RFID技术在电子市民卡系统设计与实现中的应用分析

陈奇毅

摘要在现代城市发展中，电子市民卡被广泛应用于公交、物业、就医等行业中，为人们的日常生活提供了极大的便利。在本文研究中，笔者将采用射频设备（RFID）技术来设计电子市民卡系统，该系统采用51系列单片机为核心控制部件，该电子卡完全符合ISO14443A协议的MIFARE卡，利用环形电路板（PCB）天线与读卡器进行通信，并对传输数据进行加密处理，从而提升整个系统的安全性。

关键词RFID技术；电子市民卡；设计与实现

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0029-01

电子市民卡是在现代科技快速发展、城市管理电子化基础上发展而来的一种新概念，且在政府部门授权下可实现社会公民的个人社会事务、公共服务等为一体的集成式电路卡。电子市民卡再经过多次技术升级与更新之后，现已经可以实现完全覆盖政府服务、教育、城市交通、城市公共事业、金融应用等多个领域，市民可利用电子卡实现信息存储、信息查询、支付交易等基本功能，对市民的日常生活带来极大的便利性。在本文研究中，笔者将从技术层面探讨基于RFID技术的市民电子卡的设计与应用，旨在进一步提升电子卡的实用性、可靠性。

1RFID电子市民卡系统的设计原理

本文研究的RFID电子市民卡采用的应用系统主要分为第学期与RFID卡，详见图1。

图1RFID电子市民卡组成示意图

读写器是一个计算机终端设备，主要目的是用于读取或者存储RFID电子卡上的数据。读写器主要由控制单元、天线以及高频通讯模块等部件组成。RFID卡属于是一种无源的应答器，其组成部分一般有集成电流芯片、外接天线等为主。

RFID电子市民卡的运行原理：将RFID电子卡插入读写器中，当电子卡上的天线获取感应电流后经升压电路转化为芯片电源，并将相关信息经感应电流被射频前端的电路捕获，同时将相关数据信息输送至逻辑控制电路后进行信息分析，最后将存储器中所需要回复的信息传输注逻辑控制电路后发送回射频前端电路，然后经天线发回至读写器，这样便完成一个信息交换过程。

2RFID电子市民卡系统硬件部分设计与实现

2.1 RFID电子市民卡系统硬件总设计方案

RFID电子市民卡系统主要组成部分为：总控 PC 上位机、RS232 通信传输以及各类功能性终端为主。RFID电子市民卡系统主要是经PC上位机由RSS232串行通信方式与各类终端模块控制器实现信息的交互、处理等一系列操作程序。

2.2 RFID电子市民卡系统硬件设计

1）单元电路设计。电子卡的射频单元主要是由四个部分组成（即：天线、调制解调电路、发射接受器、低通虑波电路以及EMC组成）。其中调制解调器的核心部件为MFRC500，在实际操作中主要以MFRC500的管脚功能并结合时钟的稳定性来实现系统的正常操作，因此为了能让系统实现最佳性能，时钟的抖动性是关键所在[1]。因此，在RFID电子市民卡系统的单元电路设计中我们主要采用13.56 MHz晶振。

在设计中为了避免电子卡系统在13.56 MHz 频率下操作时出现其他更高的谐波，我们在调制解调器内部设计一个VMID 电势，将其作为输入RX脚的电势；另外，为了能够为系统提供一个相对稳定的参考电压，设计时我们在VMID脚处连接一个对地电容（C9）；在电子卡系统的读卡器接收处的VMID脚与RX脚间连接一个分压器，并在分压器与天线线圈间设计一个串接电容[2]。

2）射频发射天线。在RFID电子市民卡系统设计中我们采用可直接匹配的PCB环形射频发射天线，其最大的工作距离可达到100 mm，射频发射天线设计如图2所示。

图2PCB环形射频发射天线设计示意图

3）单片机控制系统电路设计。RFID电子市民卡系统的主控制芯片采用STC89C52。由于STC单片机可兼容51内核，所以芯片所使用的指令代码、编译器均与以前的51内核一样。

3RFID电子市民卡系统软件设计与实现

3.1 上位机主程序设计

RFID电子市民卡系统中的上位机系统主要采用Delphi软件。在本系统采用的PC机串行口通信技术，可提升系统的灵活操作性，且可方便实现射频卡中信息的读取、编辑、控制及加密操作。在系统信息传输加密方面，主要采用AES加密算法，这样可最大程度确保持卡人的个人重要信息的安全性。

3.2 下位机系统软件设计

当在于上位机进行通讯过程中，单片机内部的EE2PROM存储信息将被传输至上位机。

对于MFRC500的控制方法，除了复位以外都是通过读取调制解调器上的寄存器而实现的，在MFRC500中含有64个寄存器。系统中的STC89C52单片控制器通过总线控制方式来操作寄存器，当需要实现系统中的某个操作时只需将操作代码写入与之对应的地址即可。调制解调器对电子卡的操作是通过将通讯命令、参数和相关数据传输到FIFODATA，然后将相关操作写成操作命令后传输至COMMAND便实现了与RFID卡的通讯操作。

4结束语

RFID技术的电子市民卡是在传统非接触IC卡基础上发展而来的，其核心控制部件采用STC89C52单片机，利用RS232串口通信技术原理，以MFRC500的核心而设计出一个多功能、易操作的电子市民卡系统。在该系统中可以实现政府服务、教育、城市交通、城市公共事业、金融应用等多个领域的终端模拟服务，由于专门设计了与之对应的上位机操作控制系统，因此使得本系统根据实用性、可靠性。

参考文献

[1]吴学军.北京市民卡技术规范关键技术研究与实现[D].清华大学，2005.

[2]于志勇，庄艳.市民卡工程建设需求分析及系统设计初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

endprint

摘要在现代城市发展中，电子市民卡被广泛应用于公交、物业、就医等行业中，为人们的日常生活提供了极大的便利。在本文研究中，笔者将采用射频设备（RFID）技术来设计电子市民卡系统，该系统采用51系列单片机为核心控制部件，该电子卡完全符合ISO14443A协议的MIFARE卡，利用环形电路板（PCB）天线与读卡器进行通信，并对传输数据进行加密处理，从而提升整个系统的安全性。

关键词RFID技术；电子市民卡；设计与实现

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0029-01

电子市民卡是在现代科技快速发展、城市管理电子化基础上发展而来的一种新概念，且在政府部门授权下可实现社会公民的个人社会事务、公共服务等为一体的集成式电路卡。电子市民卡再经过多次技术升级与更新之后，现已经可以实现完全覆盖政府服务、教育、城市交通、城市公共事业、金融应用等多个领域，市民可利用电子卡实现信息存储、信息查询、支付交易等基本功能，对市民的日常生活带来极大的便利性。在本文研究中，笔者将从技术层面探讨基于RFID技术的市民电子卡的设计与应用，旨在进一步提升电子卡的实用性、可靠性。

1RFID电子市民卡系统的设计原理

本文研究的RFID电子市民卡采用的应用系统主要分为第学期与RFID卡，详见图1。

图1RFID电子市民卡组成示意图

读写器是一个计算机终端设备，主要目的是用于读取或者存储RFID电子卡上的数据。读写器主要由控制单元、天线以及高频通讯模块等部件组成。RFID卡属于是一种无源的应答器，其组成部分一般有集成电流芯片、外接天线等为主。

RFID电子市民卡的运行原理：将RFID电子卡插入读写器中，当电子卡上的天线获取感应电流后经升压电路转化为芯片电源，并将相关信息经感应电流被射频前端的电路捕获，同时将相关数据信息输送至逻辑控制电路后进行信息分析，最后将存储器中所需要回复的信息传输注逻辑控制电路后发送回射频前端电路，然后经天线发回至读写器，这样便完成一个信息交换过程。

2RFID电子市民卡系统硬件部分设计与实现

2.1 RFID电子市民卡系统硬件总设计方案

RFID电子市民卡系统主要组成部分为：总控 PC 上位机、RS232 通信传输以及各类功能性终端为主。RFID电子市民卡系统主要是经PC上位机由RSS232串行通信方式与各类终端模块控制器实现信息的交互、处理等一系列操作程序。

2.2 RFID电子市民卡系统硬件设计

1）单元电路设计。电子卡的射频单元主要是由四个部分组成（即：天线、调制解调电路、发射接受器、低通虑波电路以及EMC组成）。其中调制解调器的核心部件为MFRC500，在实际操作中主要以MFRC500的管脚功能并结合时钟的稳定性来实现系统的正常操作，因此为了能让系统实现最佳性能，时钟的抖动性是关键所在[1]。因此，在RFID电子市民卡系统的单元电路设计中我们主要采用13.56 MHz晶振。

在设计中为了避免电子卡系统在13.56 MHz 频率下操作时出现其他更高的谐波，我们在调制解调器内部设计一个VMID 电势，将其作为输入RX脚的电势；另外，为了能够为系统提供一个相对稳定的参考电压，设计时我们在VMID脚处连接一个对地电容（C9）；在电子卡系统的读卡器接收处的VMID脚与RX脚间连接一个分压器，并在分压器与天线线圈间设计一个串接电容[2]。

2）射频发射天线。在RFID电子市民卡系统设计中我们采用可直接匹配的PCB环形射频发射天线，其最大的工作距离可达到100 mm，射频发射天线设计如图2所示。

图2PCB环形射频发射天线设计示意图

3）单片机控制系统电路设计。RFID电子市民卡系统的主控制芯片采用STC89C52。由于STC单片机可兼容51内核，所以芯片所使用的指令代码、编译器均与以前的51内核一样。

3RFID电子市民卡系统软件设计与实现

3.1 上位机主程序设计

RFID电子市民卡系统中的上位机系统主要采用Delphi软件。在本系统采用的PC机串行口通信技术，可提升系统的灵活操作性，且可方便实现射频卡中信息的读取、编辑、控制及加密操作。在系统信息传输加密方面，主要采用AES加密算法，这样可最大程度确保持卡人的个人重要信息的安全性。

3.2 下位机系统软件设计

当在于上位机进行通讯过程中，单片机内部的EE2PROM存储信息将被传输至上位机。

对于MFRC500的控制方法，除了复位以外都是通过读取调制解调器上的寄存器而实现的，在MFRC500中含有64个寄存器。系统中的STC89C52单片控制器通过总线控制方式来操作寄存器，当需要实现系统中的某个操作时只需将操作代码写入与之对应的地址即可。调制解调器对电子卡的操作是通过将通讯命令、参数和相关数据传输到FIFODATA，然后将相关操作写成操作命令后传输至COMMAND便实现了与RFID卡的通讯操作。

4结束语

RFID技术的电子市民卡是在传统非接触IC卡基础上发展而来的，其核心控制部件采用STC89C52单片机，利用RS232串口通信技术原理，以MFRC500的核心而设计出一个多功能、易操作的电子市民卡系统。在该系统中可以实现政府服务、教育、城市交通、城市公共事业、金融应用等多个领域的终端模拟服务，由于专门设计了与之对应的上位机操作控制系统，因此使得本系统根据实用性、可靠性。

参考文献

[1]吴学军.北京市民卡技术规范关键技术研究与实现[D].清华大学，2005.

[2]于志勇，庄艳.市民卡工程建设需求分析及系统设计初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

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摘要在现代城市发展中，电子市民卡被广泛应用于公交、物业、就医等行业中，为人们的日常生活提供了极大的便利。在本文研究中，笔者将采用射频设备（RFID）技术来设计电子市民卡系统，该系统采用51系列单片机为核心控制部件，该电子卡完全符合ISO14443A协议的MIFARE卡，利用环形电路板（PCB）天线与读卡器进行通信，并对传输数据进行加密处理，从而提升整个系统的安全性。

关键词RFID技术；电子市民卡；设计与实现

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0029-01

电子市民卡是在现代科技快速发展、城市管理电子化基础上发展而来的一种新概念，且在政府部门授权下可实现社会公民的个人社会事务、公共服务等为一体的集成式电路卡。电子市民卡再经过多次技术升级与更新之后，现已经可以实现完全覆盖政府服务、教育、城市交通、城市公共事业、金融应用等多个领域，市民可利用电子卡实现信息存储、信息查询、支付交易等基本功能，对市民的日常生活带来极大的便利性。在本文研究中，笔者将从技术层面探讨基于RFID技术的市民电子卡的设计与应用，旨在进一步提升电子卡的实用性、可靠性。

1RFID电子市民卡系统的设计原理

本文研究的RFID电子市民卡采用的应用系统主要分为第学期与RFID卡，详见图1。

图1RFID电子市民卡组成示意图

读写器是一个计算机终端设备，主要目的是用于读取或者存储RFID电子卡上的数据。读写器主要由控制单元、天线以及高频通讯模块等部件组成。RFID卡属于是一种无源的应答器，其组成部分一般有集成电流芯片、外接天线等为主。

RFID电子市民卡的运行原理：将RFID电子卡插入读写器中，当电子卡上的天线获取感应电流后经升压电路转化为芯片电源，并将相关信息经感应电流被射频前端的电路捕获，同时将相关数据信息输送至逻辑控制电路后进行信息分析，最后将存储器中所需要回复的信息传输注逻辑控制电路后发送回射频前端电路，然后经天线发回至读写器，这样便完成一个信息交换过程。

2RFID电子市民卡系统硬件部分设计与实现

2.1 RFID电子市民卡系统硬件总设计方案

RFID电子市民卡系统主要组成部分为：总控 PC 上位机、RS232 通信传输以及各类功能性终端为主。RFID电子市民卡系统主要是经PC上位机由RSS232串行通信方式与各类终端模块控制器实现信息的交互、处理等一系列操作程序。

2.2 RFID电子市民卡系统硬件设计

1）单元电路设计。电子卡的射频单元主要是由四个部分组成（即：天线、调制解调电路、发射接受器、低通虑波电路以及EMC组成）。其中调制解调器的核心部件为MFRC500，在实际操作中主要以MFRC500的管脚功能并结合时钟的稳定性来实现系统的正常操作，因此为了能让系统实现最佳性能，时钟的抖动性是关键所在[1]。因此，在RFID电子市民卡系统的单元电路设计中我们主要采用13.56 MHz晶振。

在设计中为了避免电子卡系统在13.56 MHz 频率下操作时出现其他更高的谐波，我们在调制解调器内部设计一个VMID 电势，将其作为输入RX脚的电势；另外，为了能够为系统提供一个相对稳定的参考电压，设计时我们在VMID脚处连接一个对地电容（C9）；在电子卡系统的读卡器接收处的VMID脚与RX脚间连接一个分压器，并在分压器与天线线圈间设计一个串接电容[2]。

2）射频发射天线。在RFID电子市民卡系统设计中我们采用可直接匹配的PCB环形射频发射天线，其最大的工作距离可达到100 mm，射频发射天线设计如图2所示。

图2PCB环形射频发射天线设计示意图

3）单片机控制系统电路设计。RFID电子市民卡系统的主控制芯片采用STC89C52。由于STC单片机可兼容51内核，所以芯片所使用的指令代码、编译器均与以前的51内核一样。

3RFID电子市民卡系统软件设计与实现

3.1 上位机主程序设计

RFID电子市民卡系统中的上位机系统主要采用Delphi软件。在本系统采用的PC机串行口通信技术，可提升系统的灵活操作性，且可方便实现射频卡中信息的读取、编辑、控制及加密操作。在系统信息传输加密方面，主要采用AES加密算法，这样可最大程度确保持卡人的个人重要信息的安全性。

3.2 下位机系统软件设计

当在于上位机进行通讯过程中，单片机内部的EE2PROM存储信息将被传输至上位机。

对于MFRC500的控制方法，除了复位以外都是通过读取调制解调器上的寄存器而实现的，在MFRC500中含有64个寄存器。系统中的STC89C52单片控制器通过总线控制方式来操作寄存器，当需要实现系统中的某个操作时只需将操作代码写入与之对应的地址即可。调制解调器对电子卡的操作是通过将通讯命令、参数和相关数据传输到FIFODATA，然后将相关操作写成操作命令后传输至COMMAND便实现了与RFID卡的通讯操作。

4结束语

RFID技术的电子市民卡是在传统非接触IC卡基础上发展而来的，其核心控制部件采用STC89C52单片机，利用RS232串口通信技术原理，以MFRC500的核心而设计出一个多功能、易操作的电子市民卡系统。在该系统中可以实现政府服务、教育、城市交通、城市公共事业、金融应用等多个领域的终端模拟服务，由于专门设计了与之对应的上位机操作控制系统，因此使得本系统根据实用性、可靠性。

参考文献

[1]吴学军.北京市民卡技术规范关键技术研究与实现[D].清华大学，2005.

[2]于志勇，庄艳.市民卡工程建设需求分析及系统设计初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

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