动手实操丨RC522射频卡模块与IC卡完成充值消费查询的技术实现思路

转x33g5p2x  于2022-05-06 转载在 其他  
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本文分享自华为云社区《​​​​​​​RC522射频卡模块与IC卡完成充值消费查询的技术实现思路》，作者：DS小龙哥。

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：

  1. #pragma pack(1)
  2.  //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
  3.  typedef struct CARD_INFO
  4.  {
  5.      u8  stat;     //卡状态. 66表示此卡已经激活 其他值表示此卡未激活
  6.                    //        88表示此卡挂失,无法再进行消费
  7.      u32 money;    //金额. 第一次激活卡,就将金额清0
  8.      u8  phone[11];//可以存放电话号码,ID,标识符之类的数据
  9.  }CARD;
  10.  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。​

  1. //读取卡号
  2.  u8 IC_Card_uid[4];
  3.  ​
  4.  /*
  5.  card_uid ：卡的id号外部5字节数组
  6.  data     : 读出来的一个块，16字节数据
  7.  addr     : 块号，从4开始
  8.  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。
  9.                 一般填：0、1、2 、4、5、6、8、9、10
  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；
  11.  ​
  12.  */
  13.  u8 IC_Card_Read(CARD *rdata)
  14.  {
  15.      u8 KEY[6] = {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};    //白卡的出厂密码
  16.      u8 status;
  17.  ​
  18.      /*1. 寻卡*/
  19.      status = search_card(IC_Card_uid);
  20.  ​
  21.      /*2. 验证卡密码*/
  22.      if(MI_OK==status)
  23.      {
  24.           print_CardNnmber(IC_Card_uid);
  25.          status = RC522_PcdAuthState(PICC_AUTHENT1A, 3, KEY, IC_Card_uid);
  26.          //验证卡片密码       形参参数：验证方式，块地址，密码，卡序列号
  27.      }
  28.  ​
  29.      /*3. 读出数据*/
  30.      if(MI_OK==status)
  31.      {
  32.          status = RC522_PcdRead(1,(u8*)rdata);   //从第addr块读出数据值。
  33.      }
  34.      return status;
  35.  }
  36.  ​
  37.  ​
  38.  /*
  39.  功能：写数据到指定块
  40.  参数：
  41.  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。
  42.                  一般填：0、1、2 、4、5、6、8、9、10
  43.  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；
  44.  ​
  45.  */
  46.  u8 IC_Card_Write(CARD *wdata)
  47.  {
  48.      u8 KEY[6] = {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};    //白卡的出厂密码
  49.      u8 status;
  50.  ​
  51.      /*1. 寻卡*/
  52.      status = search_card(IC_Card_uid);
  53.  ​
  54.      /*2. 验证卡密码*/
  55.      if(MI_OK==status)
  56.      {
  57.          status = RC522_PcdAuthState(PICC_AUTHENT1A, 3, KEY, IC_Card_uid);
  58.          //验证卡片密码       形参参数：验证方式，块地址，密码，卡序列号
  59.      }
  60.  ​
  61.      /*3. 写数据到卡*/
  62.      if(MI_OK==status)
  63.      {
  64.          status = RC522_PcdWrite(1, (u8*)wdata); //写数据到第addr块，data入的数据值。
  65.      }
  66.      return status;
  67.  }

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。

  1. void Activation_CardInformation(void); //对卡激活-将卡状态设置为66
  2.  void Unlock_CardInformation(void);    //对卡解锁--去除挂失状态。将卡状态设置为66
  3.  void locking_CardInformation(void);  //对卡挂失。将卡状态设置为88
  4.  void Consumption_CardInformation(void); //消费. 消费就是减少金额.
  5.  void Recharge_CardInformation(void); //对卡进行充值. 充值就是累加金额
  6.  void Query_CardInformation(void); //查询卡的详细信息,通过串口打印

源代码如下：

  1. #include "app.h"
  2.  /*
  3.  函数功能: 查询卡的详细信息,通过串口打印
  4.  */
  5.  void Query_CardInformation()
  6.  {
  7.      CARD data;
  8.      if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
  9.      {
  10.          //判断卡是否已经激活
  11.          if(data.stat==66)
  12.          {
  13.              printf("用户信息:%s\r\n",data.phone);
  14.              printf("余额:%d\r\n",data.money);
  15.          }
  16.          else if(data.stat==88)
  17.          {
  18.               printf("此卡已挂失.请先解锁.\r\n");
  19.          }
  20.          //卡没有激活
  21.          else 
  22.          {
  23.               printf("此卡没有激活.\r\n");
  24.          }
  25.             //复位--释放选中的卡片
  26.          RC522_PcdReset();
  27.      }
  28.  }
  29.  ​
  30.  ​
  31.  /*
  32.  函数功能: 对卡进行充值. 充值就是累加金额
  33.  */
  34.  void Recharge_CardInformation()
  35.  {
  36.      CARD data;
  37.      if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
  38.      {
  39.          //判断卡是否已经激活
  40.          if(data.stat==66)
  41.          {
  42.              printf("用户信息:%s\r\n",data.phone);
  43.              printf("充值前的余额:%d\r\n",data.money);
  44.  
  45.  
  46.              //累加金额
  47.              data.money+=100; //充值100块
  48.  
  49.              //重新写入到卡里
  50.              RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。;
  51.  
  52.              printf("充值后的余额:%d\r\n",data.money);
  53.          }
  54.          //卡已经挂失
  55.          else if(data.stat==88)
  56.          {
  57.               printf("此卡已挂失.请先解锁后再充值.\r\n");
  58.          }
  59.          //卡没有激活
  60.          else 
  61.          {
  62.               printf("此卡没有激活.请先激活后再充值.\r\n");
  63.          }
  64.             //复位--释放选中的卡片
  65.          RC522_PcdReset();
  66.      }
  67.  }
  68.  ​
  69.  ​
  70.  /*
  71.  函数功能: 消费. 消费就是减少金额.
  72.  */
  73.  void Consumption_CardInformation()
  74.  {
  75.      CARD data;
  76.      if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
  77.      {
  78.          //判断卡是否已经激活
  79.          if(data.stat==66)
  80.          {
  81.              printf("用户信息:%s\r\n",data.phone);
  82.              printf("消费前的余额:%d\r\n",data.money);
  83.  
  84.              //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.
  85.              printf("即将消费10元...\r\n");
  86.  
  87.              //余额足够才能消费
  88.              if(data.money>=10)
  89.              {
  90.                  data.money-=10; //减去10块
  91.  
  92.                  //重新写入到卡里
  93.                  RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。;
  94.  
  95.                  printf("消费后的余额:%d\r\n",data.money);
  96.              }
  97.              else
  98.              {
  99.                  printf("余额不足,消费失败...\r\n");
  100.              }
  101.          }
  102.          //卡已经挂失
  103.          else if(data.stat==88)
  104.          {
  105.               printf("此卡已挂失.请先解锁后再进行消费流程.\r\n");
  106.          }
  107.          //卡没有激活
  108.          else 
  109.          {
  110.               printf("此卡没有激活.请先激活后再进行消费流程.\r\n");
  111.          }
  112.             //复位--释放选中的卡片
  113.          RC522_PcdReset();
  114.      }
  115.  }
  116.  ​
  117.  ​
  118.  ​
  119.  /*
  120.  函数功能: 对卡挂失。将卡状态设置为88
  121.  */
  122.  void locking_CardInformation()
  123.  {
  124.      CARD data;
  125.      if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
  126.      {
  127.          //判断卡是否已经激活
  128.          if(data.stat==66)
  129.          {
  130.              printf("用户信息:%s\r\n",data.phone);
  131.  
  132.             //设置挂失状态
  133.             data.stat=88;
  134.  
  135.             //重新写入到卡里
  136.             RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。;
  137.  
  138.             printf("此卡已成功挂失.\r\n");
  139.  
  140.          }
  141.          //卡已经挂失
  142.          else if(data.stat==88)
  143.          {
  144.               printf("此卡已挂失.\r\n");
  145.          }
  146.          //卡没有激活
  147.          else 
  148.          {
  149.               printf("此卡没有激活.请先激活.\r\n");
  150.          }
  151.             //复位--释放选中的卡片
  152.          RC522_PcdReset();
  153.      }
  154.  }
  155.  ​
  156.  ​
  157.  ​
  158.  /*
  159.  函数功能: 对卡解锁--去除挂失状态。将卡状态设置为66
  160.  */
  161.  void Unlock_CardInformation()
  162.  {
  163.      CARD data;
  164.      if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
  165.      {
  166.          //判断卡是否已经激活
  167.          if(data.stat==66)
  168.          {
  169.             printf("此卡已解锁.\r\n");
  170.          }
  171.          //卡已经挂失
  172.          else if(data.stat==88)
  173.          {
  174.              //设置解锁状态
  175.             data.stat=66;
  176.  
  177.             //重新写入到卡里
  178.            RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。;
  179.  
  180.             printf("此卡已成功解锁.\r\n");
  181.          }
  182.          //卡没有激活
  183.          else 
  184.          {
  185.               printf("此卡没有激活.请先激活.\r\n");
  186.          }
  187.             //复位--释放选中的卡片
  188.          RC522_PcdReset();
  189.      }
  190.  }
  191.  ​
  192.  /*
  193.  函数功能: 对卡激活-将卡状态设置为66
  194.  ​
  195.  激活卡也叫注册卡。可以写入一些用户信息到卡里.
  196.  */
  197.  void Activation_CardInformation()
  198.  {
  199.      CARD data;
  200.      if(IC_Card_Read(&data)==MI_OK)
  201.      {
  202.          //判断卡是否已经激活
  203.          if(data.stat==66)
  204.          {
  205.             printf("此卡已激活,不需要重复激活.\r\n");
  206.          }
  207.          //卡已经挂失
  208.          else if(data.stat==88)
  209.          {
  210.             printf("此卡已激活,并挂失,锁定,请先解锁...\r\n");
  211.          }
  212.          //卡没有激活
  213.          else 
  214.          {
  215.              //设置解锁状态
  216.              data.stat=66;
  217.              strncpy((char*)data.phone,"473608901",sizeof(data.phone)-1);
  218.              //重新写入到卡里
  219.             // IC_Card_Write(&data);
  220.              /*3. 写数据到卡*/
  221.              RC522_PcdWrite(1, (u8*)&data); //写数据到第addr块，data入的数据值。
  222.              printf("此卡已成功激活.用户信息:%s\r\n",data.phone);
  223.          }
  224.  
  225.          //复位--释放选中的卡片
  226.          RC522_PcdReset();
  227.      }
  228.  }
  229.  ​
  230.  ​

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。

  1. #include "app.h"
  2.  ​
  3.  /*
  4.  RC522射频模块外部的接口:    
  5.  *1--SDA <----->PB5--片选脚
  6.  *2--SCK <----->PB4--时钟线
  7.  *3--MOSI<----->PA12--输出
  8.  *4--MISO<----->PA11--输入
  9.  *5--悬空
  10.  *6--GND <----->GND
  11.  *7--RST <----->PA8--复位脚
  12.  *8--VCC <----->VCC
  13.  */
  14.  ​
  15.  ​
  16.  int main()
  17.  {
  18.      USARTx_Init(USART1,72,115200);
  19.      LCD_Init();
  20.      LCD_Clear(BLACK);
  21.      XPT2046_TouchInit();
  22.      RC522_Init();
  23.  //    DisplayString(0,0,16,"12345jkdbdfvdfvdfv7364837340hdxsmsks3743934ndvdfv",BLACK,WHITE);
  24.  //    
  25.  //    POINT_COLOR=0x00FF; //设置画笔颜色
  26.  //    LCD_DrawLine(0,0,200,50); //画线
  27.  //    
  28.     //颜色填充
  29.      LCD_Fill(0,0,120,105,RED);
  30.      //颜色填充
  31.      LCD_Fill(120,0,239,105,RED);
  32.      //颜色填充
  33.      LCD_Fill(0,105,120,210,RED);
  34.      //颜色填充
  35.      LCD_Fill(120,105,239,210,RED);
  36.      //颜色填充
  37.      LCD_Fill(0,210,120,320,RED);
  38.      //颜色填充
  39.      LCD_Fill(120,210,239,320,RED);
  40.      DisplayString(0,0,16,"Activation",BLACK,WHITE);
  41.      DisplayString(120,0,16,"Query",BLACK,WHITE);
  42.      DisplayString(0,105,16,"Recharge",BLACK,WHITE);
  43.      DisplayString(120,105,16,"Consumption",BLACK,WHITE);
  44.      DisplayString(0,210,16,"locking",BLACK,WHITE);
  45.      DisplayString(120,210,16,"Unlock",BLACK,WHITE);   
  46.  ​
  47.  ​
  48.      while(1)
  49.      {   
  50.          //扫描触摸屏坐标
  51.          if(XPT2046_ReadXY())
  52.          {
  53.  
  54.              printf("x=%d,y=%d\r\n",xpt2046_touch.x,xpt2046_touch.y);
  55.              printf("x0=%d,y0=%d\r\n",xpt2046_touch.x0,xpt2046_touch.y0);
  56.  
  57.              // 对卡激活-
  58.              if(xpt2046_touch.x>0&&xpt2046_touch.x<120&&
  59.                 xpt2046_touch.y>0&&xpt2046_touch.y<105)
  60.              {
  61.                  printf("---- 对卡激活-Demo----\r\n");
  62.  
  63.                  //充值Demo
  64.                  Activation_CardInformation();
  65.                  //颜色填充
  66.                  LCD_Fill(0,0,120,105,WHITE);
  67.                  DisplayString(0,0,16,"Activation",BLACK,WHITE);
  68.                  //等待触摸屏松开
  69.                  while(XPT2046_PEN==0){}
  70.                  //颜色填充
  71.                  LCD_Fill(0,0,120,105,RED);
  72.                  DisplayString(0,0,16,"Activation",BLACK,WHITE);
  73.              }
  74.  
  75.              //查询Demo
  76.              else if(xpt2046_touch.x>120&&xpt2046_touch.x<240&&
  77.                 xpt2046_touch.y>0&&xpt2046_touch.y<105)
  78.              {
  79.                  printf("----运行查询Demo----\r\n");
  80.                  //查询Demo
  81.                  Query_CardInformation();
  82.                  //颜色填充
  83.                  LCD_Fill(120,0,239,105,WHITE);
  84.                  DisplayString(120,0,16,"Query",BLACK,WHITE);
  85.                  //等待触摸屏松开
  86.                  while(XPT2046_PEN==0){}
  87.                     //颜色填充
  88.                  LCD_Fill(120,0,239,105,RED);
  89.                  DisplayString(120,0,16,"Query",BLACK,WHITE);
  90.              }
  91.  
  92.              //充值Demo
  93.              else if(xpt2046_touch.x>0&&xpt2046_touch.x<120&&
  94.                 xpt2046_touch.y>105&&xpt2046_touch.y<210)
  95.              {
  96.                  printf("----运行充值Demo----\r\n");
  97.                  //充值Demo
  98.                  Recharge_CardInformation();
  99.                  //颜色填充
  100.                  LCD_Fill(0,105,120,210,WHITE);
  101.                  DisplayString(0,105,16,"Recharge",BLACK,WHITE);
  102.                  //等待触摸屏松开
  103.                  while(XPT2046_PEN==0){}
  104.                     //颜色填充
  105.                  LCD_Fill(0,105,120,210,RED);
  106.                  DisplayString(0,105,16,"Recharge",BLACK,WHITE);
  107.              }
  108.  
  109.              //消费Demo
  110.              else if(xpt2046_touch.x>120&&xpt2046_touch.x<240&&
  111.                 xpt2046_touch.y>105&&xpt2046_touch.y<210)
  112.              {
  113.                  printf("----运行消费Demo----\r\n");
  114.                  //消费Demo
  115.                  Consumption_CardInformation();
  116.                  //颜色填充
  117.                  LCD_Fill(120,105,239,210,WHITE);
  118.                  DisplayString(120,105,16,"Consumption",BLACK,WHITE);
  119.                  //等待触摸屏松开
  120.                  while(XPT2046_PEN==0){}
  121.                  //颜色填充
  122.                  LCD_Fill(120,105,239,210,RED);
  123.                  DisplayString(120,105,16,"Consumption",BLACK,WHITE);
  124.                  //等待触摸屏松开
  125.              }
  126.  
  127.              //挂失Demo
  128.              else if(xpt2046_touch.x>0&&xpt2046_touch.x<120&&
  129.                 xpt2046_touch.y>210&&xpt2046_touch.y<320)
  130.              {
  131.                  printf("----运行挂失Demo----\r\n");
  132.                  //挂失Demo
  133.                  locking_CardInformation();
  134.                  //颜色填充
  135.                  LCD_Fill(0,210,120,320,WHITE);
  136.                  DisplayString(0,210,16,"locking",BLACK,WHITE);
  137.                  //等待触摸屏松开
  138.                  while(XPT2046_PEN==0){}
  139.                    //颜色填充
  140.                  LCD_Fill(0,210,120,320,RED);
  141.                  DisplayString(0,210,16,"locking",BLACK,WHITE);
  142.              }  
  143.  
  144.               //解锁Demo
  145.              else if(xpt2046_touch.x>120&&xpt2046_touch.x<240&&
  146.                 xpt2046_touch.y>210&&xpt2046_touch.y<320)
  147.              {
  148.                  printf("----运行解锁Demo----\r\n");
  149.                  //解锁Demo
  150.                  Unlock_CardInformation();
  151.                  //颜色填充
  152.                  LCD_Fill(120,210,239,320,WHITE);
  153.                  DisplayString(120,210,16,"Unlock",BLACK,WHITE);
  154.                  //等待触摸屏松开
  155.                  while(XPT2046_PEN==0){}
  156.                      //颜色填充
  157.                  LCD_Fill(120,210,239,320,RED);
  158.                  DisplayString(120,210,16,"Unlock",BLACK,WHITE);
  159.              }    
  160.          }
  161.  
  162.  
  163.          delay_ms(10);
  164.      }
  165.  }

2.4 运行效果

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