物联网之RFID智能考勤系统设计论文

精品文档 11欢迎下载 研研 究究 生生 课课 程程 论论 文文 封封 面面 课程名称 物联网技术与应用 论文题目 基于 RFID 的智能考勤系统 学生班级 研 152 班 学生姓名 匡政政 任课教师 王景存 学位类别 专 硕 评分标准评分标准 及分值及分值 参阅资料 分值 30 具体内容 分值 30 语言表达 分值 20 规范性 分值 20 评分评分 论文评语 论文评语 总总 评评 分分评阅教师评阅教师 评阅时间评阅时间 年 月 日 注 此表为每个学生的论文封面 请任课教师填写分项分值 精品文档 22欢迎下载 基于基于 RFIDRFID 的智能考勤系统的智能考勤系统 摘要摘要 物联网是新一代信息技术的重要组成部分 也是 信息化 时代的重要发展 阶段 其英文名称是 Internet of things IoT 顾名思义 物联网就是 物物相连的互联网 作为动态的全球网络基础设施 它的根本是物与物 人与 物之间的信息传递与控制 RFID Radio Frequency Identification 技术作 为构建 物联网 的关键技术近年来受到人们的关注 本文主要介绍基于 RFID 的一套考勤系统 并就其中的几个关键组成部分 如高集成度读写卡系列 芯片 MFRC522 和 Mifare1 S50 卡 做了简要的分析与说明 最后对具体的读写 卡步骤进行分析 关键词关键词 物联网 关键技术 RFID MFRC522 Mifare1 S50 卡 0 0 引言引言 随着社会科技的发展 出现了通过点名 磁卡和接触式 IC 卡等方式对学生 的到课情况进行考勤 记录管理 既耗时又相互干扰 而非接触式 RFID 学生考 勤系统实现了利用无线射频识别技术 对学生考勤管理 既方便 快捷 又省时 而且通过物联网和 PC 机终端对数据进行处理 技术的发展与进步促成了物联网的快速发展 而其中的关键技术 RFID 对物 联网更是具有不同凡响的影响和意义 1 RFID1 RFID 简介简介 射频识别 RFID Radio Frequency Identification 技术 又称无线射 频识别 是一种通信技术 可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据 而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触 由三部分组成 标签 本文中的标签即 Mifare1 S50 卡 由耦合元件及芯片组成 具 有存储与计算功能 可附着或植入手机 护照 身份证 人体 动物 物品 票据中 每个标签具有唯一的电子编码 附着在物体上用于唯一标识目标对象 根据标签的能量来源 可以将其分为 被动式标签 半被动式标签和主动式标 签 根据标签的工作频率 又可将其分为 低频 Low Frequency LF 30 300kHz 高频 High Frequency HF 3 30MHz 超高频 Ultra High Frequency UHF 300 968MHz 和微波 Micro Wave MW 2 45 5 8GHz 阅读器 本文中主要工作芯片 MFRC522 读取 有时还可以写入 标 签信息的设备 可设计为手持式或固定式 阅读器根据使用的结构和技术不同 精品文档 33欢迎下载 可以是读或读 写装置 是 RFID 系统信息控制和处理中心 阅读器通常由耦合 模块 收发模块 控制模块和接口单元组成 阅读器和应答器之间一般采用半 双工通信方式进行信息交换 同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时 序 在实际应用中 可进一步通过 Ethernet 或 WLAN 等实现对物体识别信息的 采集 处理及远程传送等管理功能 天线 在标签和读取器间传递射频信号 RFID 技术的基本工作原理 标签进入磁场后 接收读卡器发出的射频信号 凭借感应电流所获得的能 量发送出存储在芯片中的产品信息 或者由标签主动发送某一频率的信号 读 卡器读取信息并解码后 送至中央信息系统进行有关数据处理 2 2 读卡器读卡器 MFRC522MFRC522 MF RC522 是应用于 13 56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中 的一员 是 NXP 公司针对 三表 应用推出的一款低电压 低成本 体积小的 非接触式读写卡芯片 是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择 作为 13 56MHz 高集成度读写卡系列芯片家族的新成员 MF RC522 与 MF RC500 和 MF RC530 有不少相似之处 同时也具备诸多特点和差异 它与主机 间的通信采用连线较少的串行通信 且可根据不同的用户需求 选取 SPI I2C 或串行 UART 类似 RS232 模式之一 有利于减少连线 缩小 PCB 板体积 降 低成本 图 1 RC522 系统结构 3 3 Mifare1Mifare1 S50S50 卡卡 精品文档 44欢迎下载 图 2 Mifare1 S50 卡芯片内部结构 Mifare 1 卡内部有 1 的 EEPROM 分成 0 15 共 16 个扇区 每个扇区分成 0 3 共 4 块 每块 16 字节 扇区 0 的块 0 是厂商标志字节 保存着只读的卡 信息及厂商信息 RF 接口 调制解调器检波器时钟发生器的上位复位稳压器 防冲突 读写范围内的几张卡可以逐一选定和操作 认证 在所有存储器操作之前进行认证过程 以保证必须通过各块指定的 密钥才能访问该块 控制逻辑单元 数值以特定的冗余格式存储 可以增减 EEPROM 接口 是与内部 EEPROM 的通信接口 加密单元 域验证的 CRYPTO1 数据流加密 保证数据交换的安全 EEPROM 总容量为 1KB 每区的最后一块称做 尾块 含有两个密钥和 本区各块的读写条件 4 4 系统组成系统组成 学生智能考勤系统由四大部分组成 非接触式 IC 卡 读卡器 单片机及 PC 终端 如下图 图 3 学生考勤系统组成 1 当保存有学生基本信息的 IC 卡进入读卡器天线作用范围内时 卡片获 得能量以维持卡内部电路工作 精品文档 55欢迎下载 2 单片机负责控制读卡器进行一系列 寻卡寻卡 防冲突防冲突 选卡选卡 读读 写卡写卡 操作 如果成功 将读取到卡片上的学生信息 3 单片机将学生信息发送到 PC 终端 由 PC 机对一步对数据进行处理 5 5 读卡器的步骤流程读卡器的步骤流程 5 1 系统的初始化 图 4 系统初始化 RC522 GPIO 配置有发送器的启动 SIGIN 管脚配置 CRC 预置值设置 以 及一些 RC522 定时器的配置 设置卡的工作方式有清零校验位 设置增益和支 持卡类型 5 2 寻卡 图 5 寻卡流程图 向 FIFO 中写入 PICC REQIDL 命令 通过 PCD TRANSCEIVE 命令将 FIFO 中数 精品文档 66欢迎下载 据通过天线发送出去 此时若有卡在天线作用范围内 将识别命令 并返回卡 类型 5 3 防冲突 图 6 防冲突流程图 向 FIFO 中写入 PICC ANTICOLL 0 x20 通过 PCD TRANSCEIVE 命令将 FIFO 中数据通过天线发送出去 卡返回卡序列号 共 5 字节 第 5 字节是卡序 列号校验码 由于是非接触式的 同一时间天线作用范围内可能不只一张卡时 即有多 于一张的 MIFARE 1 卡发回了卡序列号应答 则发生了冲突 此时 由于每张卡 的卡序列号各不相同 MCU 接收到的信息 即卡序列号 至少有 1 位既是 0 又是 1 即该位的前 后半部都有副载波调制 MCU 通过返回的 Nbit 和 UID 找到第 1 个冲突位将其置 1 排除该位为 0 的卡 然后查第 2 个 依次排除 最后不再 有冲突即可选中卡 5 4 选卡 向 FIFO 中写入 PICC SElECTTAG 0 x70 卡序列号 通过 PCD TRANSCEIVE 命令将 FIFO 中数据通过天线发送出去 卡返回卡容量 对于 MIFARE 1 卡来说 可能为 88H 或 08H 5 5 三次验证 向 FIFO 中写入 PICC AUTHENT1A PICC AUTHENT1B 块地址 扇区密码 卡 序列号 通过 PCD TRANSCEIVE 命令将 FIFO 中数据通过天线发送出去 MIFARE 1 卡的密码认证方式 精品文档 77欢迎下载 图 7 三次相互认证的令牌原理框图 A 环 由 MIFARE 1 卡片向读写器发送一个随机数据 RB B 环 由读写器收到 RB 后向 MIFARE 1 卡片发送一个令牌数据 TOKEN AB 其中包含了用读写器中存放的密码加密后的 RB 及读写器发出的一个随机数 据 RA C 环 MIFARE 1 卡片收到 TOKEN AB 后 用卡中的密码对 TOKEN AB 的 加密的部分进行解密得到 RB 并校验第一次由 A 环中 MIFARE 1 卡片发出去 的随机数 RB 是否与 B 环中接收到的 TOKEN AB 中的 RB 相一致 若读写器与卡 中的密码及加密 解密算法一致 将会有 RB RB 校验正确 否则将无法通过 校验 D 环 如果 C 环校验是正确的 则 MIFARE 1 卡片用卡中存放的密码对 RA 加密后发送令牌 TOKEN BA 给读写器 E 环 读写器收到令牌 TOKEN BA 后 用读写器中存放的密码对令牌 TOKEN BA 中的 RA 随机数 进行解密得到 RA 并校验第一次由 B 环中读写器 发出去的随机数 RA 是否与 D 环中接收到的 TOKEN BA 中的 RA 相一致 同样 若读写器与卡中的密码及加密 解密算法一致 将会有 RA RA 校验正确 否 则将无法通过校验 如果上述的每一个环都为 真 且都能正确通过验证 则整个的认证过 程将成功 读写器将允许对刚刚认证通过的卡片上的这个扇区进入下一步的操 作 读 写等操作 6 6 结束语结束语 物联网技术被称为继计算机 互联网之后世界信息产业第三次浪潮 据估 计在五到十年内将会有超过 1000 亿件设备连接入互联网 组成更为庞大的物联 网络 物联网的发展是信息社会发展的必然 其关键技术 RFID 给商品的识别 存储 流动和销售各个环节带来了巨大的变革 也使物联网产生成为可能 精品文档 88欢迎下载 参考文献参考文献 1 师启娟 于天一 基于 RFID 的 EPC 新技术引领供应链发展 J 物流工程与管理 2009 02 2 张丽 余华 马新明 基于物联网的农产品质量安全信息系统平台 J 信息科学 2010 3 任志宇 任沛然 物联网与 EPC RFID 技术 J 森林工程 2006 02 4 梁浩 基于物联网的 EPC 接口技术研究 D 武汉 武汉理工大学 2006 5 曾臻 基于 EPC 网络接口的 EPC 信息服务的设计与实现研究 D 北京 北京交通大学 2008 6 赵莹 基于物联网架构的 EPC 无线通讯协议研究 D 济南 山东大学 2005 7 周祥 RFID 技术在物联网中应用的关键技术探讨 D 镇江 江苏大学 2005 8 吴斌方