2024年8月11日发(作者：崔好慕)
信息与电脑
2020年第6期
China Computer & Communication
软件开发与应用
NFC手环身份识别系统的设计与实现
曾崇林 姚富光 王运运
（重庆第二师范学院，重庆 400065）
摘 要：
为了提高具有NFC功能的手环与传统终端设备的识别、连接效率，以及减少手环用户对智能手机的依赖，
本设计采用近场通信技术和物联网通信技术，设计并实现了一种基于NFC的手环身份识别系统，能够达到快速且简单地
完成用户身份识别，并建立数据传输通道的目的。
关键词：
物联网；NFC；WiFi；智能手环
中图分类
号：TP393.09 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2020）06-093-03
Design and Implementation of NFC Bracelet Identification System
Zeng Chonglin, Yao Fuguang, Wang Yunyun
Abstract:
In order to improve the efficiency of identification and connection of bracelets with NFC capabilities and traditional
(Chongqing University of Education, Chongqing 400065, China)
terminal devices, and to reduce the reliance of bracelet users on smartphones, the design uses near-field communication technology
achieve user identification quickly and easily. And establish the purpose of data transmission channel.
and Internet of Things communication technology, and designs and implements an NFC-based bracelet identification system to
Key words:
internet of things; NFC; WiFi; intellectual band
０ 引言１ 系统设计
智能手环作为新时代的新生产物，已经被广泛应用在教
育、医疗、支付等方面。随着科技与教育事业的不断结合，
1.1 整体设计
国家、学校在注重知识教育的同时也将注意力转向智慧校园
该系统主要包括两部分：硬件感知系统和软件数据系统。
建设
[1-5]
。目前，许多高校已经实施了相关项目，不仅能够
硬件感知系统直接面向用户，对系统的运行状态进行提示和
培养学生积极锻炼的习惯，还能采集学生的运动和校园行为
显示，能够完成数据的采集和传输。软件数据系统面向管理
数据，搭建一个以智能手环为核心的校园智慧平台，使用带
层存放用户的信息，用于身份核对和识别
[6-10]
。
NFC协议的智能手环逐渐成为身份识别的重要手段。实际应
硬件感知系统利用射频电路、通信电路以及其他外围设
用场景如图1所示。
备完成感知，将获得的数据传输至上位机，包括系统控制及
状态指示模块、NFC读卡模块、无线通信模块和信息显示模
块。整个系统的结构如图2所示。
图２ ＮＦＣ手环的身份识别系统
图１ 应用场景示意图
基金项目：
重庆第二师范学院大学生科研项目（项目编号：KY20190210）；“启智”众创空间大学生创业孵化项目（项目编号：
ZC2019O40）；重庆第二师范学院科研平台（项目编号：2017XJPT07）。
作者简介：
曾崇林(1998—)，男，重庆人，本科。研究方向：智能穿戴。
— ９３ —
软件开发与应用
信息与电脑
China Computer & Communication
2020年第6期
1.2 系统软件设计
系统使用Qt Creator作为上位机软件编写的开发环境，
数据库部分字段及其属性如表1所示。
表１ 数据库部分字段及其属性
表名字段名说明
USER_ID用户id
USER_VIEW（用户信息）
USER_NAME用户姓名
RFID手环id
T_APPSDK_HEARTRATE_YYYYMM
USER_ID用户id
（心率数据）
RFID手环id
DATA1_INT心率，＜10的忽略
USER_ID用户id
T_APPSDK_SLEEP_YYYYMM
RFID手环id
（睡眠数据）
DATATIME开始睡眠时间
SYS_DATE上传记录时间
USER_ID用户id
T_APPSDK_STEP_YYYYMM
RFID手环id
（步数记录数据）
DATA1_INT步数
DATATIME步数产生所在小时
SYS_DATE上传记录时间
系统使用NFC近场通信技术识别到手环ID，手环ID以
数据包的格式通过WiFi模块使用TCP/IP协议上传至上位机，
数据接收成功之后，上位机操作数据库，实现上传数据的同
时对数据进行写操作。
1.3 系统硬件设计
本系统硬件部分是以STM32开发板为中心，匹配兼容
性后搭建好实验所需的硬件环境，其中各部分连接需实现的
功能如下：①NFC读卡器识别读取NFC智能手环ID；②为
STM32配有移动电源进行供电；③STM32与LCD连接，完
图４ ＮＦＣ模块程序流程
成数据显示。系统硬件结构如图3所示。
2.2 WiFi模块接收手环数据
WiFi模块接收上位机发送过来的数据包，解析数据包格
式，最终将数据显示在LCD上。WiFi读取的数据包格式如
表2所示。
表２ ＷｉＦｉ读取数据包格式
开始符中间字段结束符
=N/
数据包格式：变量=手环数据/。以“=”作为开始符，
以“/”作为结束符，中间的数据就是用户的步数、心率和睡
眠等数据，中间字段需要定义一个buff全局用于保存所有需
要获取的数据。WIFI模块接收数据成功并完成数据解析后，
图３ 系统硬件结构图
将数据显示在LCD显示屏上。
２ 系统实现
2.3 LCD模块实现
2.1 NFC模块实现
本系统将查询到的数据展示在终端LCD显示器上。
该系统使用STM32的外设UART与PN532进行通信，
LCD是通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转
首先要初始化串口号，然后发送相应的指令对PN532进行操
动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显
作，其中图4为模块程序流程图。
示目的，STM32单片机FSMC接口驱动LCD显示器，将界
面设计程序下载至LCD上，保证数据在LCD上能够清晰展
示，并通过TFT LCD液晶显示屏显示需要查询的数据。
— ９４ —
信息与电脑
2020年第6期
China Computer & Communication
软件开发与应用
３ 系统测试
表３ 面向源代码的内部测试部分检查内容
时间代码是否有注释逻辑性检查运行检查
3.1 系统功能测试
2019.3.15有满足系统要求、无死循环无bug
首先，需要将模块与开发板完成接线，按下模块的按钮
表４ 面向终端的外部测试综合数据
身份验证成功占比/%信息核实成功占比/%数据查询正确占比/%备注
后，此时LED呈现亮的状态，然后打开蓝牙软件的“蓝牙串
6060604次乱码
口”。搜索到对应的设备后，然后点击选择需要配对的设备，
909090
感应距离
输入配对的密码1111，随后只需要等待完成连接配对
[11]
。系
太远
统功能测试流程如图5所示。
100100100无
100100100无
100100100无
100100100无
100100100无
909090手环没电
100100100无
100100100无
注：表格中数据=该项成功次数/总测试次数（10次）。10次测试中人为随机进
行感应距离改变、模拟风雨天气、模拟手环电量不足、NFC频率改变等情况演练
测试，结果均算入测试结果。表5为各种模拟情况下手环与终端之间的感应和数
据读取时间。其中，感应时间会因为空间阻碍与距离加长而加长。
表５ 面向终端的外部测试性能数据
平均感应时间/s平均读取时间/s备注
约1约6阻碍
约1约6距离
约0.5约5无
约0.5约5无
参考文献
[1]百度百科.智能手环[EB/OL].(2018-05-09)[2020-03-
15]./doc/,2018.
[2]汤雪冰.智能手表中NFC移动支付的研究与开发[D].
上海:东华大学,2017:5-22.
[3]百度百科.NFC[EB/OL].(2017-07-01)[2020-03-15].
/doc/,2018.
[4]孙庆锋,熊琅钰,李泽洋.基于可穿戴设备的智慧校
园一环通系统[J].信息化建设,2016(3):6.
图５ 系统功能测试流程图
[5]王潇.基于NFC的电子巡更系统设计与实践[D].上海:
3.2 性能测试
东华大学,2016:15-26.
[6]张权,郭天骄.SQL查询的艺术[M].北京:人民邮电
性能测试需要完成程序的规范性、准确性和内部隐含的
出版社,2014:115.
错误检查。部分检查内容如表3所示。
[7]谭晖.低功耗蓝牙与智能硬件设计[M].北京:北京航
通过边测试边记录的方式，在不同时间段的系统外部测
空航天大学出版社,2016:258-271.
试中，得到如表4所示的测试综合数据。
[8]桂诗信,袁烨,李正荣,等.不同光学膜组合对TFT-
４ 结 语
LCD显示性能影响的研究[J].光电子技术,2018,38(4):271-273.
本文设计了基于STM32F103ZET6的NFC智能识别系
[9]罗志辉.基于PLC模糊控制的回转布料机控制系统
统，能够针对NFC手环实现身份识别功能。实验证明，系统
研究[D].长沙:中南大学,2009:24.
可实现数据的动态接收，操作稳定可靠，灵敏度高，适用于
[10]孙抗.基于物联网的市政管线标识监测系统的设计
环境复杂且不适合布线的数据采集。
与实现[D].西安:西安科技大学,2016:37.
[11]莫先.基于STM32单片机家电控制及家居环境监测
系统设计与实现[D].重庆:重庆理工大学,2016:16.
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2024年8月11日发(作者：崔好慕)
信息与电脑
2020年第6期
China Computer & Communication
软件开发与应用
NFC手环身份识别系统的设计与实现
曾崇林 姚富光 王运运
（重庆第二师范学院，重庆 400065）
摘 要：
为了提高具有NFC功能的手环与传统终端设备的识别、连接效率，以及减少手环用户对智能手机的依赖，
本设计采用近场通信技术和物联网通信技术，设计并实现了一种基于NFC的手环身份识别系统，能够达到快速且简单地
完成用户身份识别，并建立数据传输通道的目的。
关键词：
物联网；NFC；WiFi；智能手环
中图分类
号：TP393.09 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2020）06-093-03
Design and Implementation of NFC Bracelet Identification System
Zeng Chonglin, Yao Fuguang, Wang Yunyun
Abstract:
In order to improve the efficiency of identification and connection of bracelets with NFC capabilities and traditional
(Chongqing University of Education, Chongqing 400065, China)
terminal devices, and to reduce the reliance of bracelet users on smartphones, the design uses near-field communication technology
achieve user identification quickly and easily. And establish the purpose of data transmission channel.
and Internet of Things communication technology, and designs and implements an NFC-based bracelet identification system to
Key words:
internet of things; NFC; WiFi; intellectual band
０ 引言１ 系统设计
智能手环作为新时代的新生产物，已经被广泛应用在教
育、医疗、支付等方面。随着科技与教育事业的不断结合，
1.1 整体设计
国家、学校在注重知识教育的同时也将注意力转向智慧校园
该系统主要包括两部分：硬件感知系统和软件数据系统。
建设
[1-5]
。目前，许多高校已经实施了相关项目，不仅能够
硬件感知系统直接面向用户，对系统的运行状态进行提示和
培养学生积极锻炼的习惯，还能采集学生的运动和校园行为
显示，能够完成数据的采集和传输。软件数据系统面向管理
数据，搭建一个以智能手环为核心的校园智慧平台，使用带
层存放用户的信息，用于身份核对和识别
[6-10]
。
NFC协议的智能手环逐渐成为身份识别的重要手段。实际应
硬件感知系统利用射频电路、通信电路以及其他外围设
用场景如图1所示。
备完成感知，将获得的数据传输至上位机，包括系统控制及
状态指示模块、NFC读卡模块、无线通信模块和信息显示模
块。整个系统的结构如图2所示。
图２ ＮＦＣ手环的身份识别系统
图１ 应用场景示意图
基金项目：
重庆第二师范学院大学生科研项目（项目编号：KY20190210）；“启智”众创空间大学生创业孵化项目（项目编号：
ZC2019O40）；重庆第二师范学院科研平台（项目编号：2017XJPT07）。
作者简介：
曾崇林(1998—)，男，重庆人，本科。研究方向：智能穿戴。
— ９３ —
软件开发与应用
信息与电脑
China Computer & Communication
2020年第6期
1.2 系统软件设计
系统使用Qt Creator作为上位机软件编写的开发环境，
数据库部分字段及其属性如表1所示。
表１ 数据库部分字段及其属性
表名字段名说明
USER_ID用户id
USER_VIEW（用户信息）
USER_NAME用户姓名
RFID手环id
T_APPSDK_HEARTRATE_YYYYMM
USER_ID用户id
（心率数据）
RFID手环id
DATA1_INT心率，＜10的忽略
USER_ID用户id
T_APPSDK_SLEEP_YYYYMM
RFID手环id
（睡眠数据）
DATATIME开始睡眠时间
SYS_DATE上传记录时间
USER_ID用户id
T_APPSDK_STEP_YYYYMM
RFID手环id
（步数记录数据）
DATA1_INT步数
DATATIME步数产生所在小时
SYS_DATE上传记录时间
系统使用NFC近场通信技术识别到手环ID，手环ID以
数据包的格式通过WiFi模块使用TCP/IP协议上传至上位机，
数据接收成功之后，上位机操作数据库，实现上传数据的同
时对数据进行写操作。
1.3 系统硬件设计
本系统硬件部分是以STM32开发板为中心，匹配兼容
性后搭建好实验所需的硬件环境，其中各部分连接需实现的
功能如下：①NFC读卡器识别读取NFC智能手环ID；②为
STM32配有移动电源进行供电；③STM32与LCD连接，完
图４ ＮＦＣ模块程序流程
成数据显示。系统硬件结构如图3所示。
2.2 WiFi模块接收手环数据
WiFi模块接收上位机发送过来的数据包，解析数据包格
式，最终将数据显示在LCD上。WiFi读取的数据包格式如
表2所示。
表２ ＷｉＦｉ读取数据包格式
开始符中间字段结束符
=N/
数据包格式：变量=手环数据/。以“=”作为开始符，
以“/”作为结束符，中间的数据就是用户的步数、心率和睡
眠等数据，中间字段需要定义一个buff全局用于保存所有需
要获取的数据。WIFI模块接收数据成功并完成数据解析后，
图３ 系统硬件结构图
将数据显示在LCD显示屏上。
２ 系统实现
2.3 LCD模块实现
2.1 NFC模块实现
本系统将查询到的数据展示在终端LCD显示器上。
该系统使用STM32的外设UART与PN532进行通信，
LCD是通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转
首先要初始化串口号，然后发送相应的指令对PN532进行操
动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显
作，其中图4为模块程序流程图。
示目的，STM32单片机FSMC接口驱动LCD显示器，将界
面设计程序下载至LCD上，保证数据在LCD上能够清晰展
示，并通过TFT LCD液晶显示屏显示需要查询的数据。
— ９４ —
信息与电脑
2020年第6期
China Computer & Communication
软件开发与应用
３ 系统测试
表３ 面向源代码的内部测试部分检查内容
时间代码是否有注释逻辑性检查运行检查
3.1 系统功能测试
2019.3.15有满足系统要求、无死循环无bug
首先，需要将模块与开发板完成接线，按下模块的按钮
表４ 面向终端的外部测试综合数据
身份验证成功占比/%信息核实成功占比/%数据查询正确占比/%备注
后，此时LED呈现亮的状态，然后打开蓝牙软件的“蓝牙串
6060604次乱码
口”。搜索到对应的设备后，然后点击选择需要配对的设备，
909090
感应距离
输入配对的密码1111，随后只需要等待完成连接配对
[11]
。系
太远
统功能测试流程如图5所示。
100100100无
100100100无
100100100无
100100100无
100100100无
909090手环没电
100100100无
100100100无
注：表格中数据=该项成功次数/总测试次数（10次）。10次测试中人为随机进
行感应距离改变、模拟风雨天气、模拟手环电量不足、NFC频率改变等情况演练
测试，结果均算入测试结果。表5为各种模拟情况下手环与终端之间的感应和数
据读取时间。其中，感应时间会因为空间阻碍与距离加长而加长。
表５ 面向终端的外部测试性能数据
平均感应时间/s平均读取时间/s备注
约1约6阻碍
约1约6距离
约0.5约5无
约0.5约5无
参考文献
[1]百度百科.智能手环[EB/OL].(2018-05-09)[2020-03-
15]./doc/,2018.
[2]汤雪冰.智能手表中NFC移动支付的研究与开发[D].
上海:东华大学,2017:5-22.
[3]百度百科.NFC[EB/OL].(2017-07-01)[2020-03-15].
/doc/,2018.
[4]孙庆锋,熊琅钰,李泽洋.基于可穿戴设备的智慧校
园一环通系统[J].信息化建设,2016(3):6.
图５ 系统功能测试流程图
[5]王潇.基于NFC的电子巡更系统设计与实践[D].上海:
3.2 性能测试
东华大学,2016:15-26.
[6]张权,郭天骄.SQL查询的艺术[M].北京:人民邮电
性能测试需要完成程序的规范性、准确性和内部隐含的
出版社,2014:115.
错误检查。部分检查内容如表3所示。
[7]谭晖.低功耗蓝牙与智能硬件设计[M].北京:北京航
通过边测试边记录的方式，在不同时间段的系统外部测
空航天大学出版社,2016:258-271.
试中，得到如表4所示的测试综合数据。
[8]桂诗信,袁烨,李正荣,等.不同光学膜组合对TFT-
４ 结 语
LCD显示性能影响的研究[J].光电子技术,2018,38(4):271-273.
本文设计了基于STM32F103ZET6的NFC智能识别系
[9]罗志辉.基于PLC模糊控制的回转布料机控制系统
统，能够针对NFC手环实现身份识别功能。实验证明，系统
研究[D].长沙:中南大学,2009:24.
可实现数据的动态接收，操作稳定可靠，灵敏度高，适用于
[10]孙抗.基于物联网的市政管线标识监测系统的设计
环境复杂且不适合布线的数据采集。
与实现[D].西安:西安科技大学,2016:37.
[11]莫先.基于STM32单片机家电控制及家居环境监测
系统设计与实现[D].重庆:重庆理工大学,2016:16.
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