基于 RFID 的消费卡管理系统应用研究

基于 RFID 的消费卡管理系统应用研究 精品论文推荐 基于 RFID 的消费卡管理系统应用研究 刘佩森，王成栋 (电子科技大学机械电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，成都 611731) 5 摘要:针对现有的消费卡管理系统成本高昂、系统庞大和管理不易而不适用于中小型企业的 情况，开发一款适应于中小型企业的消费卡管理系统。提出基于 RFID 技术、单片机控制技 术和数据库管理技术的实现 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。系统硬件包括微控制器模块、射频卡读写模块等，阐述了 各个模块的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 原理及功能。软件部分包括单片机程序和计算机程序，给出了单片机程序流 程图及计算机应用界面。经过实验验证，系统成本低廉、稳定性高，可以满足消费卡应用领 10 域的要求。 关键词:射频识别;消费卡;管理系统;单片机 中图分类号:TP368.1;TP311 Application Research on the consumer card management 15 system based on RFID LIU Peisen, WANG Chengdong (School of Mechatronics Engineering of UESTC, University of Electronic Science and Technology, ChengDu 611731) Abstract: In view of the situation that the existing consumer card management system is expensive, huge and not easy to be managed for small and medium enterprises, a consumer card 20 management which is suitable for small and medium enterprises was developed. An implementation based on RFID technology, MCU control technology and database management technology was put forward. The hardware of system consists of microcontroller module, RF card reader module and so on. The design principles and functions of each module were described. The 25 software consists of MCU and computer program. Some MCU program flow charts and the computer application interface were provided. After experimental verification, the system has the advantages of low cost, high stability, and can meet the requirements of consumer card application. Keywords: RFID; consumer card; management system; MCU 30 0 引言 由于消费卡不仅满足了消费者的特殊需要，而且商家可以将优惠、积分等营销手段附加 于消费卡中，因此消费卡受到消费者与商家的欢迎。消费卡开始从零售商业延伸到餐饮、娱 [1]乐业、美容美发、健身等诸多的服务领域，随着市场规模日益庞大，消费卡在商业交易中 35 将会日益普遍。现有的消费卡应用主要针对大型的商场、超市、会所等，该系统具有数据量 大、功能丰富、安全性高等优点，但是因为系统庞大、管理不易、成本高昂而不适用于规模 较小的企业。随着人们消费需求和消费习惯的变化，中小型企业对消费卡的需求也越来越强 烈。而如今针对于中小型企业开发的消费卡管理系统还比较少，基于这一背景，研究一种成 本低廉、稳定性高的消费卡管理系统具有很强的实用性和广阔的市场前景。 40 社会生活中常会见到各式各样的卡，例如条码卡、磁卡、ID 卡、IC 卡。这些种类的卡 样式各异、工作机理不同、性能和使用范围也不一样。市场上使用的消费卡基本上都属于 IC 卡。IC 卡具有存储量大、安全性高、防伪造、防篡改、可脱机使用等优点。IC 卡可以分 为接触式和非接触式两种，其中，非接触式 IC 卡已成为卡片应用和发展的趋势。在非接触 作者简介:刘佩森，(1989-)，男，主要研究方向:嵌入式设备，状态检测与故障诊断。 通信联系人:王成栋，(1972-)，男，硕士生导师，主要研究方向:嵌入式设备，状态检测与故障诊断 . E-mail: wangchengdong@uestc.edu.cn - 1 - 精品论文推荐 式 IC 卡中，以 PHILIPS 公司出品的 MIFARE one S50 或 S70 卡片居多，约占到 80%。此次45 研究中使用的消费卡就是 PHILIPS 公司生产的 MIFARE one S50 IC 卡，简称 M1 S50 卡。 M1 S50 非接触式 IC 卡由 IC 芯片和感应天线组成，并完全密封在一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 PVC 卡片中，无 [2]外露部分，卡的工作频率为 13.56HHz，通讯速率 106KBPS，读写距离在 10cm 内。每张 M1 S50 卡具有 4 字节唯一的卡号，存储空间分为 16 个扇区，每个扇区有 4 个块，每块可存 储 16 字节数据，总共可以存储 1K 字节信息。 50 此次应用研究中主要用到射频识别技术。射频识别(Radio Frequency Identification，简称 RFID)技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或 [3]电磁耦合)传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID 技术具有精度高、适应环境 [4]能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。射频识别系统包括三个部分:电子标签、阅读 器和天线。电子标签(IC 卡)与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，在耦 55 合通道内，根据时序关系，实现能量传递和数据交换。 1 系统总体结构 在消费卡使用中，主要有三种角色参与:消费者、操作者和管理者。这三种角色各自有 其不同的权限，消费卡管理系统主要实现了对三种角色的管理。消费者能够查询卡余额、查 询消费记录、修改个人可变更信息、挂失卡、解挂卡和修改登录密码。操作者能够对卡余额 60 消费和查询消费记录。管理者能够为卡充值、建立新卡、添加或者修改消费者信息、挂失卡、 解挂卡、注销卡和修改登录密码。 基于 RFID 的消费卡管理系统总体结构包括两部分。第一部分是以单片机为核心控制器 件的消费卡识别系统，通过单片机对射频卡读写器、液晶屏、LED、蜂鸣器、按键等器件的 控制，实现对 M1 S50 卡的识别。第二部分是在计算机上建立的消费卡管理系统，该系统使 65 用 SQL Server 2008 软件建立卡信息数据库和 Visual studio 2008 软件建立用户操作界面来实 现，实现对消费卡信息的读写和管理。计算机利用单片机串口通信实现数据交换，保证卡内 存储的数据与数据库中信息一致。图 l 给出基于 RFID 的消费卡管理系统总体结构。 图 1 基于 RFID 的消费卡管理系统总体结构 70 Fig.1 Overall structure diagram of consumer card management system based on MCU 2 系统硬件设计 基于 RFID 的消费卡管理系统在具体实现过程中包括系统硬件设计和软件设计。系统硬 件设计采用模块化设计思想，即按照功能将硬件分成各个模块，参考成熟设计逐一实现。模 75 块化设计思路清晰、易于查错和更改、有利于扩充新功能。系统硬件的各个模块如图 1 左边 部分所示。系统硬件设计最终是为了获得电路板，设计步骤依次是电路原理图设计、PCB 板设计和 PCB 板制作。前两部分主要在计算机上利用 EDA 软件来设计，这里使用常用的 - 2 - 精品论文推荐 Altium Designer 软件，PCB 板制作常见的方法有化学蚀刻法、机械雕刻法。 2.1 微控制器模块 80 系统采用 Atmel 公司生产的 AT89S52 单片机作为硬件核心控制器。该单片机是一种低 功耗、高性能的 8 位微控制器，拥有 8 KB 的在线可编程 Flash 存储器，256 B 的 RAM，3 个 16 位定时器/计数器，可选时钟频率 0Hz~33Hz。微控制器模块主要包括了:单片机最小 复位电 系统、ISP(在线系统编程)模块和电源模块。其中，单片机最小系统包括单片机、 路和晶振电路，单片机晶振频率采用 22.1184MHz。ISP 程序下载电路采用 Atmel 公司标准 85 ISP10 针接口，ISP 模块同时也可以为单片机供电。电源模块可以利用 ISP 模块为系统供电， 也可以外接+5V 开关电源。微控制器模块还需要对其它模块进行控制，单片机还控制了 12864 液晶屏、蜂鸣器(Beep)、按键(Key)、LED 灯。图 2 给出微控制器模块电路原理图。 GND U1 U2 R1 TagSta10 1 940 P1.0 1GND MISO VCC SDA 8 D0 72 39 SCK P1.1 P0.0 GND 2 D1 SCL 6 53 38 RST P1.2 P0.1 GND 3 D2 Beep 4 34 37 NC P1.3 P0.2 GND 4 D3 2 15 36 P1.4 P0.3 VCC 5VCCMOSI D4 6 35 S1 P1.5 P0.4 6 D5 USBISP 7 34 7P1.6P0.5 D633 VCC 8 C1 P1.7 8 R2 P0.6 RST D79 32 P0.7 RST 9 RXD 10 31 EA/VP P P3.0(RXD) 1K 10K TXD 30 11 10uF P3.1(TXD) ALE/PROG R3 S2 VCCLed1 12 29 P3.2(INTO) PSEN Led2 LcdRS10K 13 28 P2.7 P3.3(INT1) Led3 LcdR/W14 27 P2.6 P3.4(T0) Led4 LcdEN15 26 P3.5(T1) C2 P2.5 LcdPSWGND16 25 P3.6(WR)P2.4 LcdBackLight 24 17 P2.3 P3.7(RD) Key322pF 18 23 XTAL2P2.2 Y1 Key2GND 19 22 XTAL1P2.1 Key120 21 22.1184 C3 P2.0 GND 1 2 AT89S52 22pF GND 图 2 微控制器模块电路原理图 90 Fig.2 circuit diagram of microcontroller module 2.2 射频卡读写模块 系统采用 CM018 射频卡读写模块，该读写模块主要由 FM1702 芯片、P89LPC922 单片 机、3.3V 稳压芯片 1117M3 和天线组成。其中 FM1702 芯片是基于 ISO1443 标准的非接触 [5-6]2 IC 卡读写器专有芯片。P89LPC922 单片机控制 FM1702 芯片实现读写模块的 IC 总线通 95 讯，其工作电压 2.4V-3.6V。稳压芯片可以使供电电压为 5V 的 AT89S52 单片机对读写模块 进行控制。同时 CM018 读写模块还集成了天线能够发送电磁波。射频卡读写模块工作原理 是:射频卡读写模块向 IC 卡发送一组固定频率的电磁波，卡片内有一个 LC 串联谐振电路， 其频率与读写模块发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC 谐振电路产生共振，从而使 电容内有了电荷;在电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一 个电容内存储，当所积累的电荷达到 2V 时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压， 100 将卡内数据发射出去或接受读写模块的数据。CM018 读写模块有 5 个引脚，单片机只需控 制 3 个引脚，控制引脚包括 P1.0、P1.1、P1.2。图 3 给出系统中 CM018 读写模块工作示意 图。 针对其它模块，系统采用基于 RS-232 标准的串口通信模块;带有中文字库的 12864 液 晶作为 LCD 显示模块;采用 5V 有源蜂鸣器作为声音模块;采用 3 个独立式按键作为辅助 105 - 3 - 精品论文推荐 图 3 CM018 读写模块工作示意图 Fig.3 working diagram of CM018 reader module 110 功能控制器件;采用 4 个 LED 作为功能 提示 春节期间物业温馨提示小区春节期间温馨提示物业小区春节温馨提示春节物业温馨提示物业春节期间温馨提示 的指示灯。这些模块都有成熟的设计电路 供参考。 原理图设计完成后，还需要为每个元器件添加封装生成 PCB 图，完成 PCB 图的布局和 布线，最终根据设计的 PCB 图来加工制作 PCB 电路板，完成硬件设计过程。 115 3 系统软件设计 基于 RFID 的消费卡管理系统软件设计包括了单片机程序设计和计算机程序设计。单片 机程序设计主要是利用单片机来控制各个模块器件以及串口通信的控制，用来保证各个模块 协调运行和数据正确传输。计算机程序控制主要实现消费卡管理系统，用来建立后台数据库 和实现用户操作界面。 120 3.1 单片机程序设计 单片机程序设计采用 C 语言在 Keil 软件中编程。图 4 给出单片机主程序流程图。系统 上电后，对定时器、液晶、串口和读写模块进行初始化，蜂鸣器长鸣表示系统完成准备工作 并处于稳定状态。系统始终需要检测是否有卡操作，可以通过 while 大循环语句来实现。在 有卡状态下，读写模块识别 MF1 S50 消费卡，并且显示卡内存有的信息。卡内信息包括消 费者的 ID、姓名、余额，分别存储在消费卡扇区 2 的数据块 0、块 1、块 2 中。这些信息分 别显示在液晶屏前三行中，液晶屏第四行显示消费卡的使用状态，包括充值额和消费额。为 125 了减少数据通信时信息的长度，消费者 ID 以 BCD 码存储，消费卡余额为四字节长整型， 姓名按照国家标准 GB2312—80 编码。卡内存储的消费者 ID 和消费卡余额信息在液晶屏显 示时需要转换成字符串类型。 单片机和计算机通过串口通信进行数据交换，采用串口工作方式 1，波特率 9600bps。 数据传输中关键的问题是确保数据的准确，数据以数据包形式传输，传输时都会按照规定的 通信协议来传输。通信协议中定义了数据包传输格式，一般包括起始标志码、数据长度、功 130 能码、传输数据和校验码。起始标志码一般由一个或两个字节构成，表示数据包开始传输。 数据长度给出了功能码和传输数据总长度的信息，占一个字节。功能码是对数据功能进行编 码，例如系统中计算机向单片机发送(单片机接收)余额和充值额可编码为 0x0A，占一个 字节。校验码用来确定数据是否正确传输，通过计算收到数据的校验码与接收的校验码进行 [7]比较判断数据是否传输正确，校验方式有很多种，系统采用了 CRC-16(循环冗余)校验， 135 占两个字节。 3.2 计算机程序设计 计算机程序设计包括使用 SQL Server 2008 建立的信息数据库和使用 Visual Studio2008 140 - 4 - 精品论文推荐 软件开发的消费卡信息管理系统。SQL(Structured Query Language)是一种标准化的语言， 图 4 单片机控制程序流程图 145 Fig.4 Flow chart of the MCU control program [8] 它能够轻松存储、更新和存取信息。数据库使用 SQL 语句进行创建，建立过程快 速，具有可靠和使用方便的特点。数据库总共创建了用户登录信息 Log User、卡信息 Card、 卡的使用情况 Card Using、身份信息 Person Identity 和消费记录 Consume 5 个表。图 5 给出 这些表的具体内容、主键和相互关系图。LoginLevel 指的是登录角色，包括消费者、操作者 150 和管理员;State 指的是卡状态，包括正常、挂失、注销;CardID 指的是 IC 卡固有的卡号， 占四个字节，为了方便使用，将其转换成十进制数保存;ConsumeType 指的是对消费和充 值的编码，Boolean 类型，True 表示充值，False 表示消费。 图 5 数据库关系图 Fig.5 Database diagram 155 - 5 - 精品论文推荐 信息管理系统主要是提供一个操作界面，对数据库中的数据进行管理，同时与单片机进 行数据交换，保证卡内存储的数据与数据库中信息一致。系统的实现通过 8 个模块来实现: 连接数据库模块、用户登录模块、密码修改模块、卡信息管理模块、消费者信息管理模块、 160 消费/充值模块、消费记录查询模块、串口通讯模块。连接数据库模块通过 ADO 技术访问数 据库，ADO(AetiveX Data Object)是 Microsoft 开发数据库应用程序的面向对象的新口，它具 [9]有面向对象的特点，这里使用预处理指令#import 进行 ADO 编程。用户登录模块主要作用 是选定不同的角色，验证登陆账号和密码信息，图 6 给出消费卡管理系统登录界面。密码修 改模块提供密码修改功能。卡信息管理模块包括新建卡、注销卡、卡的挂失、卡的解锁、卡 的有效期设置等操作，图 7 给出管理员界面，图 8 给出消费卡信息管理界面。消费者信息管 165 理模块实现消费者相关属性的查询、修改、增删等操作。消费/充值模块实现对卡余额以及 充值和消费的计算。消费记录查询模块实现对充值和消费记录的查询。串口通讯模块利用成 [10] 熟的串口类 CnComm 来实现与计算机的串口通信。 图 6 消费卡管理系统登录界面图 Fig.6 login interface chart of consumer card management system 170 图 7 管理员界面图 Fig.7 interface chart of administrator 175 图 8 消费卡信息管理界面图 Fig. 8 interface chart of consumer card information management 180 4 结论 经过实验验证，基于 RFID 的消费卡管理系统成功的实现了消费卡的应用功能。系统硬 件主要由 AT89S52 单片机、CM018 读写模块、串口通信模块、液晶模块、蜂鸣器、按键和 - 6 - 精品论文推荐 185 LED 等器件构成，硬件电路设计简单、成本低廉、可靠性高。系统软件部分包括了单片机 程序和计算机程序，软件程序功能丰富、灵活多变并且易于管理，可满足消费领域的广泛需 求。经过固化单片机程序和外形包装设计即可生产出产品，该产品只需配合一台计算机即可 工作，主要针对于中小型企业，可广泛应用于消费领域，具有很强的实用性和广阔的市场前 景。 190 [参考文献] (References) [1] 葛红玲. 商家发行消费卡对金融体系的影响[J]. 商业时代, 2009(8): 73-75. 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