[ 導讀 ] 基于RFID 技術的市民卡是一張集身份證、社保卡、醫療卡、公交卡、銀行卡等于一身的綜合卡. 小到坐公交、交水電費，大到辦理社會保險、衛生醫療、公積金等，市民帶上一張卡就都可以刷卡辦理日常事務.

　　基于RFID 技術的市民卡是一張集身份證、社保卡、醫療卡、公交卡、銀行卡等于一身的綜合卡. 小到坐公交、交水電費，大到辦理社會保險、衛生醫療、公積金等，市民帶上一張卡就都可以刷卡辦理日常事務. 自2001 年北京市率先提出“市民卡”概念后，這種“一卡多用”的城市IC 卡帶來的方便快捷立刻得到了全國多個城市的響應和關注. 2008 年6 月起，煙臺、寧波和揚州三城市市民卡正式發行. 此外，上海、無錫、哈爾濱、福州、武漢等各城市也紛紛開始嘗試. 對市民而言，市民卡能夠方便快捷地辦理個人相關事務，享受各類公共服務和便民服務;對政府而言，通過市民卡項目，可以實現政府部門信息資源共享和協同服務，能為政府制定公共政策提供數字依據，為執行政府公共政策提供業務、技術支持，并推動電子政務建設，以提高政府效能;對社會而言，市民卡作為數字城市的基礎，可以為社會各機構提供支付清算、客戶關系管理以及信用評價等服務，推動電子商務建設，提高了社會的整體效率. 隨著物聯網的興起將加速城市數字化的進程，基于 的電子市民卡就是城市數字化的重要組成部分.

　　1 RFID 電子市民卡系統設計理論

　　RFID 的應用系統主要由和RFID 卡2 部分組成，如圖1 所示.

 　　讀寫器一般作為計算機終端，用來實對RFID卡的數據讀寫和存儲，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成;而RFID 卡則是一種無源的應答器，主要是由一塊集成電路芯片及其外接天線組成.RFID應用系統的基本工作原理是RFID卡進入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應電流經升壓電路作為芯片的電源，同時將帶信息的感應電流通過射頻前端電路檢測，獲得數字信號送入邏輯控制電路進行信息處理;所需回復的信息則從存儲器中獲取經由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發回給讀寫器.

　　2 電子市民卡系統硬件設計與實現

　　2.1 電子市民卡系統總體方案

 　　本系統組成包括總控PC 上位機、RS232 通信傳輸、身份識別終端、模擬公交收費終端、模擬電子病歷終端、模擬物業終端等. 整個系統由PC 上位機通過RS232 串行通信與各終端模塊控制器完成監控、數據的設置和處理等操作. 其中身份識別終端包括控制器、打卡器、射頻卡、電源、顯示五部分，控制器控制打卡器對射頻卡進行讀寫，然后與PC 串行通信，把數據傳給上位機，完成讀寫卡的操作，并實時顯示讀寫卡的相關信息. 電子市民卡總體方案如圖2 所示.

圖2 電子市民卡總體方案

　　2.2 電子市民卡系統設計與實現
　　2.2.1 RFID 單元電路
 　　射頻單元由調制解調電路、EMC 低通濾波電路、發射接收電路以及天線4 部分組成. 其中調制解調電路以MFRC500 為核心，根據MFRC500 管腳功能，結合時鐘的穩定性是實現正確操作的重要因素.要獲得最佳的性能，時鐘的抖動盡可能小. 因此，使用13.56 MHz 的晶振，其電路連接如圖3 所示.系統在13.56 MHz 頻率下操作，不僅會產生13.56 MHz的發射功率而且會發射更高的諧波. 為了克服這個問題，在MFRC500 使用內部產生的VMID 電勢作為RX腳的輸入電勢. 為了提供一個穩定的參考電壓，必須在VMID腳接一個對地的電容C9. 讀卡器的接收部分需要在RX 和VMID 腳之間連接一個分壓器. 此外，在天線線圈和分壓器之間使用一個串接的電容.

　　2.2.2 射頻發射天線
 　　系統采用直接匹配的PCB環形天線，如圖4所示，最大工作距離可到100 mm. 根據磁場強度有“(1)式”中：μ0為磁場常數，即真空的磁導率;N 為天線線圈匝數，I 為線圈中的電流強度;磁通量密度與X3 成反比，當X 增大時迅速減小. 為了獲得最大功率傳輸，天線后的芯片輸入阻抗必須與天線輸出阻抗匹配，其天線電感量為“(2)式”中：L 為一圈導線的長度，cm;D1 導線的直徑，cm;K 為天線的形狀系數(圓環狀時，K =1.07 ，矩形時，K =1.47 ); ln 為自然對數.線線圈匝數。

　　(1)式 (2)式
　　2.2.3 單片機控制系統電路
 　　本系統采用STC89C 系列的STC89C52 作為主控芯片. STC 單片機完全兼容傳統51 內核，因此使用的編譯器和指令代碼都和傳統51單片機相同. 根據本系統的實際運用要求，參考STC 單片機官方數據手冊上的應用指南，設計單片機系統電路如圖5 所示.

　　在圖5 中，有源晶振為單片機提供22.118 4 MHz，0~5 V 幅度的高精度時鐘，時鐘的頻率精度可以到達10-7 級別，頻率的穩定性可以到達10×10-6/℃. 根據STC 單片機數據手冊約定，外部有源時鐘應從XTAL1腳輸入，XTAL2 必須保持浮空. 10 μF 的電解電容和10 kΩ 的電阻構成微分電路，在系統上電的瞬間，為單片機RESET 腳提供約2 ms 的高電平脈沖，使單片機上電后立即可靠復位.
　　3 系統軟件設計與實現
　　3.1 下位機系統軟件
 　　根據市民卡的應用要求，當有射頻卡進入距離射頻天線100 mm 內時，讀卡器就可以讀到卡中的數據.讀卡器讀到射頻卡中的數據后，系統單片機要將所讀數據進行分析處理，如果符合條件，則讀卡成功指示燈閃一下，蜂鳴器鳴叫一聲. 并將卡片數據與當前時間一起存入單片機內的EEPROM，并顯示卡數據. 沒有卡進入讀卡器工作范圍時，顯示當前時間. 若讀卡出錯，顯示出錯標志. 在與上位機通訊時，將單片機內部EE2PROM 存入的信息發往上位機，軟件流程如圖6 所示. 除了復位以外，對MFRC500 的絕大多數控制是通過讀MFRC500 的寄存器來實現的.MFRC500 共有64 個寄存器，分為8 個寄存器頁，每頁8 個，每個寄存器都是8 位.

　　單片機將這些寄存器通過總線的方式進行操作，要實現某個操作，只需將該操作對應的代碼寫入對應的地址位即可. MFRC500 對卡的操作主要是通過寫通訊命令、參數和數據到FIFODATA，在通過寫命令到COMMAND，實現與RFID 卡的通訊.
　　3.2 上位機主程序設計
 　　上位機系統采用面向對象的Delphi 軟件進行開發. Delphi 軟件是一個以面向對象程序設計為中心的應用程序開發工具[9]. 本軟件可對PC機串行口進行方便、靈活的操作，實現射頻卡信息的讀取、寫入、加密、控制等操作. 本系統在上位機與終端控制器之間、讀卡器與射頻卡之間傳輸數據時采用AES 加密算法，從而保障了持卡人個人信息數據的安全. 整個系統上位機界面包括參數設置界面、身份識別界面、電子支付管理界面、電子病歷界面、密碼管理界面，其中部分界面如圖7、8 所示.

　　4 結束語
 　　在簡介非接觸IC 卡(RFID)技術的發展與現狀基礎上，以STC89C52 單片機為控制核心，應用RS232串口通信原理，提出了采用MFRC500 為調制解調核心的電子市民卡系統的設計. 對身份識別終端，對公交支付終端、電子病歷終端、物業支付終端進行了終端模擬實現. 由于設計研制了上位機控制系統，從而使本系統操作更簡便\直觀，更具有實用性。

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