基于RFID的會議席位卡系統(tǒng)設計*

錢承山，丁金卉，李 俊，孫 鵬

(南京信息工程大學信息與控制學院，南京210044)

目前，在安排與會人員的席位時，通常使用的是普通硬紙板或透明塑料牌制成的三角牌。會議組織單位根據安排將與會人員的標簽手寫或者打印在紙片上，然后插在三角牌內，放置在各會議代表的座位前，以方便與會者入座。每次會議結束后這些紙片都要作廢，造成浪費并且污染環(huán)境，并且每次開會前準備紙片這項工作十分繁瑣，尤其是在會議出席人員臨時變動時更顯得不便;組織大型會議時，工作量大，需要工作人員準備相當長的時間才能夠完成。

RFID通稱電子標簽技術，作為一種快速、實時、準確采集與處理信息的高新技術和信息標準化的基礎，被列為21世紀十大重要技術之一。RFID技術通過對實體對象的唯一有效標識，被廣泛應用于生產、零售、物流、交通等各個行業(yè)［1］。

1 系統(tǒng)方案論述

本文提出了基于RFID的會議席位卡系統(tǒng)，席位卡系統(tǒng)包含席位卡終端和上位機軟件，其具體要求與功能為:席位卡終端要求具有從射頻卡中讀出數據的能力，本席位卡終端系統(tǒng)同時具有配合上位機向射頻卡寫入數據的能力。寫入射頻卡中的數據就是要顯示的席位信息在12864屏幕字庫中的編碼，每次會議開始前只要把對應編號的射頻卡寫入席位信息對應的字庫編碼，待將要正式開會的時候打開席位卡終端，將射頻卡靠近席位卡終端的射頻模塊，按下按鍵，席位卡終端就能讀出射頻卡中的數據并且將對應的席位信息顯示在液晶屏上。通過這種方法，就可以有效減少會議組織人員工作量，并且使用成本低、能夠重復利用。

2 系統(tǒng)設計

完整的基于RFID的席位卡系統(tǒng)包括:讀寫器、通訊總線、液晶屏、按鍵組、天線、標簽等。系統(tǒng)總體結構如圖1所示。由MCU(AT89S52)控制讀寫器模塊完成對電子標簽的讀寫操作，將獲取的數據在液晶屏顯示和存儲器進行相關操作。MCU集中控制外設，負責和外設交換數據，與RF模塊通信。RF(射頻)接口負責調制解調信號，并從載波信號中提取數字信號［2］。席位卡系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 席位卡系統(tǒng)組成框圖

2.1 硬件設計

2.1.1 射頻模塊

射頻模塊對標簽的讀寫是通過發(fā)射高頻電磁波，電子標簽內置的線圈在電磁感應原理下產生電流驅動內置的芯片，進行應答。讀寫器的射頻模塊接收到回波信號將其調制成基帶信號，提取有用的信息并送到AT89S52進行處理，射頻模塊功能框圖見圖2。

圖2 射頻模塊的功能框圖

該模塊以MFRC522為核心芯片，應用于13.56 MHz非接觸式IC卡的讀寫。支持該頻率下CLASS1非接觸通訊協議，支持多種加密算法。不需要增加有源電路就可以驅動近距離天線，最遠作用距離可達10 cm。采用正交解調電路解調RX引腳的負載波信號。天線部分原理圖如圖3所示，射頻模塊原理圖如圖4所示。

圖3 天線原理圖

圖4 射頻模塊原理圖

MFRC522是 Philips公司開發(fā)的一款13.56 MHz非接觸式低功耗高集成讀卡基站芯片。該讀卡芯片系列利用了先進的調制和解調概念，完全集成了13.56 MHz下所有類型的被動非接觸式通讀方式和支持ISO14443A協議［3］。MFRC522傳輸速度最高達424 kbit/s，內部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近距離天線，接收部分提供了一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于接收ISO14443A兼容的應答信號。數字處理部分提供奇偶和CRC檢測功能。MFRC522具有3種接口方式可方便地與任何MCU通訊:SPI模式、UART模式、I2C模式。甚至可通過RS232或RS485通訊方式直接與PC機相聯，給終端設計提供了前所未有的靈活性［4-5］。MCU通過 SPI接口與 MFRC522通信。本設計采用的是SPI接口方式連接AT89S52和射頻模塊，具體連接如圖5所示。

2.1.2 液晶顯示模塊

為了使得本系統(tǒng)擁有良好的人機交互界面，采用液晶屏進行顯示每個席位的席位信息。本設計采用OCMJ4X8C液晶顯示屏，是一種具有4 bit/8 bit并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊;其顯示分辨率為128×64，內置8192個16×16點漢字，和128個16×8點ASCⅡ字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面［6］。主要技術參數和顯示特性如下:

電源:低電源電壓(VDD:+3.0 V～+5.5 V);

背光方式:側部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10;

顯示分辨率:128×64點;

字庫:內置漢字字庫，提供8192個16×16點陣漢字;

LCD類型:STN;

通訊方式:并行或串行兩種控制方式，本文采用的是并行連接的方式。

2.1.3 電源模塊

為了給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓，本文采用LM317三端穩(wěn)壓管，設計了一個電壓穩(wěn)壓電路，提供+5 V電壓。LM317是美國國家半導體公司的三端可調正穩(wěn)壓器集成電路。LM317的輸出電壓范圍是1.2 V至37 V，負載電流最大為1.5 A［7］。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。LM317內置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。圖6是電源模塊電路原理圖。

圖5 MCU與RF模塊的連接方式

2.2 席位終端軟件設計

2.2.1 系統(tǒng)工作流程

在本系統(tǒng)中AT89S52和射頻模塊之間的通訊采用的是SPI方式，當然也可選擇I2C、或UART方式，可以根據不同情況進行選擇。射頻卡里存儲的主要是要在LCD上顯示的信息的字庫編碼，可以通過上位機通過串口向射頻卡寫入信息。MCU首先對MFRC522進行初始化配置，寄存器設置好后，MFRC522就可以接收MCU的命令執(zhí)行操作，實現AT89S52與Mifare(感應式智能IC卡)卡片通信。Mifare卡可以根據接收到的指令進行相應操作。但是MCU并不是通過簡單的指令就可以讀寫IC卡片，需要一系列的操作才能完成通信。主要包括:

圖6 電源模塊電路原理圖

(1)請求喚醒;

(2)防重疊(防止多張卡片重疊造成的數據錯誤);

(3)選擇卡片;

(4)密碼認證;

(5)讀寫操作。

MCU對Mifare卡片的這一系列操作流程必須按固定的順序進行。

圖7 席位終端讀卡程序流程圖

2.2.2 席位卡終端軟件部分介紹

席位卡終端從射頻卡中讀出數據的程序流程圖如圖7所示。當有Mifare卡進入到射頻天線的有效范圍，此時按下按鍵，射頻模塊接收到讀卡命令，將數據從射頻卡讀出并通過SPI接口發(fā)送給AT89S52，AT89S52收到數據后將對應的席位信息顯示在12864液晶屏上。

2.3 上位機軟件設計

Qt是1991年奇趣科技開發(fā)的一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。它提供給應用程序開發(fā)者建立藝術級的圖形用戶界面所需的所用功能［8］。本設計的上位機軟件正是用QT開發(fā)，選用的集成開發(fā)環(huán)境是Qt Creator。

2.3.1 數據通信協議介紹

表1～表3是上位機和席位終端之間數據傳輸數據所遵循的協議介紹。下面分別對從射頻卡中讀出數據、往射頻卡中寫入數據、修改射頻卡扇區(qū)密碼等操作的協議進行簡要的說明。

表1 上位機從射頻卡中讀數據

表2 上位機從射頻卡中讀數據

表3 上位機從射頻卡中讀數據

(1)上位機從射頻卡中讀出數據:表1是上位機從射頻卡中讀數據所遵循的協議，協議的開頭部分是數據的總長度，A1是讀標志，之后的12 byte的數據是射頻卡扇區(qū)塊的密碼，最后2 byte的數據是用來指定讀哪一個扇區(qū)塊，射頻卡一共有六個扇區(qū)，本設計所用的數據都是放在第一個扇區(qū)，也就是編號為0的扇區(qū)。

(2)往射頻卡中寫入數據:往射頻卡中寫入數據是通過遵循上位機和下位機之間約定的協議寫入數據的，具體的協議如表2所示。

(3)修改射頻卡密碼:射頻卡的每個扇區(qū)默認的密碼是FFFFFFFFFFFF，表3是修改射頻卡扇區(qū)塊密碼所遵循的協議。

3 結論

本設計利用射頻卡數據的可修改性，設計了一種基于RFID的席位卡系統(tǒng)。首先通過上位機往射頻卡中寫入數據，寫入的數據就是要顯示的漢字在液晶字庫中的編碼;席位卡終端可以實現讀取射頻卡中的數據并且根據讀取的數據顯示相應的席位信息到液晶顯示屏。在本設計經過驗證，能夠有效減少會議組織人員工作量、使用成本低、更改方便，提高了會議的智能化管理。解決了現有技術所存在的組織人員工作量大、不能重復利用等技術問題。

［1］王竹林.基于RFID無線傳感網的智能家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的設計［J］.電子器件，2009，32(4):809-811.

［2］趙洪新，顏力.一種用于RFID傳感閱讀器的載波抵消射頻前端案［J］.傳感技術學報，2008，21(9):1546-1550.

［3］唐靜，姬東耀.基于LPN問題的RFID安全協議設計與分析［J］.電子與信息學報，2009，31(2):439-443.

［4］王保云.物聯網技術研究綜述［J］.電子測量與儀器學報，2009，23(12):1-6.

［5］李波，謝勝利，蘇翔.嵌入式RFID中間件系統(tǒng)的研究與實現［J］.計算機工程，2008，24(15):92-94.

［6］郭天祥.新概念51單片機C語言教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009:167-168.

［7］王翠珍，唐金元.可調直流穩(wěn)壓電源電路的設計［J］.中國測試技術，2006，52(5):113-115.

［8］王存建，張建正.嵌入式Linux下Qt/Embeded的應用［J］.計算機技術與發(fā)展，2006，16(11):179-181.