摘 要

主机卡模拟（HCE，Host-based Card Emulation）是一种在配备NFC功能的手机上基于软件实现卡模拟的方式。随着智能手机的普及与发展，将该技术在门禁系统中用于模拟门禁卡可以达到取缔繁琐操作、减少资源浪费的目的。

本设计通过NFC的主机卡模拟机制，在型号为小米note3的手机上开发NFC主机卡模拟应用程序，应用程序具有读卡功能、写卡功能和模拟功能。本设计主要从以下几个方面进行研究：

首先介绍了Android平台、NFC技术以及系统开发涉及的其他技术知识；其次从卡模拟系统的总体需求和功能需求大小两个方面对其进行需求分析；核心部分阐述了卡模拟系统的整体架构、各个功能的具体设计与实现以及系统的界面展示；随后介绍了该门禁卡模拟系统的测试方法与测试结果。在论文的最后，对成果进行了经济性分析、总结并对其未来的发展进行了展望。

关键词：Android；近场通信技术；主机卡模拟

Abstract

HCE (Host-based Card Emulation) is a software-based card emulation method on an NFC-enabled mobile phone. With the popularization and development of smart phones, the technology used in the access control system to simulate access control cards can achieve the purpose of eliminating cumbersome operations and reducing resource waste.

This design develops an NFC host card emulation application on the mobile phone model Xiaomi note3 through the NFC host card emulation mechanism. The application has a card reading function, a card writing function and an analog function. This design mainly studies from the following aspects:

Firstly, it introduces the Android platform, NFC technology and other technical knowledge involved in system development. Secondly, it analyzes the requirements from the overall requirements and function requirements of the card simulation system. The core part explains the overall architecture of the card simulation system. The specific design and implementation of the function and the interface display of the system; then the test methods and test results of the access control card simulation system are introduced. At the end of the paper, the results of the economic analysis, summary and prospects for its future development.

Key Words: Android; Near field communication technology; host card emulation

目录

摘要 2

Abstract 3

第1章 绪论 1

1.1 项目背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 门禁系统发展历程及其趋势 1

1.2.2 NFC国内外发展 3

1.2.3 国内外研究现状 5

1.3 研究目的及意义 6

1.4 本研究的基本内容 8

第2章 系统架构设计及分析 9

2.1 系统需求分析 9

2.2 软件总体设计 9

2.2.1 Android操作系统架构 10

2.2.2 Android应用程序结构 10

2.2.3 Android组件与界面 11

2.3 硬件总体设计 14

2.3.1 NFC通信模式 14

2.3.2 NFC工作模式 15

2.3.3 读卡硬件设计 15

2.3.4 模拟功能硬件设计 17

2.4 本章小结 17

第3章 NFC协议关键技术分析 19

3.1 NFC协议族 19

3.2 NDEF协议分析 19

3.2.1 NDEF消息组成 19

3.2.2 NDEF记录组成 20

3.2.3 NDEF数据设计 21

3.3 RTD协议分析 21

3.3.1 Text文本分析 21

3.3.2 RTD数据设计 22

3.4 本章小结 22

第4章 应用程序设计与实现 23

4.1 应用程序GUI 23

4.1.1 应用程序GUI设计 23

4.1.2 应用程序GUI实现 23

4.2 NFC前台调度系统 27

4.3 读卡功能 27

4.3.1 读卡功能设计 28

4.3.2 读卡功能实现 29

4.4 写卡功能 33

4.4.1 写卡功能设计 33

4.4.2 写卡功能实现 33

4.5 模拟功能 35

4.5.1 模拟功能设计 35

4.5.2 模拟功能实现 36

4.6 本章小结 36

第5章 实验结果与分析 37

5.1 系统测试方法 37

5.1.1 NFC标签读取功能测试 37

5.1.2模拟功能测试 37

5.1.3 NFC卡区块读取 38

5.1.4 写入Text测试 38

5.1.5 写入打开短信功能测试 39

5.2 经济性分析 40

5.6 本章小结 40

第6章 总结与展望 41

致谢 42

参考文献 1

第1章 绪论

1.1 项目背景

21世纪以来，随着移动设备和物联网等信息技术的不断发展，民众使用移动设备的数量呈现出了爆炸性的增长趋势，手机、平板电脑等移动设备技术的推广进一步使得应用软件不断地被更新和完善，通信的方便快捷以及安全性成为人们追寻的目标。NFC技术随着科技的发展应运而生，其与移动设备的技术融合，促使在移动终端上对新一代创新应用开发运动的正式开启——用户得以使用更快捷、更简便的方法收发数据，NFC技术因此受到众多国家政策支持和运营商的积极推广^[1]。

我国传统的机械门作用及安全性有限，更不能满足管理的需求。于是，就产生了门禁系统，随着技术的突破，门禁系统也随之发展。在互联网 的概念席卷而来之时，门禁产品迎来了又一个机遇。如今，基于信息技术的门禁系统研究方兴未艾，应用这方面技术的出入管理系统已经发展得较为完善。然而尽管在不断进步，现有的系统也存在许多问题：用于身份识别的磁卡因为使用频次增高而逐渐被损毁，而且磁卡本身体积小，容易丢失，落入外人手里可能还会造成财产损失和个人信息的泄露。磁卡还有相当的制作成本，有的甚至要一直插在卡槽中才能使用，这也给我们的生活带来很多不便。