AT88RF020型射頻識別卡及其應用

摘要：AT88RF020是13.56MHz的低端射頻識別卡，遵循ISO/IEC 14443 Type B協議。著重介紹AT88RF020型射頻卡的特點、工作原理及其在學校就餐管理中的應用，同時給出部分程序代碼。
關鍵詞：射頻識別； AT88RF020；讀卡器； 就餐管理

1 引言
如今，在一些就餐比較集中的大、中專及中學里，就餐基本上采用微機管理。學生憑一張非接觸式RFID卡就可以方便地在學校食堂消費。有些學校采用了校園一卡通，只要持有合法的RFID卡，就可在全校范圍內的公共消費場所進行消費。

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別卡或感應式電子電路等。RFID射頻識別是非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。AT88RF020型電路就是Atmel公司生產的非接觸式RFID卡。

2 AT88RF020的特點
AT88RF020型射頻識別卡的主要特點如下：
●13.56MHz射頻卡，遵循ISO/ECl4443 Type B協議；
●容量為2048字節；
●每張卡有惟一序列號；
●帶有加密和鎖定功能；
●有1個1次性計數器；
●所有傳輸信息中包括1個字節的循環校驗碼；
●寫時間為3ms；
●寫次數為100 000次；
●工作環境溫度范圍為0℃一70℃。

3 射頻識別系統的組成及工作原理
3．1 RFID系統的基本組成
(1)標簽（Tag，即射頻卡)
由耦合元件及電路組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線進行通信，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。圖1示出AT88RF020型RFID的內部結構。

(2)閱讀器(Reader或讀卡器)
讀取(除讀卡外還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。

(3)天線(Antenna)
在標簽(射頻卡)和讀卡器之間傳遞射頻信號。有些系統還通過讀卡器的RS232或RS485接口與外部計算機(上位機主系統)連接，進行數據交換。

3．2 RFID系統的基本工作原理
RFID系統的基本工作原理是讀卡器通過發射天線發送一定頻率(如13.56MHz)的射頻信號，當射頻卡進入發射天線工作區域時產生感應電流，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射頻卡的內置發射天線發送出去；系統接收天線接收從射頻卡發送來的載波信號，經天線調節器傳送到讀卡器，讀卡器對接收的信號進行解調和解碼后送到后臺主系統進行相關處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號，控制執行機構動作。

3．3 RFID系統讀卡器的結構及工作原理
對讀卡器而言，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據傳輸方式(如負載調制、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別，但所有的讀卡器在功能原理上及由此決定的設計構造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元2個基本模塊。高頻接口包含發送器和接收器，其功能包括產生高頻發射功率以啟動射頻卡并提供能量；對發射信號進行調制，用于將數據傳送給射頻卡；接收并解調來自射頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統的高頻接口設計具有一些差異，電感耦合系統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用系統軟件進行通信并執行應用系統軟件發來的命令；控制與射頻卡的通信過程(主一從原則)；信號的編解碼。對一些特殊的系統還有執行反碰撞算法，對射頻卡與閱讀器間要傳送的數據進行加密和解密，以及進行射頻卡和讀卡器間的身份驗證等附加功能。

4 AT88RF020的存儲結構
AT88RF020有2048字節的存儲容量，分成32頁，每頁8個字節，存儲結構如表1所示。

上表中標有“一”的字節由用戶定義，出廠時初始值為O。

Pseudo Unique PICC ID是卡的惟一序列號；卡序列號由生產廠家寫入，不能修改。
Application Data是應用數據，該數據作為ATQB回復信息的一部分由卡傳輸到讀寫器中。
Counter是計數器，每執行1次COtJNT指令，計數器的值就加l，初始值由廠家設定為0。
Signature是簽名(用于加密)，該數據位于第2頁的前6個字節，可以通過COUNT指令修改，Countex和Signature可以提供進一步的安全保護。
Password是密碼，放在第3頁中，不能讀出。
Lock Bits是鎖定位，位于第0頁，驗證密碼后，能用LOCK命令修改，鎖定位中的每一位與內存各頁對應，如果某位被設為“1”，則對應的頁就被鎖死，不能再進行寫操作，也沒有機制解鎖，所以某頁一旦被鎖，其內容再也不能修改，出廠初始值為0。

5 AT88RF020的常用命令與函數
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狀態的卡，這種卡只響應應用代碼(API)為00或01的情況，如果接收到帶有無效API代碼的WUPB命令，那么卡仍然處于HALT狀態。

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

(3)Slot MARKER
該命令為讀寫器提供用于查詢隨機數大于1的卡。

(4)HALTB
此命令設置卡處于HALT狀態，此后只能執行WUPB命令。

(5)READ
READ用于讀取卡中的數據。讀取頁0，1，2可以不必驗證密碼，而第3頁的數據不能讀出，只能通過PASSWORD命令修改。其他的頁驗證密碼后可以讀出。

(6)WRITE
此命令用于對卡寫入數據。

(7)LOCK
此命令只有在驗證密碼之后才能執行，用于鎖定某一地址區域，被鎖定的地址區域在驗證密碼后才可以進行讀操作。

(8)CHECK PASSWORD
密碼校驗命令，在設備進入就緒狀態后執行。

(9)DESELECT
如果對處于ACTIVE狀態的卡執行該命令且通過，則卡發送正確的回答信息，并進入HALT狀態。

(10)COUNT
該命令用于寫第2頁。COUNT命令中所帶的數據寫入第2頁的前6個字節中，后2個字節由計數器使用，每執行1次COUNT命令，計數器的值就加1，計數器的值達到215時，不能再執行COUNT操作，且第2頁被鎖定，不能再修改。執行該命令之前要驗證密碼。AT88RF020的上電或重啟動工作流程如圖3所示。

5．2 AT88RF020的函數
下面以rf_attrib()函數為例說明AT88RF020的函數的用法。
(1)函數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)函數的功能
從已響應REQB／WUPB命令的卡中選取1張卡，同時給每張卡分配1個ID號。

(3)函數的參數描述
icdev：rf_init()返回的設備描述符
pupi：Pseudo-Unique PICC Identifier
param：設為O
cid：卡片ID號(O-15)，這個值存儲在卡片中供后面操作使用
brTx：由PCD(近耦合設備)到PICC(近耦合集成電路卡)的波特率。對于AT88RF020，0x00代表106Kbit／s
brRx：從PICC到PCD的波特率。對于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)；

}

經過選卡后，如果有多張卡進入激活狀態，則可以根據CID(射頻卡ID號)在同一時間內對多張卡操作。以2張卡為例： 說

6 在學校就餐管理系統中的應用
6．1 系統總體方案
采用美國ATMEL公司生產的AT88RF020型射頻識別卡、IDIC(Identificatlon Integrated Circuit)、U2270B型讀寫基站集成電路和ATMEL公司的8位單片機研制開發學校食堂就餐管理系統，該系統具有預付收費、目標識別、身份驗證、數據采集、數據加密和數據庫管理的功能。系統由AT88RF020卡、就餐管理終端、數據庫管理系統、就餐管理終端與數據庫管理微機的通信系統4部分組成。主機與就餐管理終端之間的通信采用RS-485標準，工作方式為半雙工，每次通信都是主機首先呼叫從機。系統結構原理如圖4所示。

6．2 通信硬件接口設計
本系統中就餐管理終端與上位機的通信選用RS-485總線標準，并采用MAX465來實現，它具有RS-485通信接口需要的全部功能，數據通信的方向由RE，DE腳來控制，設計中二者連在一起，由單片機的P1．5控制，當它為高電平時，數據由就餐管理終端經MAX485到外部串行總線，即處于發送狀態；當它為低電平時，數據由外部串行總線到就餐管理終端。一般微機的串行口采用RS-232接口，故在上位機一端需要一個RS-232／RS-485轉換器。本設計中采用臺灣ATEN公司生產的485SN型轉換器，它是雙向RS-232／RS-485或RS-422轉換器，可提供點對點、點對多點(最多可達254個點)的全雙工和半雙工以及多點的單工串行通信。

6．3 通信軟件接口設計
上位機數據庫管理系統采用Visual FoxPro(即VF)編寫，這里介紹的串行通信程序主要是在VF中實現與就餐管理終端的通信程序設計。本系統采用標準的通信控件communications進行通信程序的設計，實現掛失數據的發送、用戶卡號的發送、發卡和就餐數據的接收。每次通信時，首先在上位機的init事件中初始化通信控件olecontroll，初始化設置為：

7 結束語

本文介紹了ATRF88020型RFID卡的特點、工作原理及在學校就餐管理中的應用。RFID技術的典型應用還有物流和供應管理；產品制造和裝配；航空行李處理；郵件/快運包裹處理；文檔追蹤/圖書館管理；動物身份標識；運動計時；門禁控制/電子門票；道路自動收費等。