RFID应用系统软件

                                 
摘要：近年来，随着射频识别技术(RFID)的进步和成熟，这项技术的应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。RFID 在城市交通的应用也是一个重要的方面。城市公共交通在我国城市交通中占有重要的地位, 是同我国城市居民生产、生活等活动密切相关的系统.如今在城市交通中，很多城市已经用IC卡代替了原有的纸制月票，杜绝了公交月票的假冒行为，缓解了高峰客流，提高了服务水平，为公司运营提供了科学的管理手段，社会反映良好。另一方面，通过公交IC卡可使城市公共交通实现智能化。城市公共交通实行智能化能够把握客流数据的变化规律,随着公交采用IC 卡进行公交收费的普及,使得我们有了新的客流数据采集方式。
本次探讨、设计的公交IC卡充值系统将具有售卡、充值等一系列功能。以单片机为控制器的IC卡读写器可以实现制卡、售卡、自动收费等功能，具有安全、实用、方便、快捷、可靠性高的特点，解决了城市公共交通服务行业既频繁又琐碎的收费管理问题。
关键词：RFID；城市公交；读卡器
Abstract:In recent years, with the progress and mature of the radio frequency identification (RFID) Technology, the application of this technology in the field are expanding. People have been involved in all aspects of daily life, and will become a technical basis of the future building of the information society. The application in the urban public transport is also one of the important aspects. Urban public transport in city traffic occupy an important position of China's urban residents is the same production, life activities closely related to the system. Now in urban traffic, Many cities already use IC cards instead of the original paper pass, stop the transit of counterfeit tickets, easing the peak passenger flow, improve the level of service, the operation of the company and provides a scientific means of management, reflect the social good. On the other hand, urban public transport can intelligent by bus IC card. The intelligent urban public transport implement can grasp the law of the changes data flow. With the universal use in the urban public transport IC cards system, we have a new acquisition mode of the data flow. 
This design of public transport IC card recharging system has a series function. Microprocessor controller IC Card Reader card system can be achieved, automatic charges, and other functions, is safe, practical and convenient, fast, high reliability. It solves the problem of the frequently trivial urban public transport charges management. 
Keywords：RFID；Urban public transport；reader

1  绪  论
近年来，随着射频识别技术的进步和成熟，这项技术的应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。RFID 典型应用包括：在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售；在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费；在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪；在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪；在制造业用于零部件与库存的可视化管理；RFID 还可以应用于图书与文档管理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪等多种应用领域。
城市公共交通在我国城市交通中占有重要的地位, 是同我国城市居民生产、生活等活动密切相关的系统.如今在城市交通中，很多城市已经用IC卡代替了原有的纸制月票，杜绝了公交月票的假冒行为，缓解了高峰客流，提高了服务水平，为公司运营提供了科学的管理手段，社会反映良好。以单片机为控制器的IC卡读写器可以实现制卡、售卡、自动收费等功能，具有安全、实用、方便、快捷、可靠性高的特点，解决了城市公共交通服务行业既频繁又琐碎的收费管理问题。
另一方面，通过公交IC卡使城市公共交通实现智能化。城市公共交通实行智能化能够把握客流数据的变化规律,随着公交采用IC 卡进行公交收费的普及,使得我们有了新的客流数据采集方式。与人工调查相比，利用IC 卡收费系统进行客流数据采集的投入小得多, 几乎不需要额外成本，并且可以提供大量详细、准确的动态数据, 对数据进行进一步挖掘也更容易。因此公交IC卡系统对城市公交以及公交的智能化调度、线路的开辟、优化、站点的设置等都具有极其重要的意义。
基于上述原因，设计一款以射频识别为核心技术的公交收费系统将给城市公交带来长期的效益。本次探讨、设计的应用系统将具有售卡、充值等一系列功能。
2  系统总体设计介绍
2.1 系统功能介绍 
将RFID技术应用到公交充值系统中，实现公交充值系统的以下功能。
    制卡
制卡功能专门用于对卡片进行初始化，卡片在正式投入使用前必须经过初始化，初始化的工作就是对卡片内的空间按照规定进行化分，然后将密钥、存取权限写入卡内。[1]
    售卡充值
乘客可到车站的售卡充值系统中办理购卡、充值手续。该系统现场为用户的IC卡写入充值金额，并将用户信息输入管理系统数据库中保存。
    退卡、挂失、解挂
退卡：删除数据库中该用户的记录，收回旧卡。旧卡经过数据清理可实现再利用。
挂失：将原卡进行备注，列入黑名单。用户可重新办理新卡，并将旧卡中的余额写入新卡中，减少用户损失。
解挂：可重新使卡有效。
    信息管理
通过上位机软件可查看数据库中的信息，获息用户相关信息。
2.2  RFID简介
2.2.1  RFID系统组成
最基本的RFID系统由三部分组成：
1)    标签(Tag，即非接触式IC卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。
2)    读卡器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。
3)    天线：在标签和读取器间传递射频信号。[2]
2.2.2  RFID通讯原理
系统的基本工作流程是：读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读卡器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，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储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压。因此当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读卡器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
2.2.3  非接触式IC卡的优点
与接触式IC卡相比较, 非接触式IC卡具有以下优点：
1)    可靠性高
非接触式IC卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。例如：
由于粗暴插卡，非卡外物插入，灰尘或油污导致接触不良造成的故障。此外，非接触式卡表面无裸露芯片，无须担心芯片脱落，静电击穿，弯曲损坏等问题，既便于卡片印刷，又提高了卡片的使用可靠性。 
2)    操作方便
由于非接触通讯，读写器在10CM范围内就可以对卡片操作，所以不必插拨卡，非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以在任意方向掠过读写器表面，既可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。 
3)    防冲突
非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写器可以"同时"处理多张非接触式IC卡。这提高了应用的并行性，无形中提高系统工作速度。 
4)    可以适合于多种应用
非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不可再更改。 非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡也验证读写器的合法性。
    非接触式卡在处理前要与读写器之间进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。
接触式卡的存储器结构特点使它一卡多用，能运用于不同系统，用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。
5)    加密性能好
非接触式IC卡由IC芯片，感应天线组成，并完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分。非接触式IC卡的读写过程，通常由非接触型IC卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。
     非接触型IC卡本身是无源体，当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的L/C产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写器。由非接触式IC卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式，都使数据读写过程更为简单。