AT88RF020在學校就餐管理系統(tǒng)中的應用

1 概述

現(xiàn)在，在一些就餐比較集中的大、中專及中學里，學生的就餐基本上采用微機管理，學生憑一張非接觸式的rfid卡就可以很方便地在學校食堂消費。有些學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所進行消費。

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識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。rfid技術可識別高速運動的物體，并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。at88rf020就是atmel公司生產的非接觸式rfid卡。

2 rfld卡at88rf020的特點

◇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；
◇一個一次性計數(shù)器；
◇所有傳輸信息中包括一個字節(jié)的循環(huán)校驗碼；
◇寫時間為3 ms；
◇寫次數(shù)為100 000次；
◇工作環(huán)境是o～70℃。

3 rfid射頻識別技術的組成及工作原理

3．1 rfid系統(tǒng)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，用于和射頻天線間進行通信，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著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。

③天線(antenna)。在標簽(射頻卡)和讀卡器之間傳遞射頻信號。

有些系統(tǒng)還通過讀卡器的rs232或rs485接口與外部計算機(上位機主系統(tǒng))連接，進行數(shù)據(jù)交換。

3．2 rfid系統(tǒng)的基本工作原理

讀卡器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率(如13．56 mhz)的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活。射頻卡將自身編碼等信息通過射頻卡的內置發(fā)射天線發(fā)送出去。系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經天線調節(jié)器傳送到讀卡器，讀卡器對接收的信號進行解調和解碼，然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關處理。主系統(tǒng)根據(jù)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(zhí)行機構動作。

3．3 rfid系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(qū)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，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產生高頻發(fā)射功率以啟動射頻卡并提供能量；對發(fā)射信號進行調制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調來自射頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統(tǒng)的高頻接口設計具有一些差異，電感耦合系統(tǒng)的高頻接口原理如圖2所示。

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，每頁8個字節(jié)，存儲組織結構如表1所列。

①pseudo unique picc identifier?？ㄎㄒ恍蛄刑?，卡序列號由卡廠家寫入，不能被修改。

②applicatlon data。應用數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)被作為atqb回復信息的一部分由卡傳輸?shù)阶x寫器中。

③counter。計數(shù)器，每執(zhí)行一次count指令，計數(shù)器的值就加1，初始值由廠家設為0。

④signature。簽名(用于加密)，這個數(shù)據(jù)位于第2頁的前6個字節(jié)，可以通過count指令修改，counter和signature 可以提供更進一步的安全保護。

⑤password。密碼，密碼放在第3頁中，不能讀出。

⑥lock bits。鎖定位，位于第0頁，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對應，如果某位被設為“1”，則對應的頁就被鎖死，不能再進行寫操作，也沒有機制解鎖，所以某頁一旦被鎖，其內容再也不能修改，出廠初始值為0。

at88rf020通電或重啟的工作流程如圖3所示。

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，如果接收到一個帶有無效api代碼的wupb命令，那么卡仍然處于halt狀態(tài)。

②attrib：用于從所有響應reqb／wupb的卡中選擇一張卡，此后，卡進入ac-tive狀態(tài)。

③slot marker：為讀寫器提供了一種用于查詢隨機數(shù)大于1的卡。

④haltb：設置卡處于halt狀態(tài)，此后只能執(zhí)行wupb命令。

⑤read：用于讀取卡中的數(shù)據(jù)，讀取頁0～2可以不必驗證密碼，而第3頁的數(shù)據(jù)不能讀出，只能通過pass—word命令修改，其他的頁驗證密碼后可以讀出。

⑥write：用于對卡寫入數(shù)據(jù)。

⑦lock：只有在驗證密碼之后才能執(zhí)行，用于鎖定某一地址區(qū)域，被鎖定的地址區(qū)域在驗證密碼之后只可以進行讀操作。

⑧check password：密碼校驗命令，在設備進入就緒狀態(tài)之后執(zhí)行。

⑨deselect：如果對處于active狀態(tài)的卡執(zhí)行該命令，且通過，則卡發(fā)送一個正確的回答信息，并進入halt狀態(tài)。

⑩count：用于寫第2頁。count命令中所帶的數(shù)據(jù)寫入到第2頁的前6個字節(jié)中，后2個字節(jié)被用做計數(shù)器使用，每執(zhí)行一次count命令，計數(shù)器的值就增1，如果計數(shù)器的值達到2的15次方，就不能再執(zhí)行count操作，且第2頁被鎖定，不能再修改。執(zhí)行該命令之前要驗證密碼。

5.2 at88rf020的函數(shù)

下面以rf_attrib()函數(shù)為例來說明at88rf020的函數(shù)用法。

①函數(shù)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(shù)的功能。從已響應reqb／wupb命令的卡中選取一張卡，同時給每一張卡分配一個id號。

③函數(shù)的參數(shù)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at88rf020，0x00代表106 kb／s。
brrx：由picc到pcd的波特率，對于at88rf020，0x00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)；
}

經過選卡后，如果有多張卡進入激活狀態(tài)，則可以根據(jù)cid(射頻卡id號)在同一時間內對多張卡操作。以兩張卡為例：

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卡在學校就餐管理中的應用

6．1系統(tǒng)總體方案

采用美國atmel公司生產的at88rf020射頻識別卡、idic(identification integrateci circuit)、讀寫基站集成電路u2270b和atmel公司的8位單片機研制開發(fā)學校食堂就餐管理系統(tǒng)，系統(tǒng)具有預付收費、目標識別、身份驗證、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)庫管理的功能。系統(tǒng)由at88rf020卡、就餐管理終端、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、就餐管理終端與數(shù)據(jù)庫管理微機的通信系統(tǒng)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(tǒng)結構如圖4所示。

本系統(tǒng)中，就餐管理終端與上位機的通信選用了rs485總線標準，并采用了max465芯片來實現(xiàn)，它具有rs485通信接口需要的全部功能。數(shù)據(jù)通信的方向由re和de腳來控制，設計中二者連在一起，由單片機的pl,5來控制。當它為高電平時，數(shù)據(jù)由就餐管理終端經max485到外部串行總線，即處于發(fā)送狀態(tài)；為低電平時，數(shù)據(jù)由外部串行總線到就餐管理終端。一般微機的串行口采用rs232接口，故在上位機一端需要一個rs232／rs485轉換器。本設計中采用臺灣aten公司生產的ic-485sn轉換器，它是一種雙向rs232／r$485或rs422轉換器，可提供點對點、點對多點(最多可達254個點)的全雙工和半雙工以及多點的單工串行通信。

6．3通信軟件接口設計

位機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用visual foxpro(即vf)編寫，這里介紹的串行通信程序主要是在vf中實現(xiàn)與就餐管理終端的通信程序設計。本系統(tǒng)采用標準的通信控
件commlmications進行通信程序的設計，實現(xiàn)掛失數(shù)據(jù)的發(fā)送、用戶卡號的發(fā)送、發(fā)卡和就餐數(shù)據(jù)的接收。每次通信時，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 ／／打開串行口com1
thisform,olecontroll,lnplltmode=o ／／接收的數(shù)據(jù)按文本方式
thisform olecontroll,rtsenable=1 ／／允許使用rts線．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(qū)的一個字符
thisform,olecontroll,outbiffercount=o／／清除發(fā)送緩沖區(qū)
thisform,olecontroll,inbuffercotint=o／／清除接收緩沖區(qū)

結 語

本文介紹了rfid卡atrf88020的特點、工作原理及在學校就餐管理中的應用。rfid技術的典型應用還有；物流和供應管理、生產制造和裝配、航空行李處理、郵件／快運包裹處理、文檔追蹤／圖書館管理、動物身份標識、運動計時、門禁控制／電子門票、道路自動收費等。