基于KEA单片机的出租车载nfc终端设计

只看该作者 · 2014-6-25 19:38

本帖最后由 gxliu08 于 2014-6-26 13:20 编辑

为出租车设计一款车载nfc终端，支持公交一卡通，支持手机支付，手机交互（获取消费优惠券、打车确认等等），器件选择KEA系列单片机，射频卡控制器暂选NXP PN532，车载12伏供电。

只看该作者 · 2014-6-25 19:41

近场通信（Near Field Communication，NFC），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。这个技术由免接触式射频识别（RFID）演变而来，并向下兼容RFID，最早由Sony和Philips各自开发成功，主要用于手机等手持设备中提供M2M(Machine to Machine)的通信。
NFC 芯片是具有相互通信功能，并具有计算能力，在Felica标准中还含有加密逻辑电路，MIFARE的后期标准也追加了加密/解密模块(SAM)。NFC标准兼容了索尼公司的FeliCaTM标准，以及ISO 14443 A，B，也就是使用飞利浦的MIFARE标准。在业界简称为TypeA，TypeB和TypeF，其中A,B为Mifare标准，F为Felica标准。为了推动 NFC 的发展和普及，业界创建了一个非营利性的标准组织——NFC Forum，促进 NFC 技术的实施和标准化，确保设备和服务之间协同合作。目前，NFC Forum在全球拥有数百个成员，包括：SONY、　Phlips、LG、摩托罗拉、NXP、NEC、三星、atoam、Intel、其中中国成员有中国移动、华为、中兴、上海同耀和台湾正隆等公司。

只看该作者 · 2014-6-25 19:42

NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。首先，NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。最后，RFID更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。

只看该作者 · 2014-6-25 19:43

工作模式:
卡模式（Card emulation）：这个模式其实就是相当于一张采用RFID技术的IC卡。可以替代现在大量的IC卡（包括信用*）场合商场刷卡、公交卡、门禁管制，车票，门票等等。此种方式下，有一个极大的优点，那就是卡片通过非接触读卡器的 RF 域来供电，即便是寄主设备（如手机）没电也可以工作。
点对点模式（P2P mode）：这个模式和红外线差不多，可用于数据交换，只是传输距离较短，传输创建速度较快，传输速度也快些，功耗低（蓝牙也类似）。将两个具备NFC功能的设备链接，能实现数据点对点传输，如下载音乐、交换图片或者同步设备地址薄。因此通过NFC，多个设备如数位相机、PDA、计算机和手机之间都可以交换资料或者服务。
读卡器模式(Reader/writer mode)：作为非接触读卡器使用，比如从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。
NFC天线:
一种近场耦合天线，由于13.56Mhz波长很长，且读写距离很短，合适的耦合方式是磁场耦合，线圈是合适的耦合方式。业界在手机中通常采用磁性薄膜（如TDK等公司生产）贴合FPC方式来做天线。一种新技术是磁性薄膜与FPC合一，也即磁性FPC。
NFC标签种类:
NFC的基本标签类型有四种，以1至4来标识，各有不同的格式与容量。这些标签类型格式的基础是：ISO 14443的A与B类型、Sony FeliCa，前者是非接触式智能卡的国际标准，而后者符合 ISO 18092被动式通讯模式标准。　保持NFC标签尽可能简单的优势是：在很多场合，标签可为一次性使用，例如在海报中寿命较短的场合。
第1类标签（Tag 1 Type）：此类型基于ISO14443A标准。此类标签具有可读、重新写入的能力，用户可将其配置为只读。存储能力为96字节，用来存网址URL或其他小量数据富富有余。然而，内存可被扩充到2k字节。此类NFC标签的通信速度为106 kbit/s。此类标签简洁，故成本效益较好，适用于许多NFC应用
第2类标签（Tag 2 Type）：此类标签也是基于ISO14443A，具有可读、重新写入的能力，用户可将其配置为只读。其基本内存大小为48字节，但可被扩充到2k字节。通信速度也是106 kbit/s。
第3类标签（Tag 3 Type）：此类标签基于Sony FeliCa体系。目前具有2k字节内存容量，数据通讯速度为212 kbit/s。故此类标签较为适合较复杂的应用，尽管成本较高。
第4类标签（Tag 4 Type）：此类标签被定义为与ISO14443A、B标准兼容。制造时被预先设定为可读/可重写、或者只读。内存容量可达32k字节，通信速度介于106 kbit/s和424 kbit/s之间。

只看该作者 · 2014-6-25 22:10

PN532特性：
带40 kB ROM和1 kB RAM的80C51微控制器内核；
高度集成的模拟电路，解调和译码响应；
输出缓冲驱动器通过最少量的外部无源器件连接天线；
集成了RF场检测器；
集成了数据模式检测器；
支持ISO/IEC 14443A / MIFARE；
只在读写器模式中支持ISO/IEC 14443B；
在读写器模式中典型工作距离超过50mm，具体距离由天线尺寸、调谐和电源决定；
在NFCIP-1模式下工作距离高达50mm，具体视天线的尺寸、调谐以及电源而定；
在卡操作模式中典型工作距离约为100mm，具体距离由天线尺寸、调谐和外部场强度决定；
在读写器模式中，支持Mifare Classic加密，可支持212 kbit/s和424 kbit/s两种更高数据传输速率；
FeliCa模式下，支持106kbit/s 、212kbit/s和424kbit/s的通信波特率；
集成了NFCIP-1的RF接口，传输速率高达424kbit/s；
支持主机接口：
　　　－SPI接口；
　　　－I2C接口；
　　　－串行UART；
灵活的中断模式；
低功耗模式一硬件掉电模式一软件掉电模式；
当器件处于掉电模式时能够通过I2C、HSU和SPI接口自动唤醒；
可编程定时器；
石英晶体振荡器；
2.7V~5.5V的电源；
供外部加密芯片使用的电源切换功能；
控制外部设备的专用I/O管脚；
供产品测试使用的集成天线检测器；
与外部加密IC连接的ECMA 373 NFC-WI接口；

我打算用SPI接口，KEA与PN532接口

只看该作者 · 2014-6-26 09:39

不错，不过现在市面上好像已经有很多这样的东西了。楼主需要有点改进和创新才行啊

只看该作者 · 2014-6-26 10:08

本帖最后由 gxliu08 于 2014-6-26 10:12 编辑

ar_m_cu 发表于 2014-6-26 09:39
不错，不过现在市面上好像已经有很多这样的东西了。楼主需要有点改进和创新才行啊 ...

那是普通读卡器，我要做的支持nfc的，刷公交卡的我早就做过了。这个要和手机互通。nfc和RFID的区别是很大的，不过好多人搞不清。很多开发也是仅仅当RFID用。

只看该作者 · 2014-6-26 10:16

PN532 SPI驱动，准备移植到KEA

#include "PN532_SPI.h"
#include "PN532_debug.h"

#define STATUS_READ    2
#define DATA_WRITE    1
#define DATA_READ    3

PN532_SPI::PN532_SPI(SPIClass &spi, uint8_t ss)
{
command = 0;
_spi = &spi;
_ss  = ss;
}

void PN532_SPI::begin()
{
pinMode(_ss, OUTPUT);

_spi->begin();
_spi->setDataMode(SPI_MODE0);  // PN532 only supports mode0
_spi->setBitOrder(LSBFIRST);
#ifndef __SAM3X8E__
_spi->setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV8); // set clock 2MHz(max: 5MHz)
#else
/** DUE spi library does not support SPI_CLOCK_DIV8 macro */
_spi->setClockDivider(42);          // set clock 2MHz(max: 5MHz)
#endif

}

void PN532_SPI::wakeup()
{
digitalWrite(_ss, LOW);
delay(2);
digitalWrite(_ss, HIGH);
}

int8_t PN532_SPI::writeCommand(const uint8_t *header, uint8_t hlen, const uint8_t *body, uint8_t blen)
{
command = header[0];
writeFrame(header, hlen, body, blen);

uint8_t timeout = PN532_ACK_WAIT_TIME;
while (!isReady()) {
      delay(1);
      timeout--;
      if (0 == timeout) {
         DMSG("Time out when waiting for ACK\n");
         return -2;
      }
}
if (readAckFrame()) {
      DMSG("Invalid ACK\n");
      return PN532_INVALID_ACK;
}
return 0;
}

int16_t PN532_SPI::readResponse(uint8_t buf[], uint8_t len, uint16_t timeout)
{
uint16_t time = 0;
while (!isReady()) {
      delay(1);
      time++;
      if (timeout > 0 && time > timeout) {
         return PN532_TIMEOUT;
      }
}

digitalWrite(_ss, LOW);
delay(1);

int16_t result;
do {
      write(DATA_READ);

      if (0x00 != read()    ||    // PREAMBLE
            0x00 != read()  ||    // STARTCODE1
            0xFF != read()          // STARTCODE2
         ) {

         result = PN532_INVALID_FRAME;
         break;
      }

      uint8_t length = read();
      if (0 != (uint8_t)(length + read())) { // checksum of length
         result = PN532_INVALID_FRAME;
         break;
      }

      uint8_t cmd = command + 1;             // response command
      if (PN532_PN532TOHOST != read() || (cmd) != read()) {
         result = PN532_INVALID_FRAME;
         break;
      }

      DMSG("read:  ");
      DMSG_HEX(cmd);

      length -= 2;
      if (length > len) {
         for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
            DMSG_HEX(read());                // dump message
         }
         DMSG("\nNot enough space\n");
         read();
         read();
         result = PN532_NO_SPACE;  // not enough space
         break;
      }

      uint8_t sum = PN532_PN532TOHOST + cmd;
      for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
         buf[i] = read();
         sum += buf[i];

         DMSG_HEX(buf[i]);
      }
      DMSG('\n');

      uint8_t checksum = read();
      if (0 != (uint8_t)(sum + checksum)) {
         DMSG("checksum is not ok\n");
         result = PN532_INVALID_FRAME;
         break;
      }
      read();       // POSTAMBLE

      result = length;
} while (0);

digitalWrite(_ss, HIGH);

return result;
}

boolean PN532_SPI::isReady()
{
digitalWrite(_ss, LOW);

write(STATUS_READ);
uint8_t status = read() & 1;
digitalWrite(_ss, HIGH);
return status;
}

void PN532_SPI::writeFrame(const uint8_t *header, uint8_t hlen, const uint8_t *body, uint8_t blen)
{
digitalWrite(_ss, LOW);
delay(2);             // wake up PN532

write(DATA_WRITE);
write(PN532_PREAMBLE);
write(PN532_STARTCODE1);
write(PN532_STARTCODE2);

uint8_t length = hlen + blen + 1; // length of data field: TFI + DATA
write(length);
write(~length + 1);       // checksum of length

write(PN532_HOSTTOPN532);
uint8_t sum = PN532_HOSTTOPN532; // sum of TFI + DATA

DMSG("write: ");

for (uint8_t i = 0; i < hlen; i++) {
      write(header[i]);
      sum += header[i];

      DMSG_HEX(header[i]);
}
for (uint8_t i = 0; i < blen; i++) {
      write(body[i]);
      sum += body[i];

      DMSG_HEX(body[i]);
}

uint8_t checksum = ~sum + 1;       // checksum of TFI + DATA
write(checksum);
write(PN532_POSTAMBLE);

digitalWrite(_ss, HIGH);

DMSG('\n');
}

int8_t PN532_SPI::readAckFrame()
{
const uint8_t PN532_ACK[] = {0, 0, 0xFF, 0, 0xFF, 0};

uint8_t ackBuf[sizeof(PN532_ACK)];

digitalWrite(_ss, LOW);
delay(1);
write(DATA_READ);

for (uint8_t i = 0; i < sizeof(PN532_ACK); i++) {
      ackBuf[i] = read();
}

digitalWrite(_ss, HIGH);

return memcmp(ackBuf, PN532_ACK, sizeof(PN532_ACK));
}

只看该作者 · 2014-6-26 10:18

每天都有成百上千吨的优惠券被打印出来发送给路人。这么做既不环保，用起来也麻烦。而设计这个车载NFC终端，只要用手机轻轻碰一下，就能将优惠信息下载到手机上，然后直接去商家享受打折优惠，是不是非常的方便呢？

只看该作者 · 2014-6-26 10:22

出租车载nfc终端发放优惠券，就需要把自己模拟成标签了。

只看该作者 · 2014-6-26 10:25

另外一个重要功能，什么打车软件都可以利用nfc终端进行确认啊，把nfc终端当作最终确认设备，避免恶意欺诈。

只看该作者 · 2014-6-26 10:25

开始原型设计！

只看该作者 · 2014-6-26 10:58

貌似这个系列片子不好买啊，是不是还没有量产？

只看该作者 · 2014-6-26 11:03

KEA的样品可以找我，QQ29609669

只看该作者 · 2014-6-26 11:50

nfc信息标注+google眼镜，应该会很科幻呢

只看该作者 · 2014-6-26 13:07

袍哥人家9527 发表于 2014-6-26 11:03
KEA的样品可以找我，QQ29609669

qq加你了，准备在数控电台里用

只看该作者 · 2014-6-26 13:16

PN532原理图

只看该作者 · 2014-6-26 13:19

可惜PN532是QFN封装，不太好焊接，还是喜欢FMSH的SO封装，FMSH也有类似NFC产品，我也在用，还不成熟，就不献丑了。

只看该作者 · 2014-6-26 13:23

淘宝了一下，没有找到该系列片子。

只看该作者 · 2014-6-26 13:28

有人把libnfc库移植到stm32了，这种感觉和上次看到有人在stm32上跑linux相似，至于吗，写个驱动的事。

基于KEA单片机的出租车载nfc终端设计

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