校园一卡通管理系统的构建及主要模块设计.pdf

《校园一卡通管理系统的构建及主要模块设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《校园一卡通管理系统的构建及主要模块设计.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、?paper (投稿专用)?2011 年第11 期?59?校园一卡通管理系统的构建及主要模块设计李奇,马忠梅,范非易,王晓(北京理工大学 计算机学院,北京 100081)摘要:随着 RFID 技术的成熟,校园一卡通等相关产品在校园内得到了广泛的应用,加快了数字化校园的建设,实现了校园消费一卡化,极大地提高了卡务管理效率。本文从校园一卡通的工作原理及应用出发,着重介绍微控制器利用中断方式读取校园一卡通 Wiegand(韦根)数据的方法,然后介绍基于校园一卡通的考勤管理系统的构建及主要模块的设计与实现。关键词:RFID;校园一卡通;Wiegand 协议;考勤管理系统中图分类号:TP29?文献标识码

2、:ACampus Card Management System and Main Module DesignLi Qi,Ma Zhongmei,Fan Feiyi,Wang Xiao(College of Computer Science and Technology,Beijing Institute of Technology,Beijing 10081,China)Abstract:With the development of RFID technology,campus card and other related products have been widely used in

3、campus,promo-ting digital campus construction and greatly improving card management.This paper first describes the work principle and application ofcampus card,makes an explanation about how MCU receives Wiegand data byinterrupt mode,and then introduces attendance manage-ment system construction and

4、 main module design.Key words:RFID;campus card;Wiegand protocol;attendance mangement system引?言信息时代的校园离不开信息化的管理,数字化?校园一卡通?建设是校园信息化建设的重要组成部分,是校园信息化采集的基础工程。校园一卡通是由学校统一发放的集工作证、学生证、图书证、餐卡、浴卡、上机卡、考勤卡、电子钱包等功能于一体的非接触式射频 IC 卡。校园一卡通将智能 IC卡的强大功能与计算机网络的数字化理念融入校园,将学校各个系统连为一体,可以随时掌握每一个持卡人的基本情况,有效地简化校园日常管理,提高学校的管理

5、水平和服务质量。同时,在减少学校的重复性投入建设、管理及节约费用 等方面也起到积 极作用。鉴于RFID 技术的逐步成熟及校园一卡通的广泛应用与优势,为弥补学生考勤管理的缺陷,设计开发了基于校园一卡通的考勤管理系统。1?考勤管理系统概述在本系统中,校园一卡通作为非接触式身份识别的标签,构成考勤管理系统的信息采集源。校园一卡通与读卡器之间利用射频方式进行数据传输,读卡器对校园一卡通的操作可以在瞬间完成。学生在上下课时,只需将个人的一卡通在读卡器前一晃,读卡器即可自动、快速、准确地获得校园卡卡号和刷卡时间等信息,然后微控制器对信息简单打包,上传至上位机软件系统。考勤管理系统软件对接收到的数据包进行解

6、包、校验等操作后,及时修改相关数据并把部分信息保存至数据库,方便教师随时查询学生的出勤情况、汇总考勤报表等,从而有效地完成考勤管理工作,为学生考勤管理提供完整的解决方案。2?系统硬件设计2.1?校园一卡通工作原理校园一卡通的电气部分由 ASIC 和天线组成。卡片的天线仅仅由几组线圈组成,很容易被封装到卡片中。卡片的 ASIC 一般由一个高速的 RF 接口、一个控制单元和一个几 KB 的 EEPROM 组成。当读卡器向一卡通发出一组固定频率的电磁波时,卡片内的 LC 串联谐振电路的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,产生微弱电流作为电源为其他电路提供工作电压,将

7、卡内的数据发射给读卡器或者接收读卡器的数据。60?Microcontrollers&Embedded Systems?2011 年第11 期?2.2?一卡通读卡器模块本模块采用 AK-RFMOD05CD 芯片对校园一卡通进行读写操作,该 芯片可以读写符合 ISO14443 TYPEA/B-2,-3 规 范 的 射 频 卡 芯 片(AT88RF020、AT88SC6416CRF、ST _ SRI176、ST _ SRIX4K、MIFARES50、MIFARE S70 以及其他兼容 ISO14443 TYPE A/B规范的 CPU 卡、双界面卡)。芯片与 MCU 之间可以通过多种接口(UART、S

8、PI、TWI 等)进行数据通信,便于用户使用。从应用的角度概括起来,其性能特征如下:?完全兼容 ISO14443 TYPE A 和 TYPE B 标准,可以稳定读写各种符合 ISO14443 A/B 两种通信协议标准的卡片;?支持 UART、SPI、TWI 协议等多种外部通信接口,方便用户开发;?I/O 引脚 CMOS 和 TTL 输入/输出电平兼容;?直接驱动 50?天线;?卡片通信 FIFO 为 48 字节;?工作频率 13.56 MHz。同时,该芯片可对外提供 13 个 I/O 引脚、256 字节的EEPROM、内置上电复位电路、看门狗电路等硬件资源。其本身还具 有自动检测与测控功能,便

9、于应用 系统的开发。2.3?读卡器模块硬件接口读卡器模块采用 Wiegand 协议与微控制器通信。本系统将 Wiegand 数据输出线 WD0 和 WD1 分别与 Cortex-M3 系列微控制器 LM3S1138 的 2 个 I/O 引脚相连,读卡器模块与 LM3S1138 连接图如图 1 所示。图 1?读卡器模块与 LM3S1138连接图读卡器数据线 WD0 连接 PB0 引脚,当该引脚被读卡器置为低电平时,说明当前传输一位数据 0;读卡器数据WD1 连接 PB1 引脚,当该引脚被读卡器置为低电平时,说明当前传输一位数据 1。读卡器的 Wiegand 协议选择线连接 PB2 引脚,当该引脚

10、悬空时(高电平或高阻)时,模块选择 26 位 Wiegand 协议,否则选择 34 位 Wiegand 协议。此外,读卡器模块与微控制器 LM3S1138 共地。2.4?Wiegand协议与接口定义Wiegand 协议是由摩托罗拉公司制定的,具有适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片的许多特性,其协议没有定义通信的波特率和数据长度。Wiegand 协议支持多种数据格式,现在应用最多的是 26 位、34 位、36 位、44 位等,其中标准 26 位格式是一个开放式的格式,并且对所有HID 的用户开放,其数据帧格式如图 2 所示。图 2?26 位 Wiegand数据帧格式任何人都可以购买某一特定格式

11、的 HID 卡,并且这些特定格式的种类是公开可选的,现在几乎所有的门禁控制系统都接受 26 位格式的标准,促使其逐步成为广泛使用的工业标准,其中 26 位 Wiegand 数据帧格式定义如下:?第 1 位为 2 13 位的偶校验位;?第 2 9 位对应电子卡 HID 码的低 8 位;?第 10 25 位对应电子卡的 PID 号码;?第 26 位为 14 25 位的奇校验位。以上数据从左至右顺序发送,高位在前。在上述标准26 位 Wiegand 协议数据中,只包含了电子卡 HID 码的低8 位二进制编号(实际电子卡的 HID 码为 16 位),即对应于 Wiegand 数据帧的第 2 9 位;同

12、时包含电子卡的 16 位PID 二进制编号,即 Wiegand 数据帧的第 10 25 位。当安装读卡器模块时,在读卡器和门禁控制面板的连接点(终端)上都能够看到 7 根连接线,Wiegand 接口引脚定义如表 1 所列。目前几乎所有的标准型读卡器都可以提供可供选择的 Wiegand 接口,WD0 和 WD1 线负责传送Wiegand 数据,也被称为 Wiegand 信号线。Wiegand 数据由这 2 根线分别输出 0 或 1。输出 0 时,WD0 线上出现一个负脉冲;输出 1 时,WD1 线上出现一个负脉冲。表 1?Wiegand 接口引脚定义编号颜色引脚描?述1红色VCC电源正极(9 V

13、)2黑色GNDGND3绿色WD0输出 Wiegand 数据 04黄色WD1输出 Wiegand 数据 15蓝色BU Z默认内部拉高+5 V。若接地触发蜂鸣器6棕色HOLDWiegand 协议选择7白色LED默认内部拉高+5 V。若接地改变 LED 光颜色2.5?26位 Wiegand数据接收Wiegand 数据的接收对时间的实时性要求比较高,如果用查询的方法接收极易出现丢帧的现象。假设查询到?paper (投稿专用)?2011 年第11 期?61?WD0 为 0 时主程序正在指向其他任务,等主程序执行完该任务时 WD0 已经变为 1 了,那么这样就丢失了一个Wiegand 数据 0。这样读出的

14、 Wiegand 数据将不能通过奇偶校验,导致 MCU 接收不到读卡器模块发送的正确卡号。目前,以外部中断方式接收 Wiegand 数据是比较好的选择,其核心代码如下:图 4?26 位 Wiegand 数据波形图char card_id 27;const int WiegandBitType 26void GPIO_Port_B_ISR(void)/*中断服务程序*/static int len=0;/*声明静态整形变量,用于记录存储位置*/unsigned long ulStatus;/*声明变量用于存储端口中断状态*/ulStatus=GPIOPinIntStatus(GPIO_PORTB

15、_BASE,true);/*读端口中断状态*/GPIOPinIntClear(GPIO_PORT B_BASE,ulStatus);/*清除端口中断*/if(ulStatus&GPIO_PIN_0)card_idlen+=?0?;/*判断触发中断引脚,存储数据 0*/if(ulStatus&GPIO_PIN_1)card_idlen+=?1?;/*判断触发中断引脚,存储数据 1*/if(len=WiegandBitType)len=0;/*判断 Wiegand 数据帧是否接收完毕*/程序开始后初始化相关引脚的输入/输出方式,并且设置 PB0 和 PB1 的中断为下降沿触发,在接收数据时,主程序

16、中断后进入相应的中断服务程序。在中断服务程序中判断触发中断的引脚编号,得知当前传输的数据是 0 或者 1,并将数据存入一个全局静态数组。其 Wiegand 数据接收流程如图 3 所示。使用数字式示波器对读卡器的 WD0 和 WD1 数据线的波形进行截取和分析。当协议选择线为高电平或悬空时,即选择 26 位 Wiegand 协议。此时将一张校园卡放置在读卡器上,截取的 26 位 Wiegand 数据波形如图 4 所示。其中上面波形为 WD0,下面波形为 WD1。从而可知该卡图 3?Wiegand 数据接收流程的 26 位 Wiegand 码为 00000110100010010100110111

17、,数据波形与微控制器所接收的数据保持一致。3?上位机软件设计该系统的上位机软件是基于 Visual Studio 2008 系统平台进行开发,并采用 Access 数据库技术。开发过程中,主微控制器把采集到的校园一卡通编号等信息都通过虚拟串口传输到 PC 上位机,上位机软件对接收到的数据再进一步进行处理。为了较好地完成通信任务,该软件采用多线程串口通信 CserialPort 类进行开发,CserialPort 类是由 Remon Spekeijse 提供的免费串口类,其内部函数完全透明,并允许用户对相关类进行改造、补充与完善。刷卡过程中,微控制器通过中断方式获得校园一卡通的 ID,然后将数据

18、进行打包、封装并通过 UART0 传输至上位机。上位机软件在获得传输到的数据包后,立即对数据包进行解包解析,并利用解析数据查找已备份的数据库系统,获得校园一卡通主人的考勤信息、基本信息等并予以显示。考勤管理系统软件界面如图 5 所示。同时软件需要对部分数据库数据进行修改和备份,保证用户对数据的准确访问。62?Microcontrollers&Embedded Systems?2011 年第11 期?图 5?考勤管理系统软件界面此外,根据用户的需要灵活地设计系统的各子功能模块,给出相应的功能模块集;将原有子系统的某些配置功能置于系统部署模块中,可以有效地防止系统由于一卡通用户配置不当而产生的不良

19、后果,从而减少系统维护的开销。结?语校园一卡通的考勤管理系统通过先进的 RFID 获取准确的数据,采用 Accesss 数据库存储备份数据。这些数据信息能够真实地反映学生的出勤情况,提供了基于各种条件的统计、查询与分析功能,为学校教学管理的全面开展和学生考勤考核提供了重要的参考依据,具有一定的实际应用价值。参考文献1 马忠梅,徐琰,叶青林.ARM Cortex 微控制器教程 M.北京航空航天大学出版社,2010:199-228.2 李楠,段晓辉,吴亚坤,等.基于主动式 RFID 的考勤系统设计 J.电子产品世界,2006(12).3 桑静,王宜怀.基于 RFID 的学生考勤系统阅读器的开发J.

20、电脑知识与技术,2008(2).4 何彤宇,杨树英,邢若南,等.基于 RFID 技术的学生网络考勤管理系统设计 J.计算机与现代化,2010(11).5 刘莹.RFID 技术原理及其应用分析J.中央民族大学学报,2006(1).李奇(硕士研究生),主要研究方向为嵌入式系统与物联网应用;马忠梅(副教授),主要研究方向为嵌入式系统与物联网应用。(收稿日期:2011-07-27)恩智浦 NFC解决方案支持 Windows 8恩智浦半导体 NXP Semiconductors N.V.宣布,其 PN544 近距离无线通信(NFC)控制器将支持 Windows 8 操作系统。恩智浦与微软公司密切合作开发

21、了面向 Windows 8操作系统的 NFC 驱动程序和完整协议栈,从而实现了支持多种多样的只需靠近或者?轻触?即可实现的应用。NFC 技术可以为日常生活带来极大的便利,只需通过简单的触碰动作即可在平板电脑、笔记本电脑、个人电脑、智能手机以及其他智能计算设备之间轻松实现互动,还可与商标、标签以及海报等无源器件进行互动。Windows 8?轻触配对/轻触共享?的应用案例包括设备/配件配对(例如,轻触蓝牙耳机或音箱进行配对)以及设备间数据的轻松共享。此外,NFC 还可以在设备间实现应用控制权的转换,例如将视频通话从平板电脑转移到另一台带 NFC 功能的设备上。NFC 拥有将现实世界与虚拟云端相连的

22、独特能力,从而令平板电脑可以和智能海报或其他配有 NFC 标签的设备实现互动。Wind River 与联芯科技合作开发测试优化的 Android 片上系统风河(Wind River)与中国无线芯片开发商联芯科技(Leadcore)共同宣布达成一项策略合作协议,携手开发专门针对 Android智能手机的全新片上系统(SoC)平台。同时,联芯科技也引入 Wind River 测试软件以保障其智能手机平台软件的质量和性能,并且完全符合 Android 兼容性测试套件(Compatibility Test Suite,CTS)的要求。Wind River 和联芯科技通力合作,不但提供在 Android 平台方面所累积的丰富专业知识,提供及时有效的支持服务,而且从头到尾完整参与开发过程,确保 Android操作系统得以在联芯科技的片上系统平台上顺利运行。在此过程中,不但攻克了许多攸关性能优化技术层面的难关,而且也根据联芯科技片上系统芯片的特定功能需求,进一步调校 Android平台使之达到性能最佳状态,以便充分发挥芯片的潜能。