè)對應，如果某位被設為“1”，則對應的頁(yè)就被鎖死，不能再進(jìn)行寫(xiě)操作，也沒(méi)有機制解鎖，所以某頁(yè)一旦被鎖，其內容再也不能修改，出廠(chǎng)初始值為0。

AT88RF020通電或重啟的工作流程如圖3所示。

5 RFlD卡AT88RF020的常用命令與函數

5.1 AT88RF020的常用命令

    ①REQB／WUPB：用于尋卡或者喚醒處于HALT狀態(tài)的卡，這種卡只響應應用代碼(API)為00或01的情況，如果接收到一個(gè)帶有無(wú)效API代碼的WUPB命令，那么卡仍然處于HALT狀態(tài)。
    ②A(yíng)TTRIB：用于從所有響應REQB／WUPB的卡中選擇一張卡，此后，卡進(jìn)入AC-TIVE狀態(tài)。
    ③Slot MARKER：為讀寫(xiě)器提供了一種用于查詢(xún)隨機數大于1的卡。
    ④HALTB：設置卡處于HALT狀態(tài)，此后只能執行WUPB命令。
    ⑤READ：用于讀取卡中的數據，讀取頁(yè)0～2可以不必驗證密碼，而第3頁(yè)的數據不能讀出，只能通過(guò)PASS—WORD命令修改，其他的頁(yè)驗證密碼后可以讀出。
    ⑥WRITE：用于對卡寫(xiě)入數據。
    ⑦LOCK：只有在驗證密碼之后才能執行，用于鎖定某一地址區域，被鎖定的地址區域在驗證密碼之后只可以進(jìn)行讀操作。
    ⑧CHECK PASSWORD：密碼校驗命令，在設備進(jìn)入就緒狀態(tài)之后執行。
    ⑨DESELECT：如果對處于A(yíng)CTIVE狀態(tài)的卡執行該命令，且通過(guò)，則卡發(fā)送一個(gè)正確的回答信息，并進(jìn)入HALT狀態(tài)。
    ⑩COUNT：用于寫(xiě)第2頁(yè)。COUNT命令中所帶的數據寫(xiě)入到第2頁(yè)的前6個(gè)字節中，后2個(gè)字節被用做計數器使用，每執行一次COUNT命令，計數器的值就增1，如果計數器的值達到2的15次方，就不能再執行COUNT操作，且第2頁(yè)被鎖定，不能再修改。執行該命令之前要驗證密碼。

5.2 AT88RF020的函數

下面以rf_attrib()函數為例來(lái)說(shuō)明AT88RF020的函數用法。

    ①函數rLattrib()的格式：
    int rI_attrib(HANDLE icdev，unsigned long pupi，unsigned char param，unsigned char cid，unsigned charbrTx，unsigned char brRx)；

    ②函數的功能。從已響應REQB／WUPB命令的卡中選取一張卡，同時(shí)給每一張卡分配一個(gè)ID號。

    ③函數的參數描述。
    icdev：rf_init()返回的設備描述符。pupi：Pseudo—Unique PICC Identifier。param：設為0。cid:卡片ID號(0～15)，這個(gè)值存儲在卡片中供后面操作使用。
    brTx：由CD(近耦合設備)到PICC(近耦合集成電路卡)的波特率，對于A(yíng)T88RF020，0x00代表106 kb／s。
    brRx：由PICC到PCD的波特率，對于A(yíng)T88RF020，0x00代表106 kb／s。

    ④返回值。等于0表示成功；不等于0表示失敗。

    ⑤例程。
    int st;
    unsigned char Mode=0;
    unsigned char_Data[15]；
    unsigned long pupi=0;
    st=rf_requestb(iedev，Mode，0～0 Data);
    if(st==0){
    memcpy(&pupi，&Data[1],4)；
    st=rf_attrih(icdev，pupi，0，0，0．0)；
}

經(jīng)過(guò)選卡后，如果有多張卡進(jìn)入激活狀態(tài)，則可以根據CID(射頻卡ID號)在同一時(shí)間內對多張卡操作。以?xún)蓮埧槔?BR>    int st；
    unsigned long pupi[2];
    unsigned char receive[256]，data[10];
    pupi[o]=0x25510200;／／卡1的pupi
    pupill]=Ox344e0200；／／卡2的pupi
    unsigned char cid=0;
    st=rf_requestb(icdev，0,0,0，receive);／／選擇一張卡
    ／／in the case of the response card is card 1
    cid一0；／／slot 0
    st=rf_attrib(icdev，pupiEO]，o，cid，0，O)；
    ／／select card 2
    st=rf_request(iedev，0，0，0，receive)；
    ／／in the case of the response card is card 2
    cid=1；
    st=rf_attrib(icdev．pupi[l]．0，cid，0，0)；
    ／／operate the two cards in the same time
    for(int i一0；i-(2；i++){
    st=rt_read(icdev，i，0，data)；
    ／／deseleet card 1
    st=at88rf020 deseleet(iedev，0)；
    ／／deseleet card 2
    st=at88rf020 deseleet(icdev．1)；

6 RFlD卡在學(xué)校就餐管理中的應用

6．1系統總體方案

采用美國Atmel公司生產(chǎn)的AT88RF020射頻識別卡、IDIc(Identification IntegratecI circuit)、讀寫(xiě)基站集成電路u2270B和Atmel公司的8位單片機研制開(kāi)發(fā)學(xué)校食堂就餐管理系統，系統具有預付收費、目標識別、身份驗證、數據采集、數據加密和數據庫管理的功能。系統由AT88RF020卡、就餐管理終端、數據庫管理系統、就餐管理終端與數據庫管理微機的通信系統四部分組成。主機與就餐管理終端之間的通信采用RS一485通信標準，工作方式為半雙工，每次通信都是主機首先呼叫從機。系統結構如圖4所示。

6．2通信硬件接口設計

本系統中，就餐管理終端與上位機的通信選用了RS485總線(xiàn)標準，并采用了MAX465芯片來(lái)實(shí)現，它具有RS485通信接口需要的全部功能。數據通信的方向由RE和DE腳來(lái)控制，設計中二者連在一起，由單片機的Pl,5來(lái)控制。當它為高電平時(shí)，數據由就餐管理終端經(jīng)MAX485到外部串行總線(xiàn)，即處于發(fā)送狀態(tài)；為低電平時(shí)，數據由外部串行總線(xiàn)到就餐管理終端。一般微機的串行口采用RS232接口，故在上位機一端需要一個(gè)RS232／Rs485轉換器。本設計中采用臺灣Aten公司生產(chǎn)的IC-485SN轉換器，它是一種雙向RS232／R$485或RS422轉換器，可提供點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)(最多可達254個(gè)點(diǎn))的全雙工和半雙工以及多點(diǎn)的單工串行通信。

6．3通信軟件接口設計

上位機數據庫管理系統采用Visual FoxPro(即VF)編寫(xiě)，這里介紹的串行通信程序主要是在VF中實(shí)現與就餐管理終端的通信程序設計。本系統采用標準的通信控
件commLmications進(jìn)行通信程序的設計，實(shí)現掛失數據的發(fā)送、用戶(hù)卡號的發(fā)送、發(fā)卡和就餐數據的接收。每次通信時(shí)，首先在上位機的lnlt事件中初始化通信控件olecon—troll，初始化設置為：
thisform,olecontroll,commPort=1 ／／選擇串行口COM1
thisform,olecontroll,PortOpen=1 ／／打開(kāi)串行口COM1
thisform,olecontroll,lnpLltMode=O ／／接收的數據按文本方式
thisform olecontroll,RTSEnable=1 ／／允許使用RTs線(xiàn)．用于
／／RS232／485轉換器的發(fā)送控制和供電
thisform,oleconatroll,InputLen=1 ／／每次讀取接收緩沖
／／區的一個(gè)字符
thisform,olecontroll,OutbifferCount=O／／清除發(fā)送緩沖區
thisform,olecontroll,InbufferCotInt=O／／清除接收緩沖區

結 語(yǔ) 

本文介紹了RFID卡ATRF88020的特點(diǎn)、工作原理及在學(xué)校就餐管理中的應用。RFID技術(shù)的典型應用還有；物流和供應管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件／快運包裹處理、文檔追蹤／圖書(shū)館管理、動(dòng)物身份標識、運動(dòng)計時(shí)、門(mén)禁控制／電子門(mén)票、道路自動(dòng)收費等。