基于STM32设计的校园一卡通项目-详解原理
【摘要】 常用的IC卡一般是M1卡，也称为S50卡，购买RC522刷卡模块送的白卡，蓝色钥匙扣、公交卡、地铁卡都是S50卡。S50卡内部有16个分区，每分区有AB两组密码，总容量为8Kbit。
一、IC卡介绍
常用的IC卡一般是M1卡，也称为S50卡，购买RC522刷卡模块送的白卡，蓝色钥匙扣、公交卡、地铁卡都是S50卡。S50卡内部有16个分区，每分区有AB两组密码，总容量为8Kbit。
第0个扇区第0块用于存放厂商代码，意见固话，不可更改。
每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可以用于存储数据。数据块可以进行读写操作。
每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存储控制、密码B。具体结构如下：
每个扇区的密码和控制位都是独立的，可以根据实际需求设定各自的密码及存取控制。存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据和控制块）存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有一个相应的三个控制位。
重点总结：
（1）M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（0、1、2、3）组成。在实际操作时，将16个扇区分为64个块，按绝对地址编号为0-63进行访问，也就是程序里需要填块的位置时，范围是0~63。
（2）每个块的大小是16字节，每个扇区里有3个数据块，数据块可以存放自己的自定义数据。
二、一卡通消费机实现原理
2.1 封装核心函数
（1）主要的硬件：单片机选择STM32，刷卡模块采用RC522。
（2）实现核心思路：为了方便存储数据，对数据进行管理，保证程序的通用性，将IC卡的所有信息都存放在IC卡上。包括：激活状态、卡所属人信息，金额等。
所以在程序里定义了一个结构体：
#pragma pack(1)
//这个结构体大小为16个字节,刚好存放到 IC卡的一个块里面
typedef struct CARD_INFO
{
u8 stat; //卡状态. 66表示此卡已经激活 其他值表示此卡未激活
// 88表示此卡挂失,无法再进行消费
u32 money; //金额. 第一次激活卡,就将金额清0
u8 phone[11];//可以存放电话号码,ID,标识符之类的数据
}CARD;
extern u8 IC_Card_uid[4];
并封装了两个底层函数： 接下来的所有对卡的操作只需要调用下面函数即可。
//读取卡号
u8 IC_Card_uid[4];
/*
card_uid ：卡的id号外部5字节数组
data : 读出来的一个块，16字节数据
addr : 块号，从4开始
数据存放的地址。每个扇区的0、1、2块是存放数据。3是存放密码。
一般填：0、1、2 、4、5、6、8、9、10
数据一般格式：u8 SJ[16]={255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255}; //写入的金额；
*/
u8 IC_Card_Read(CARD *rdata)
{
u8 KEY[6] = {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff}; //白卡的出厂密码
u8 status;
/*1. 寻卡*/
status = search_card(IC_Card_uid);
/*2. 验证卡密码*/
if(MI_OK==status)
{
print_CardNnmber(IC_Card_uid);
status = RC522_PcdAuthState(PICC_AUTHENT1A, 3, KEY, IC_Card_uid);
//验证卡片密码 形参参数：验证方式，块地址，密码，卡序列号
}
/*3. 读出数据*/
if(MI_OK==status)
{
status = RC522_PcdRead(1,(u8*)rdata); //从第addr块读出数据值。
}
return status;
}
/*
功能：写数据到指定块
参数：
u8 addr ：数据存放的地址。每个扇区的0、1、2块是存放数据。3是存放密码。
一般填：0、1、2 、4、5、6、8、9、10
数据一般格式：u8 SJ[16]={255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255}; //写入的金额；
*/
u8 IC_Card_Write(CARD *wdata)
{
u8 KEY[6] = {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff}; //白卡的出厂密码
u8 status;
/*1. 寻卡*/
status = search_card(IC_Card_uid);
/*2. 验证卡密码*/
if(MI_OK==status)
{
status = RC522_PcdAuthState(PICC_AUTHENT1A, 3, KEY, IC_Card_uid);
//验证卡片密码 形参参数：验证方式，块地址，密码，卡序列号
}
/*3. 写数据到卡*/
if(MI_OK==status)
{
status = RC522_PcdWrite(1, (u8*)wdata); //写数据到第addr块，data入的数据值。
}
return status;
}
2.2 编写案例接口
为了方便理解整体的设计思路，下面针对几个常见的操作编写了函数接口测试Demo。
void Activation_CardInformation(void); //对卡激活-将卡状态设置为66
void Unlock_CardInformation(void); //对卡解锁--去除挂失状态。将卡状态设置为66
void locking_CardInformation(void); //对卡挂失。将卡状态设置为88
void Consumption_CardInformation(void); //消费. 消费就是减少金额.
void Recharge_CardInformation(void); //对卡进行充值. 充值就是累加金额
void Query_CardInformation(void); //查询卡的详细信息,通过串口打印
源代码如下：
#include "app.h"
/*
函数功能: 查询卡的详细信息,通过串口打印
*/
void Query_CardInformation()
{
CARD data;
if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
{
//判断卡是否已经激活
if(data.stat==66)
{
printf("用户信息:%s\r\n",data.phone);
printf("余额:%d\r\n",data.money);
}
else if(data.stat==88)
{
printf("此卡已挂失.请先解锁.\r\n");
}
//卡没有激活
else
{
printf("此卡没有激活.\r\n");
}
//复位--释放选中的卡片
RC522_PcdReset();
}
}
/*
函数功能: 对卡进行充值. 充值就是累加金额
*/
void Recharge_CardInformation()
{
CARD data;
if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
{
//判断卡是否已经激活
if(data.stat==66)
{
printf("用户信息:%s\r\n",data.phone);
printf("充值前的余额:%d\r\n",data.money);
//累加金额
data.money+=100; //充值100块
//重新写入到卡里
RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。;
printf("充值后的余额:%d\r\n",data.money);
}
//卡已经挂失
else if(data.stat==88)
{
printf("此卡已挂失.请先解锁后再充值.\r\n");
}
//卡没有激活
else
{
printf("此卡没有激活.请先激活后再充值.\r\n");
}
//复位--释放选中的卡片
RC522_PcdReset();
}
}
/*
函数功能: 消费. 消费就是减少金额.
*/
void Consumption_CardInformation()
{
CARD data;
if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
{
//判断卡是否已经激活
if(data.stat==66)
{
printf("用户信息:%s\r\n",data.phone);
printf("消费前的余额:%d\r\n",data.money);
//消费金额,假如：我要消费10元,先判断卡里有没有10元,没有就不能消费.
printf("即将消费10元...\r\n");
//余额足够才能消费
if(data.money>=10)
{
data.money-=10; //减去10块
//重新写入到卡里
RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。;
printf("消费后的余额:%d\r\n",data.money);
}
else
{
printf("余额不足,消费失败...\r\n");
}
}
//卡已经挂失
else if(data.stat==88)
{
printf("此卡已挂失.请先解锁后再进行消费流程.\r\n");
}
//卡没有激活
else
{
printf("此卡没有激活.请先激活后再进行消费流程.\r\n");
}
//复位--释放选中的卡片
RC522_PcdReset();
}
}
/*
函数功能: 对卡挂失。将卡状态设置为88
*/
void locking_CardInformation()
{
CARD data;
if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
{
//判断卡是否已经激活
if(data.stat==66)
{
printf("用户信息:%s\r\n",data.phone);
//设置挂失状态
data.stat=88;
//重新写入到卡里
RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。;
printf("此卡已成功挂失.\r\n");
}
//卡已经挂失
else if(data.stat==88)
{
printf("此卡已挂失.\r\n");
}
//卡没有激活
else
{
printf("此卡没有激活.请先激活.\r\n");
}
//复位--释放选中的卡片
RC522_PcdReset();
}
}
/*
函数功能: 对卡解锁--去除挂失状态。将卡状态设置为66
*/
void Unlock_CardInformation()
{
CARD data;
if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
{
//判断卡是否已经激活
if(data.stat==66)
{
printf("此卡已解锁.\r\n");
}
//卡已经挂失
else if(data.stat==88)
{
//设置解锁状态
data.stat=66;
//重新写入到卡里
RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。;
printf("此卡已成功解锁.\r\n");
}
//卡没有激活
else
{
printf("此卡没有激活.请先激活.\r\n");
}
//复位--释放选中的卡片
RC522_PcdReset();
}
}
/*
函数功能: 对卡激活-将卡状态设置为66
激活卡也叫注册卡。可以写入一些用户信息到卡里.
*/
void Activation_CardInformation()
{
CARD data;
if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
{
//判断卡是否已经激活
if(data.stat==66)
{
printf("此卡已激活,不需要重复激活.\r\n");
}
//卡已经挂失
else if(data.stat==88)
{
printf("此卡已激活,并挂失,锁定,请先解锁...\r\n");
}
//卡没有激活
else
{
//设置解锁状态
data.stat=66;
strncpy((char*)data.phone,"473608901",sizeof(data.phone)-1);
//重新写入到卡里
// IC_Card_Write(&data);
/*3. 写数据到卡*/
RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。
printf("此卡已成功激活.用户信息:%s\r\n",data.phone);
}
//复位--释放选中的卡片
RC522_PcdReset();
}
}
2.3 编写操作界面
为了方便测试功能，在LCD屏上绘制了几个矩形，触摸屏点击分别执行对应的功能。
#include "app.h"
/*
RC522射频模块外部的接口:
*1--SDA <----->PB5--片选脚
*2--SCK <----->PB4--时钟线
*3--MOSI<----->PA12--输出
*4--MISO<----->PA11--输入
*5--悬空
*6--GND <----->GND
*7--RST <----->PA8--复位脚
*8--VCC <----->VCC
*/
int main()
{
USARTx_Init(USART1,72,115200);
LCD_Init();
LCD_Clear(BLACK);
XPT2046_TouchInit();
RC522_Init();
// DisplayString(0,0,16,"12345jkdbdfvdfvdfv7364837340hdxsmsks3743934ndvdfv",BLACK,WHITE);
//
// POINT_COLOR=0x00FF; //设置画笔颜色
// LCD_DrawLine(0,0,200,50); //画线
//
//颜色填充
LCD_Fill(0,0,120,105,RED);
//颜色填充
LCD_Fill(120,0,239,105,RED);
//颜色填充
LCD_Fill(0,105,120,210,RED);
//颜色填充
LCD_Fill(120,105,239,210,RED);
//颜色填充
LCD_Fill(0,210,120,320,RED);
//颜色填充
LCD_Fill(120,210,239,320,RED);
DisplayString(0,0,16,"Activation",BLACK,WHITE);
DisplayString(120,0,16,"Query",BLACK,WHITE);
DisplayString(0,105,16,"Recharge",BLACK,WHITE);
DisplayString(120,105,16,"Consumption",BLACK,WHITE);
DisplayString(0,210,16,"locking",BLACK,WHITE);
DisplayString(120,210,16,"Unlock",BLACK,WHITE);
while(1)
{
//扫描触摸屏坐标
if(XPT2046_ReadXY())
{
printf("x=%d,y=%d\r\n",xpt2046_touch.x,xpt2046_touch.y);
printf("x0=%d,y0=%d\r\n",xpt2046_touch.x0,xpt2046_touch.y0);
// 对卡激活-
if(xpt2046_touch.x>0&&xpt2046_touch.x<120&&
xpt2046_touch.y>0&&xpt2046_touch.y<105)
{
printf("---- 对卡激活-Demo----\r\n");
//充值Demo
Activation_CardInformation();
//颜色填充
LCD_Fill(0,0,120,105,WHITE);
DisplayString(0,0,16,"Activation",BLACK,WHITE);
//等待触摸屏松开
while(XPT2046_PEN==0){}
//颜色填充
LCD_Fill(0,0,120,105,RED);
DisplayString(0,0,16,"Activation",BLACK,WHITE);
}
//查询Demo
else if(xpt2046_touch.x>120&&xpt2046_touch.x<240&&
xpt2046_touch.y>0&&xpt2046_touch.y<105)
{
printf("----运行查询Demo----\r\n");
//查询Demo
Query_CardInformation();
//颜色填充
LCD_Fill(120,0,239,105,WHITE);
DisplayString(120,0,16,"Query",BLACK,WHITE);
//等待触摸屏松开
while(XPT2046_PEN==0){}
//颜色填充
LCD_Fill(120,0,239,105,RED);
DisplayString(120,0,16,"Query",BLACK,WHITE);
}
//充值Demo
else if(xpt2046_touch.x>0&&xpt2046_touch.x<120&&
xpt2046_touch.y>105&&xpt2046_touch.y<210)
{
printf("----运行充值Demo----\r\n");
//充值Demo
Recharge_CardInformation();
//颜色填充
LCD_Fill(0,105,120,210,WHITE);
DisplayString(0,105,16,"Recharge",BLACK,WHITE);
//等待触摸屏松开
while(XPT2046_PEN==0){}
//颜色填充
LCD_Fill(0,105,120,210,RED);
DisplayString(0,105,16,"Recharge",BLACK,WHITE);
}
//消费Demo
else if(xpt2046_touch.x>120&&xpt2046_touch.x<240&&
xpt2046_touch.y>105&&xpt2046_touch.y<210)
{
printf("----运行消费Demo----\r\n");
//消费Demo
Consumption_CardInformation();
//颜色填充
LCD_Fill(120,105,239,210,WHITE);
DisplayString(120,105,16,"Consumption",BLACK,WHITE);
//等待触摸屏松开
while(XPT2046_PEN==0){}
//颜色填充
LCD_Fill(120,105,239,210,RED);
DisplayString(120,105,16,"Consumption",BLACK,WHITE);
//等待触摸屏松开
}
//挂失Demo
else if(xpt2046_touch.x>0&&xpt2046_touch.x<120&&
xpt2046_touch.y>210&&xpt2046_touch.y<320)
{
printf("----运行挂失Demo----\r\n");
//挂失Demo
locking_CardInformation();
//颜色填充
LCD_Fill(0,210,120,320,WHITE);
DisplayString(0,210,16,"locking",BLACK,WHITE);
//等待触摸屏松开
while(XPT2046_PEN==0){}
//颜色填充
LCD_Fill(0,210,120,320,RED);
DisplayString(0,210,16,"locking",BLACK,WHITE);
}
//解锁Demo
else if(xpt2046_touch.x>120&&xpt2046_touch.x<240&&
xpt2046_touch.y>210&&xpt2046_touch.y<320)
{
printf("----运行解锁Demo----\r\n");
//解锁Demo
Unlock_CardInformation();
//颜色填充
LCD_Fill(120,210,239,320,WHITE);
DisplayString(120,210,16,"Unlock",BLACK,WHITE);
//等待触摸屏松开
while(XPT2046_PEN==0){}
//颜色填充
LCD_Fill(120,210,239,320,RED);
DisplayString(120,210,16,"Unlock",BLACK,WHITE);
}
}
delay_ms(10);
}
}
2.4 运行效果
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