AT88RF020型射頻識(shí)別卡及其應(yīng)用

摘要：AT88RF020是13.56MHz的低端射頻識(shí)別卡，遵循ISO/IEC 14443 Type B協(xié)議。著重介紹AT88RF020型射頻卡的特點(diǎn)、工作原理及其在學(xué)校就餐管理中的應(yīng)用，同時(shí)給出部分程序代碼。
關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別； AT88RF020；讀卡器； 就餐管理

1 引言
如今，在一些就餐比較集中的大、中專(zhuān)及中學(xué)里，就餐基本上采用微機(jī)管理。學(xué)生憑一張非接觸式RFID卡就可以方便地在學(xué)校食堂消費(fèi)。有些學(xué)校采用了校園一卡通，只要持有合法的RFID卡，就可在全校范圍內(nèi)的公共消費(fèi)場(chǎng)所進(jìn)行消費(fèi)。

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即射頻識(shí)別卡或感應(yīng)式電子電路等。RFID射頻識(shí)別是非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。AT88RF020型電路就是Atmel公司生產(chǎn)的非接觸式RFID卡。

2 AT88RF020的特點(diǎn)
AT88RF020型射頻識(shí)別卡的主要特點(diǎn)如下：
●13.56MHz射頻卡，遵循ISO/ECl4443 Type B協(xié)議；
●容量為2048字節(jié)；
●每張卡有惟一序列號(hào)；
●帶有加密和鎖定功能；
●有1個(gè)1次性計(jì)數(shù)器；
●所有傳輸信息中包括1個(gè)字節(jié)的循環(huán)校驗(yàn)碼；
●寫(xiě)時(shí)間為3ms；
●寫(xiě)次數(shù)為100 000次；
●工作環(huán)境溫度范圍為0℃一70℃。

3 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成及工作原理
3．1 RFID系統(tǒng)的基本組成
(1)標(biāo)簽（Tag，即射頻卡)
由耦合元件及電路組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線(xiàn)，用于和射頻天線(xiàn)進(jìn)行通信，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。圖1示出AT88RF020型RFID的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

(2)閱讀器(Reader或讀卡器)
讀取(除讀卡外還可以寫(xiě)入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。

(3)天線(xiàn)(Antenna)
在標(biāo)簽(射頻卡)和讀卡器之間傳遞射頻信號(hào)。有些系統(tǒng)還通過(guò)讀卡器的RS232或RS485接口與外部計(jì)算機(jī)(上位機(jī)主系統(tǒng))連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3．2 RFID系統(tǒng)的基本工作原理
RFID系統(tǒng)的基本工作原理是讀卡器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送一定頻率(如13.56MHz)的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量并被激活；射頻卡將自身的編碼等信息通過(guò)射頻卡的內(nèi)置發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線(xiàn)接收從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線(xiàn)調(diào)節(jié)器傳送到讀卡器，讀卡器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

3．3 RFID系統(tǒng)讀卡器的結(jié)構(gòu)及工作原理
對(duì)讀卡器而言，在耦合方式(如電感一電磁)、通信流程(如FDX、HDX、SEQ)、射頻卡到讀卡器的數(shù)據(jù)傳輸方式(如負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波)及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法雖有根本的區(qū)別，但所有的讀卡器在功能原理上及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)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2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(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來(lái)自射頻卡的高頻信號(hào)。不同射頻識(shí)別系統(tǒng)的高頻接口設(shè)計(jì)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。

讀卡器控制單元的功能包括與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來(lái)的命令；控制與射頻卡的通信過(guò)程(主一從原則)；信號(hào)的編解碼。對(duì)一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對(duì)射頻卡與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)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(yàn)證等附加功能。

4 AT88RF020的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
AT88RF020有2048字節(jié)的存儲(chǔ)容量，分成32頁(yè)，每頁(yè)8個(gè)字節(jié)，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如表1所示。

上表中標(biāo)有“一”的字節(jié)由用戶(hù)定義，出廠時(shí)初始值為O。

Pseudo Unique PICC ID是卡的惟一序列號(hào)；卡序列號(hào)由生產(chǎn)廠家寫(xiě)入，不能修改。
Application Data是應(yīng)用數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為ATQB回復(fù)信息的一部分由卡傳輸?shù)阶x寫(xiě)器中。
Counter是計(jì)數(shù)器，每執(zhí)行1次COtJNT指令，計(jì)數(shù)器的值就加l，初始值由廠家設(shè)定為0。
Signature是簽名(用于加密)，該數(shù)據(jù)位于第2頁(yè)的前6個(gè)字節(jié)，可以通過(guò)COUNT指令修改，Countex和Signature可以提供進(jìn)一步的安全保護(hù)。
Password是密碼，放在第3頁(yè)中，不能讀出。
Lock Bits是鎖定位，位于第0頁(yè)，驗(yàn)證密碼后，能用LOCK命令修改，鎖定位中的每一位與內(nèi)存各頁(yè)對(duì)應(yīng)，如果某位被設(shè)為“1”，則對(duì)應(yīng)的頁(yè)就被鎖死，不能再進(jìn)行寫(xiě)操作，也沒(méi)有機(jī)制解鎖，所以某頁(yè)一旦被鎖，其內(nèi)容再也不能修改，出廠初始值為0。

5 AT88RF020的常用命令與函數(shù)
5．1 AT88RF020的常用命令
(1)REQB／WUPB
該命令用于尋卡或者喚醒處于HALT狀態(tài)的卡，這種卡只響應(yīng)應(yīng)用代碼(API)為00或01的情況，如果接收到帶有無(wú)效API代碼的WUPB命令，那么卡仍然處于HALT狀態(tài)。

(2)ATTRIB
該命令用于從所有響應(yīng)REQB／WUPB的卡中選擇一張卡，此后，卡進(jìn)入ACTVE狀態(tài)。

(3)Slot MARKER
該命令為讀寫(xiě)器提供用于查詢(xún)隨機(jī)數(shù)大于1的卡。

(4)HALTB
此命令設(shè)置卡處于HALT狀態(tài)，此后只能執(zhí)行WUPB命令。

(5)READ
READ用于讀取卡中的數(shù)據(jù)。讀取頁(yè)0，1，2可以不必驗(yàn)證密碼，而第3頁(yè)的數(shù)據(jù)不能讀出，只能通過(guò)PASSWORD命令修改。其他的頁(yè)驗(yàn)證密碼后可以讀出。

(6)WRITE
此命令用于對(duì)卡寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

(7)LOCK
此命令只有在驗(yàn)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(yàn)證密碼后才可以進(jìn)行讀操作。

(8)CHECK PASSWORD
密碼校驗(yàn)命令，在設(shè)備進(jìn)入就緒狀態(tài)后執(zhí)行。

(9)DESELECT
如果對(duì)處于ACTIVE狀態(tài)的卡執(zhí)行該命令且通過(guò)，則卡發(fā)送正確的回答信息，并進(jìn)入HALT狀態(tài)。

(10)COUNT
該命令用于寫(xiě)第2頁(yè)。COUNT命令中所帶的數(shù)據(jù)寫(xiě)入第2頁(yè)的前6個(gè)字節(jié)中，后2個(gè)字節(jié)由計(jì)數(shù)器使用，每執(zhí)行1次COUNT命令，計(jì)數(shù)器的值就加1，計(jì)數(shù)器的值達(dá)到215時(shí)，不能再執(zhí)行COUNT操作，且第2頁(yè)被鎖定，不能再修改。執(zhí)行該命令之前要驗(yàn)證密碼。AT88RF020的上電或重啟動(dòng)工作流程如圖3所示。

5．2 AT88RF020的函數(shù)
下面以rf_attrib()函數(shù)為例說(shuō)明AT88RF020的函數(shù)的用法。
(1)函數(shù)rf_attrib()的格式

Int rf_attrib (HANDLE icdev，unsigned long pupi，unsigned char param，unsigned clam eid，unsigned char brTx，unsigned char brRx)；

(2)函數(shù)的功能
從已響應(yīng)REQB／WUPB命令的卡中選取1張卡，同時(shí)給每張卡分配1個(gè)ID號(hào)。

(3)函數(shù)的參數(shù)描述
icdev：rf_init()返回的設(shè)備描述符
pupi：Pseudo-Unique PICC Identifier
param：設(shè)為O
cid：卡片ID號(hào)(O-15)，這個(gè)值存儲(chǔ)在卡片中供后面操作使用
brTx：由PCD(近耦合設(shè)備)到PICC(近耦合集成電路卡)的波特率。對(duì)于AT88RF020，0x00代表106Kbit／s
brRx：從PICC到PCD的波特率。對(duì)于AT88RF020，Ox00代表106Kbit／s

(4)返回值：=0：成功

>0：失敗

(5)例程：int st；

unsigned char Mode=0；

unsigned char_Data[15]；

unsigned long pupi=0；

st=rf_requestb(icdev,Mode,0,0,_Data)；

if(st==0)

{

memcpy(pupi,_Data[1],4)；

st=rf_attrib(icdev,pupi,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(jù)CID(射頻卡ID號(hào))在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)多張卡操作。以2張卡為例： 說(shuō)

6 在學(xué)校就餐管理系統(tǒng)中的應(yīng)用
6．1 系統(tǒng)總體方案
采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT88RF020型射頻識(shí)別卡、IDIC(Identificatlon Integrated Circuit)、U2270B型讀寫(xiě)基站集成電路和ATMEL公司的8位單片機(jī)研制開(kāi)發(fā)學(xué)校食堂就餐管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有預(yù)付收費(fèi)、目標(biāo)識(shí)別、身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)庫(kù)管理的功能。系統(tǒng)由AT88RF020卡、就餐管理終端、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、就餐管理終端與數(shù)據(jù)庫(kù)管理微機(jī)的通信系統(tǒng)4部分組成。主機(jī)與就餐管理終端之間的通信采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)，工作方式為半雙工，每次通信都是主機(jī)首先呼叫從機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。

6．2 通信硬件接口設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)中就餐管理終端與上位機(jī)的通信選用RS-485總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，并采用MAX465來(lái)實(shí)現(xiàn)，它具有RS-485通信接口需要的全部功能，數(shù)據(jù)通信的方向由RE，DE腳來(lái)控制，設(shè)計(jì)中二者連在一起，由單片機(jī)的P1．5控制，當(dāng)它為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)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)；當(dāng)它為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)由外部串行總線(xiàn)到就餐管理終端。一般微機(jī)的串行口采用RS-232接口，故在上位機(jī)一端需要一個(gè)RS-232／RS-485轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)中采用臺(tái)灣ATEN公司生產(chǎn)的485SN型轉(zhuǎn)換器，它是雙向RS-232／RS-485或RS-422轉(zhuǎn)換器，可提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(最多可達(dá)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(shè)計(jì)
上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)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(xiàn)與就餐管理終端的通信程序設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信控件communications進(jìn)行通信程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)掛失數(shù)據(jù)的發(fā)送、用戶(hù)卡號(hào)的發(fā)送、發(fā)卡和就餐數(shù)據(jù)的接收。每次通信時(shí)，首先在上位機(jī)的init事件中初始化通信控件olecontroll，初始化設(shè)置為：

7 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了ATRF88020型RFID卡的特點(diǎn)、工作原理及在學(xué)校就餐管理中的應(yīng)用。RFID技術(shù)的典型應(yīng)用還有物流和供應(yīng)管理；產(chǎn)品制造和裝配；航空行李處理；郵件/快運(yùn)包裹處理；文檔追蹤/圖書(shū)館管理；動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)；運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)；門(mén)禁控制/電子門(mén)票；道路自動(dòng)收費(fèi)等。