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摘要本文介绍了以无线路由器与 Wi-Fi 模块为基础构建的一个无线联网刷卡系统。用户刷卡信息通过 MFRC522 射频模块接收,然后由 ESP8266 Wi-F
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2018 贵州省“欣源杯”大学生电子设计竞赛
无线联网刷卡系统(H 题)
2018 年 6 月 20 日
摘要
本文介绍了以无线路由器与 Wi-Fi 模块为基础构建的一个无线联网刷卡系
统。用户刷卡信息通过 MFRC522 射频模块接收,然后由 ESP8266 Wi-Fi 模块发
送给无线路由器,再由无线路由器上传到 PC 机。PC 机在接受到信息后存储在
数据库中,通过 MVC 模式最终将数据同步在网站上,管理员可以通过手机或
PC 端登录网站查看持卡人信息及相应的刷卡数据,实现用户信息的管理和信息
安全监控。
本系统中,集合了普通用户和管理员用户两种权限和设备号自定义的功
能,并将不同的用户组加以区分,实现了普通用户数据上传、新建管理员、新
建普通用户、删除普通用户、删除普通用户且删除用户数据等共计五种功能。
在网站之中还可使用设备注册、用户注册以及数据查询等功能。
相较于传统的上位机程序设计,本系统采用的网站设计不仅可以在本机之
中使用,也可以搭建在远端服务器之中,实现真正的跨平台访问。真正满足用
户在实际生产生活中的多种需求。
关键词:ESP8266; MFRC522;MVC
目录
0. 引言................................................................................................................ 1
1. 预期实现目标................................................................................................ 1
2. 方案论证与设计............................................................................................ 1
2.1. 方案论证............................................................................................ 1
2.1.1. 射频卡信息读取模块方案 ......................................................... 1
2.1.2. 网络连接模块方案 ..................................................................... 2
2.1.3. 软件设计方案 ............................................................................. 2
2.1.4. 数据库设计方案 ......................................................................... 2
2.2. 总体设计概述.................................................................................... 3
3. 硬件设计与原理分析.................................................................................... 4
3.1. 电路总体设计图................................................................................ 4
3.2. 射频卡信息读取模块........................................................................ 4
3.2.1. 原理分析 ..................................................................................... 4
3.2.2. 硬件电路设计 ............................................................................. 5
3.3. 网络连接模块.................................................................................... 5
3.3.1. 原理分析 ..................................................................................... 5
3.3.2. 硬件电路设计 ............................................................................. 6
4. 软件设计与流程............................................................................................ 6
4.1. 单片机程序设计................................................................................ 6
4.2. 网站与后端设计................................................................................ 7
4.3. 数据库系统设计................................................................................ 8
5. 作品成效总结分析........................................................................................ 9
5.1. 作品测试分析.................................................................................... 9
5.1.1. 测试条件 ..................................................................................... 9
5.1.2. 测试结果 ..................................................................................... 9
5.2. 创新特色总结展望.......................................................................... 10
参考文献.............................................................................................................. 11
附录...................................................................................................................... 11
1. 单片机程序设计流程图 ..................................................................... 11
2. 网站后台解析处理流程图 ................................................................. 13
3. 网站后台关键代码 ............................................................................. 14
4. 单片机关键代码 ................................................................................. 17
1
0. 引言
非接触式 IC 卡(又称射频卡)的刷卡管理系统是是以计算机管理为核心、
以非接触式 IC 卡为信息载体、以刷卡器为终端的全新智能管理系统,现已广泛
应用于企业、机关、学校、银行等公共场所。使用者只需持一张经过授权的 IC
卡进行感应读卡,即可完成各种刷卡过程。系统在后台强大的软环境和完善的
硬件基础上完成信息加工处理工作,统一进行 IC 卡的发行、授权、取消、挂
失、充值等工作,并可查询、统计、清算、报表、打印各类消费信息及其它相
关业务信息。这些对于人们生活的便利都有了很大的帮助。基于这些要求,本
文设计了并制作了基于无线联网的刷卡系统。
1. 预期实现目标
本文当中预期设计一套无线联网刷卡系统,以无线路由器与 WIFI 模块为
基础构建一个无线联网刷卡系统。该系统装置由两台读卡器、多张射频卡(磁
卡)、无线 AP、个人计算机和数据采集窗口等组成。持卡人可在读卡器设备上
进行刷卡操作,读卡器设备收到卡片信息后通过无线 AP 将信息上传到后台之
中,并将刷卡情况返回至刷卡设备端。持卡人信息及刷卡数据将统一存储在后
端数据库中,管理员可实时访问网站查询任意持卡人刷卡数据信息。非数据库
记录的持卡人不能刷卡进行任何操作,管理员可添加或删除指定持卡人且随时
监控整个刷卡网络系统的信息安全。同时,在设备之中预置了设备号。此设备
号将作为设备的唯一识别码,用于与主机进行通讯时实现校验功能,设备号一
般不可见,用来防止信息泄露造成的信息丢失或数据库注入。
2. 方案论证与设计
2.1. 方案论证
2.1.1. 射频卡信息读取模块方案
方案一:采用 ACR122U 射频卡信息读取模块,其具有 Mifare、CPU、
Felica 等卡的读取功能,但是成本较高。
方案二:采用 MFRC522 射频卡信息读取模块,其使用了先进的调制和解
调概念,完全集成了在 13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协
议。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,
2
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。
综上所述,选择方案二。
2.1.2. 网络连接模块方案
方案一:采用 W5500 以太网模块,W5500 是一款全硬件 TCP/IP 以太网控
制器,提供了 SPI(外设串行接口)从而能够更加容易与 MCU 整合。但是价
格较贵,传输距离短,不能跨网络无线远距离传输,编程复杂。
方案二:采用 RM04 Wi-Fi 模块,使用 5V 直流电源,提供串口透传功能,
优点是是价格便宜,但缺点也明显,功耗大,不稳定,时常有丢包的现象。
方案三:采用 ESP8266 Wi-Fi 模块,不仅可以实现数据传输功能,还可控
制建立 Wi-Fi 热点,或者作为 Wi-Fi 客户端连接到某指定路由器,这款芯片使
用了 3.3V 的直流电源,体积小,功耗低,支持透传,丢包率较低,而且价格
低。
综上所述,采用方案三的 ESP8266 Wi-Fi 模块。
2.1.3. 软件设计方案
方案一:采用 PC 端上位机设计控制软件,上位机是可以直接发出操控命
令的计算机,其可通过控制下位机(单片机)获取信息并发送操控作指令。但
PC 端上位机只能在电脑上进行操作。
方案二:采用建设网站的方法,在网站来发布和管理公布的信息。网站可
通过手机和电脑实时访问,操作简单。
综上所述,选择方案二。
2.1.4. 数据库设计方案
方案一:采用 MongoDB 数据库,它是一个基于分布式文件存储的数据
库。由 C++语言编写。旨在为 WEB 应用提供可扩展的高性能数据存储解决方
案。它的特点是高性能、易部署、易使用,存储数据非常方便。
方案二:采用 MySQL 数据库,其是一个关系型数据库管理系统。体积
小、速度快、总体拥有成本低。但其不支持热备份,安全系统复杂而非标准,
只有到调用 mysqladmin 来重读用户权限时才发生改变,且没有一种存储过程语
言。
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