基于RFID的高校智能一卡通系统的研究

赵国栋

（宁夏大学 数学与计算机学院，宁夏 银川 750021）

高等院校是相对封闭且信息处理较为集中的环境。 近年来，随着高等院校的信息化建设，整合各种信息资源成为高校数字化建设过程中的有机部分， 也是系统间资源整合和共享的基础。 通过统一的身份认证机制，可以有机地结合综合消费信息、身份识别信息、金融服务信息、公共信息服务类的多种功能。 系统可以接驳银行系统、学籍管理信息系统、教务管理信息系统、图书借阅管理子系统、各种门禁子系统、生活消费子系统等多个高校的管理子系统，并未将来潜在的管理子系统预留标准接口。整个系统应与银行系统、 学校原有的系统和学校管理信息系统有良好的衔接，并为学校潜在管理信息系统预留合适的接口。在项目完成后可随时为学校增加其他管理系统接口提供必要的协助，也可为学校进一步动态掌握学生情况提供管理基础，从而全面提高学校的管理水平。基于以上背景本文对基于RFID 的高校智能一卡通系统进行了研究。

1 系统总体设计

本文采用美国ATMEL 公司生产的AT89C2051 作为系统的控制器。 AT89C2051 单片机体积小、功耗低、成本低、技术成熟，并且支持多种语言开发，编程灵活、功能强大、逻辑控制简单，因此，应用领域非常广泛。

下图1 为系统结构图示，IC 卡系统硬件结构主要由天线（信号接收与发送）、模拟电路部分（开关电路、整流及稳压电路，调制信号）、微处理器（控制部分，信息的存储和发送）组成。

图1 IC 卡系统硬件结构

1.1 线圈型天线的工作原理

读卡器产生交变磁场， 当IC 卡天线线圈靠近读卡器时，IC卡天线线圈与读写器天线线圈之间的相互作用就类似于变压器的两级线圈。 谐振回路如图2 所示，有RFID 线圈电感L、寄生电容Cp 和并联电容C2，其谐振频率（式中C 为Cp 和C2 的并联等效电容），数据通信即通过谐振频率f 的载波信号实现。 本示例使用常见谐振频率13.56MHz。

图2 IC 卡天线等效电路图

1.2 电路原理

应答器线圈的阻抗变化是读写的关键。 当RFID 卡靠近读卡器时， 负载电阻的阻抗变化能通过互感作用对阅读器线圈造成反作用，引起读卡器线圈回路变换阻抗的变化，造成阅读器天线的电压变化。 依据这一原理，数据的变化与变换阻抗通过栅极的高电平导通，低电平截止保持同步。 电平通过串接电阻放大变换阻抗的变化范围。 数据通过ASK 模式由应答器传到阅读器，串接电阻可增强ASK 的调制深度。 至栅极与P3.1 相连的2N5551 在高电平到来时导通，在低电平时截止，以此实现数据变化与ZT 变化的同步， 并通过串接R2 进一步扩大ZT 的变化范围。 因此数据便以ASK 的方式由应答器传到了阅读器。

2 单片机编程

本次微处理器使用美国AT89C2051 单片机。单片机控制是一卡通中硬件部分开发的重点。 本次设计单片机要用到定时器1，所以要将TR1 置1。AT89C2051 单片机在TMOD 设置上，工作方式0 与1 的特点是计数器溢出后不能自动重置初值，因此，需根据开发需要在循环计时与计数中反复设定初值。 而方式2 则具备自动重置初值功能，因此，本设计采用方式2。 在16 位计数器中设置TH（高八位）为预置计数器（初始值），TL（低八位）为计数器， 当计数溢出时， 由预置计数器TH 自动装填初始值到TL中，极大地方便了程序的开发设计与实现。 根据需要，我们设定周期为40us，而晶振频率为4MHZ，因此，可以方便地计算出赋予TH 的初始值为243，即TH1=TL1=0F3H。 相应地，因为16 位计数器用作两个功能 （初始值与计数器）， 所以传送的数据为8位，SM0=SM1=1，IE 设置中，EA=ES=1（串行通信模式）。

当应答器靠近阅读器， 应答器上2051 拥有足够高的工作电压后， 每间隔40us 就会通过P3.1 向外发送一个码字“10000110”，阅读器解码为反码，即“01111001”。 阅读器上2051初始化后，P1 口清零，所以数码管上均显示为“0”。 2051 收到应答器的“10000110”后，通过P1 口的P1.0-P1.3 口给BCD 七段显示器译码器CD4511 两段“0100”的BCD 码，数码管便显示该卡记录的学生学号“44”。

3 一卡通系统实现

DELPHI 是WINDOWS 平台下的面向对象的快速开发工具，具有简洁美观、功能强大的特性，且在程序设计界面上具有较好的易用性。其语法采用Pascal 语法，开发格式与C 语言相比较，较为严谨。 其组件数量庞大，对第三方组件支持广泛，尤其对数据库的支持尤为便捷。 DELPHI 也是一门系统开发语言，支持汇编，使用VCL，开发效率很高，是流行的开发工具之一。 因此，本案例采用DELPHI 来实现系统功能，便于读者理解和模仿。 限于文章篇幅，本文只列举IC 卡系统管理中心模块的实现机制。

下面是用户补办新卡的部分代码片段。 界面初始化工作在TabSheet1 的OnShow 事件处理程序中完成，代码如下所示。

procedure TF_main_csh.TabSheet1Show （Sender:TObject）；//界面初始化

//通过审批”按钮的代码如下

procedure TF_main_csh.B_passClick（Sender:TObject）；//通过审批补办新卡

//拒绝请求的按钮代码如下：

procedure TF_main_csh.B_rejectClick （Sender:TObject）；//拒绝请求补办

Q_update.SQL.Add （'UPDATE mend'）；//添加修改状态的SQL 语句

运行图如图3 所示。

图3 IC 卡管理中心界面图

4 结论

RFID 又称无线射频识别技术， 可通过无线电信号识别特定目标并读写有关数据，无需系统与目标接触，识别工作无需人工干预，可适应各种恶劣环境。 由于该技术方便快捷且不受设备安放位置影响，已经成为高校一卡通建设中统一采用的技术。

本文采用DELPHI 作为开发语言，结合汇编语言编程，利用AT89C2051 单片机作为系统控制器，实现了RFID 技术下的数据传输及控制系统， 为校园一卡通系统的开发提供了一定的参考模式。

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