基于单片机及MFRC522的餐卡充值消费系统

射频识别技术课程设计报告题 目：基于单片机及 MFRC522 的餐卡充值消费系统 院 （系）：信息与电子工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 2目录1.题目 .32.目的与要求 .32.1 目的 .32.2 要求 .32.2.1 系统功能 .32.2.2 系统原则 .33.内容与步骤（设计思想） .43.1 硬件设计 .43.1.1 系统框架 .43.1.2 最小系统模块设计 .53.1.3 键盘模块设计 .63.1.4 LCD 驱动模块设计 .63.1.5 蜂鸣器模块设计 .73.1.6 电源模块设计 .73.1.7 RFID 读卡器模块设计 .83.1.8 S50 卡简介 .93.2 软件设计 .103.2.1 总体设计 .103.2.2 读卡程序设计 .113.2.3 MCU 与读卡模块通信程序设计 .124.部分代码（详细的注释） .144.1 键盘程序 .144.2 LCD1602 程序 .144.3 读写卡程序 .165.课程设计实践总结 .2131.题目基于单片机及 MFRC522 的餐卡充值消费系统2.目的与要求2.1 目的科技高速发展，人们的需求也在日益增长，智能化与便携化成为人们孜孜不倦的追求。电子计算机的出现丰富了这个世界，也简化了这个世界。当然微型处理系统也悄悄产生了，并大量应用在实际中，利用 MCU 控制，处理一些事务，降低了劳动时间，提高了劳动效率，也提高了精度。MCU 的出现使生活与生产发生很大的改变。人们的生活与智能越来越密不可分。RFID 的普及，丰富了人们的生活，使得人们的物理数量转化为虚拟数量，比如现金数字化。RFID的发展，是信息现代化的主流和趋势，RFID 的广泛应用将会掀起一场住宅革命，促进物联网的快速发展。传统的现金消费方式并不适合学校、企业等人口集中且密集的地域。此方式不仅不方便单位对消费记录的获取，而且对于买卖双方也是非常不方便的。餐卡充值消费系统会使人们生活更加方便，不用随时随地的带好现金，也不用担心现金丢失，更不用担心收到假币。人们只要一张 IC 卡，便能够对自己的现金进行数字化，不管是交易还是携带都是方便至极。 2.2 要求2.2.1 系统功能(1)读卡器对 IC 初始化，设置 IC 卡的密码，设置卡号及充值相应的初始金额。(2)充值 IC 卡功能，学生等人可以通过带上自己的现金去充值点让管理员进行充值。(3)刷卡功能，工作人员按下键盘设置相应金额后，消费者可以近距离刷卡从而达到消费效果。(4)读卡提示，lcd 液晶屏上显示出本次消费或者充值的金额，如果没有操作，则是显示余额。蜂鸣器做出相应的声音提示。(5)容错功能，当工作人员不小心刷多了金额，工作人员可以设置读卡器为充值模式对卡进行加款功能。2.2.2 系统原则(1)实用性，餐卡消费系统的内容应符合实际需要，不能华而不实。因此，系统的实用性是首先应遵循的第一原则。4(2)准确性，能够对 IC 卡上的数据准确的进行读取、充值以及扣款，避免出现更种漏洞而不实用。(3)实时性，即读卡器能快速地对 IC 卡上的金额进行读取或者其他操作，减少等待时间，提高工作效率。(4)完整性，一个完整的餐卡充值消费系统是建筑整体形象的重要标志。功能完善，设备齐全，管理方便是设计应考虑的一个因素。(5)容错性，读卡器必须具备有了解消费者的所有操作，避免消费者或营业员的错误操作而出现 bug。(6)健壮性，实现多卡防冲突、防碰撞灯功能，避免系统误操作，避免发生崩溃。(7)安全性，系统必须在物理安全与技术安全方面做好可靠的保障，防止不法分子的盗取与恶意破坏而带来损失。(8)易维护性，餐卡充值消费系统在运行过程中的维护应该尽量做到简单易行。(9)稳定性，餐卡充值消费系统的职能是保护人身和财产的安全，一旦系统开始工作就要求连续不间断的运行，所以稳定性对于餐卡系统来说就显得非常重要。3.内容与步骤（设计思想）本系统设计分为硬件设计以及软件设计总共两个部分。硬件设计包括：单片机最小系统、MFRC522 读卡器模块、LCD1602 及驱动模块、蜂鸣器模块、键盘模块、电源管理模块等。软件设计包括：单片机与 MFRC522 读卡器模块通信，读卡程序设计，防碰撞算法设计，加密算法设计，LCD1602 模块驱动程序，键盘搜索程序，蜂鸣器驱动程序等。3.1 硬件设计3.1.1 系统框架本系统通过 MCU 中央控制器对 RFID 读卡器模块进行控制，RFID 读卡器进而对 IC 卡进行读写数据等通信，最后把数据返回给 MCU，再通过液晶屏显示出来。过程可以通过键盘的输入来手动控制。5图 3-1 系统框架图3.1.2 最小系统模块设计本系统 MCU 采用 STC89C52RC 芯片，STC89C51RC 单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，基于 Intel 标准的 8052，指令代码完全兼容传统的 8051 系列单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可任意选择，最新的 D 版本内集成 MAX810 专用复位电路。图 3-2 STC80C52RC 最小系统原理图mcu RFID 读卡器键盘模块LCD 液晶屏 蜂鸣器IC卡电源模块63.1.3 键盘模块设计系统需用到数字键及其逻辑功能键，所需要哦的按键比较多，为了节省单片机的 I/O 口。采用了矩阵键盘进行系统计算器键盘的设计。图 3-3 矩阵键盘原理图3.1.4 LCD 驱动模块设计为了能有友好的交互面，系统采用 LCD1602 液晶显示屏模块。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。它是由若干个 5x7 或者 5x11 的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以它不能很好的显示图片。但是用它来设计可以方便软件设计，减少开发的成本。图 3-4 LCD1602 模块连接图7图 3-5 LCD1602 实物图3.1.5 蜂鸣器模块设计为了能让刷卡时有提示，系统采用了蜂鸣器作为提示源。图 3-6 蜂鸣器电路图3.1.6 电源模块设计要给各个模块提供不同电压，就必须进行电源模块的设计，电源模块要能提供 5V 以及 3.3V 的电压，且电流要能驱动各个模块，使其正常工作。采用以下电路，能设计出稳定的电压值。图 3-7 电源模块电路图83.1.7 RFID 读卡器模块设计系统采用了 MFRC522 读卡模块。MFRC522 是高度集成的非接触式（13.56MHz）读写卡芯片。此发送模块利用调制和解调的原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中（13.56MHz） 。MFRC522 发送模块工作模式：MFRC522 的内部发送部分可驱动读写器天线与ISO 1443A/MIFARE 卡和答应机的通信，无需其他的电路。接收器部分提供一个功能强大和高效的解调和译码电路，用来处理 ISO 1443A/MIFARE 的卡和应答机的信号。数字电路部分处理完整的 ISO 1443A 帧和错误检测（奇偶&CRC） 。MRFC522 支持 MIFARE Classic（如，MIFARE 标准）器件。MFRC 支持 MIFARE 更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达 424kbit/s.可实现各种不同主机接口功能：SPI 接口、串行 Uart 以及 I2C 接口。模块具有以下特性：1) 高度集成的模拟电路，解调和译码相应。2) 缓冲的输出驱动器与天线的连接使用最少的外部元件。3) 支持 ISO 1443A/MIFATE。4) 读写模式中与 ISO 1443A/MIFARE 的通信距离高达 50mm，取决天线的长度和调谐。5) 读写器模式下支持 MIFARE Classic 加密。6) 支持 ISO 1443 212kbit/s 和 424bit/s 的更高传输速率的通信。7) 64 字节的发送和接收 FIFO 缓冲区。8) 灵活的中断模式。9) 低功耗的硬件复位功能。10) 软件掉电模式。11) 可编程定时器。12) 内部振荡器，连接 27.12MHz 的晶体。13)3.3V 的电源电压。14)CRC 协议处理器。15) 自由编程的 I/O 管脚。16) 内部只测试9图 3-8 简化的 MFRC522 框图3.1.8 S50 卡简介系统采用 MIFARE S50 卡作为餐卡设计。S50 卡主要指标：（1）容量为 8K 位 EEPROM；（2）分为 16 个扇区，每个扇区为 4 块，每块 16 个字节,以块为存取单位；（3）每个扇区有独立的一组密码及访问控制；（4）每张卡有唯一序列号，为 32 位；（5）具有防冲突机制，支持多卡操作；（6）无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路；（7）数据保存期为 10 年，可改写 10 万次，读无限次；（8）工作温度：-2050(湿度为 90%)；（9）工作频率：13.56MHZ；（10）通信速率：106 KBPS；（11）读写距离：10 cm 以内（与读写器有关） ；存储结构：M1 卡分为 16 个扇区，每个扇区由 4 块（块 0、块 1、块 2、块 3）组成，（我们也将 16 个扇区的 64 个块按绝对地址编号为 063。第 0 扇区的块 0（即绝对地址 0 块） ，它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。每个扇区的块 0、块 1、块 2 为数据块，可用于存贮数据。10块 0 数据块 0扇区 0 块 1 数据块 1块 2 数据块 2块 3 密码 A 存取控制 密码 B 控制块 3块 0 数据块 4扇区 1 块 1 数据块 5块 2 数据块 6块 3 密码 A 存取控制 密码 B 控制块 70 数据块 60扇区15 1 数据块 612 数据块 623 密码 A 存取控制 密码 B 控制块 63图 3-9 S50 卡存储结构图卡片的电气部分只由一个天线和 ASIC 组成。天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到 IS0 卡片中。ASIC：卡片的 ASIC 由一个高速（106KB 波特率）的 RF 接口，一个控制单元和一个 8K 位 EEPROM 组成。工作原理：读写器向 M1 卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个 LC 串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，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