中 原 大 學

電機工程學系

碩士學位論文

RFID 結合快閃記憶體之線上點名系統

An Online Roll-call System Based on RFID With Flash Memory

指導教授：王佳盈

研 究 生：蔡曜任

中華民國一 ○○ 年七月

中

原

大

學

電

機

工

程

學

系

碩

士

學

位

論

文

R

F

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結

合

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記

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體

之

線

上

點

名

系

統

蔡

曜

任

中

華

民

國

一

○

○

年

七

月

I

摘要

無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification, RFID）是近年來新興

的熱門技術，RFID 除了做為存取控制、物流管理、以及大眾運輸票卡的應用之

外，還可以應用在很多其他的應用上。本論文的主旨是利用 RFID 設計一個有效

率的學生出席記錄管理系統，我們利用內含 Mifare ISO14443 規格之學生證標籤

（Tag），以及一個 RFID 讀取器（Reader），結合快取記憶體設計出一個 RFID 點

名系統。這個系統使用 USB 介面，並且是一個即插即用的 USB 裝置，出席紀錄

可以直接上傳至網路上的 Google 文件。藉由學生出席記錄的自動化、科學化及

規範化的管理，可以讓學生方便知道自己的出席記錄，也可以有效減少上課點

名時所耗費的時間，以提高教師的教學品質。

關鍵詞：RFID、點名系統、即插即用

II

Abstract

In recent years, Radio Frequency Identification (RFID) is an emerging and

popular technology. RFID has been successfully applied in access control, logistics

management, public transport ticket application, and many other applications. The

thrust of the paper is to program an RFID roll-call system to manage students

attendance records efficiently. We use Mifare ISO14443 Tag and an RFID Reader,

combined with flash memory to construct a roll-call system. The system has a USB

interface and is designed as a plug-and-play USB device. The attendance records can

be uploaded to a Google document in the Internet. By achieving automation of

roll-call system on the basic scientific and standardized management, the students can

easily know their own attendance records, and teachers can also be effective in

reducing time consuming roll call in order to improve teaching quality.

Key words： RFID, Roll-call System, plug and play

III

誌謝

時間過得飛快，轉眼之間在中原已待了六個年頭，從大學時期到研究所

時期，感謝中原大學電機系對我各方面能力上的栽培；在研究所這兩年裡，很

慶幸的能夠受到王佳盈老師的教導，老師不僅是在學業上讓我獲益良多，在對

於人生的態度以及心靈上的學習更是讓我有著正面的成長，尤其在學習或生活

之中遇到了瓶頸，老師總是能為我指點出解決的辦法，讓我能夠順利跨過障礙，

而且老師的帄易近人讓我們之間的關係就像是朋友兄弟般的親近，讓我真的很

感謝在人生的學習路上能夠遇到我的貴人─王佳盈老師。

接著要感謝的是我實驗室的夥伴大千、詵凱、奕盛，以及學弟妹們，尤

其是在撰寫論文後期常常陪我熬夜到天亮的大千，彼此之間的陪伴跟鼓勵讓我

們都得以順利完成論文，這真是一件令人難以忘懷的刻苦時期；也要誠摯的感

謝中原電機 94 級的夥伴們，總是帶給我歡樂及關懷，也在學業和生活上給予我

相當大的幫助，能夠與你們相識真的是我這輩子最大的資產。此外，特別感謝

馬尚智老師與李世凱老師百忙抽空之中的來擔任我們論文的口詴委員。

最後，感謝我的家人給我的支持，父親和母親辛苦的工作栽培我們，讓

我們在學習的路上得以無後顧之憂，這種恩情是怎樣也報答不完的，因為有你

們才能讓我有所作為，真的是萬分感激，也僅此以本論文獻給我的父母，真的

很感謝你們。

IV

目錄 摘要 ...................................................................................................................................................... I

Abstract .............................................................................................................................................. II

誌謝 ................................................................................................................................................... III

目錄 ................................................................................................................................................... IV

圖目錄 ................................................................................................................................................. V

表目錄 ............................................................................................................................................... VI

第一章 緒論 ...................................................................................................................................... 1

1.1 研究背景 ............................................................................................................................. 1

1.2 研究目的與動機 ................................................................................................................. 2

1.3 研究流程 ............................................................................................................................. 3

1.4 論文各章節概述 ................................................................................................................. 5

第二章 RFID 系統原理及應用 ....................................................................................................... 6

2.1 RFID 系統介紹 .................................................................................................................. 6

2.2 RFID 系統分類 .................................................................................................................. 9

2.2.1 RFID 工作頻率 ....................................................................................................... 9

2.2.2 RFID 讀取器（RFID Reader） .......................................................................... 10

2.2.3 RFID 標籤（RFID Tag） .................................................................................... 11

2.3 NFC 標籤介紹 ................................................................................................................. 13

第三章 系統設計與架構 ................................................................................................................ 16

3.1 系統開發介紹 ................................................................................................................... 16

3.1.1 讀取器 PCR310U.................................................................................................. 16

3.1.2 MF5 函式庫功能介紹 .......................................................................................... 17

3.1.3 程式開發工具 ........................................................................................................ 21

3.1.4 資料庫 .................................................................................................................... 22

3.2 RFID 點名系統功能架構 ................................................................................................ 23

3.2.1 點名系統功能描述 .............................................................................................. 23

3.2.1 RFID 點名系統流程圖 ....................................................................................... 25

3.2.2 各點名系統的比較 ................................................................................................ 26

第四章 系統內容及操作流程 ........................................................................................................ 28

4.1 USB 快取記憶體與點名系統之結合 .............................................................................. 28

4.2 點名系統與網路之結合 ................................................................................................... 29

4.3 點名系統介面及操作 ....................................................................................................... 30

第五章 結論與未來展望 ................................................................................................................ 35

Reference ........................................................................................................................................... 36

V

圖目錄

圖 1.1 RFID 運作示意圖--------------------------------------------------------------------------2

圖 1.2 本研究流程圖-------------------------------------------------------------------------------4

圖 2.1 RFID 磁場感應式耦合示意圖-----------------------------------------------------------6

圖 2.2 RFID 反向散射式耦合示意圖-----------------------------------------------------------7

圖 2.3 RFID 整理運作流程圖--------------------------------------------------------------------9

圖 2.4 MIFARE S50 卡片記憶體配置---------------------------------------------------------14

圖 3.1 PCR310U 讀取器-------------------------------------------------------------------------17

圖 3.2 MF5 存取流程圖--------------------------------------------------------------------------17

圖 3.3 Visual Studio 2010 操作介面-----------------------------------------------------------21

圖 3.4 本研究 RFID 點名系統流程圖---------------------------------------------------------25

圖 3.5 逢甲大學智慧型教室點名系統---------------------------------------------------------27

圖 3.6 傳統點名方式------------------------------------------------------------------------------27

圖 4.1 本研究 RFID 點名系統執行檔---------------------------------------------------------28

圖 4.2 上傳網路之流程----------------------------------------------------------------------------29

圖 4.3 學生網頁瀏覽畫面------------------------------------------------------------------------30

圖 4.4 點名系統資料庫（uid_name）初始資料---------------------------------------------30

圖 4.5 本研究點名系統初始畫面---------------------------------------------------------------31

圖 4.6 資料庫（uid_poll）紀錄的讀卡時間-------------------------------------------------31

圖 4.7 點名系統標記出席記號的畫面---------------------------------------------------------32

圖 4.8 詢問是否新增人員的畫面---------------------------------------------------------------32

圖 4.9 跳出新進人員輸入姓名的視窗畫面---------------------------------------------------33

圖 4.10 新進人員出席紀錄-----------------------------------------------------------------------33

圖 4.11 最終出席狀況-----------------------------------------------------------------------------34

圖 4.12 網頁展示畫面------------------------------------------------------------------------------34

VI

表目錄

表 2.1 RFID 系統工作頻率表--------------------------------------------------------10

表 2.2 RFID 等級表--------------------------------------------------------------------12

表 3-1 MF5 函式庫介紹---------------------------------------------------------------19

表 3-2 本研究 RS232 常用的屬性、方法與事件---------------------------------19

表 3-3 本研究 MF5 存取常用的屬性、方法與事件-----------------------------20

表 3-4 GnetPlus Protocol 功能介紹-------------------------------------------------20

表 3-5 各種點名系統比較表----------------------------------------------------------26

1

第一章 緒論

1.1 研究背景

二十一世紀是資訊科技應用爆炸的時代，無線射頻辨識技術（Radio

Frequency Identification,RFID）被列為最值得觀察的十大技術之一，它是一種以

無線射頻訊號自動辨識目標物件的技術。其首次應用可以追溯到第二次世界大

戰時期（約 1940 年代），當時的功能是用於分辨出敵方飛機與我方飛機，我方

的飛機上裝載有高耗電量的主動式標籤（Active Tag），當雷達發出詢問的訊號，

這些標籤就會發出適當的回應，藉以此判斷出我方與敵方的飛機。

到了 1970 年代末期，美國政府將 RFID 技術轉移到民間於一般商業用途，

直到現今，RFID 技術已經被廣泛的應用於各個領域，從門禁管制、牲畜管理，

到物流管理，皆可以見到其蹤跡。而在台灣，經濟部 RFID 公領域應用推動辦公

室及許多產業界，也正大力推廣 RFID 的應用，RFID 不僅是人類科技的重大發

展，也是改變人類生活方式的新興科技。

RFID 系統的基本架構是由四個部分來組成的，電子標籤（Tag）、讀取器

（Reader）、天線（Antenna），以及主電腦應用系統。本論文是以被動式標籤為

例，讀取器透過天線發送一定頻率的射頻訊號，當帶有電子標籤的物品進入發

射天線工作區域時產生感應電流，電子標籤獲得能量被啟動後將自身資訊透過

標籤內建的天線發送給讀取器，讀取器所得到的電子標籤訊息經過主電腦應用

系統篩選及過濾後，由資料管理系統取得電子標籤內的相關資訊，並且進行資

2

料的處理、儲存及管理。

圖 1-1 RFID 運作示意圖[1]

1.2 研究目的與動機

科技日新月異的蓬勃發展，創新的科技與應用才能在這競爭激烈的環境

下脫穎而出，RFID 技術雖然已經有好幾年的發展，但是如果有創新的應用，一

樣能開拓藍海市場；RFID 技術應用在現實生活中的例子非常多，尤其以捷運悠

遊卡、電子錢包，以及門禁系統較為大眾所知，而在校園中看見以 RFID 技術為

應用的例子也不在少數，例如圖書館書籍管理以及校園導覽系統。

今年王佳盈老師承接了系上的教育部資通訊重點領域課程推廣計畫，負

責的部分正是無線射頻辨識系統與應用，因此我們希望能找出可以利用 RFID 系

統識別與便利的優勢來取代的事物，經過幾次上課的探討，我們發現利用 RFID

3

難以複製以及可同時讀取多個標籤的特性可以建構一個相當完善的點名系統。

在普遍的上課評分方式，學生們的出缺席記錄是一個相當重要的評分依

據，以往的點名方式都是以唱名為主，老師或助教們依照修課名單一個一個唱

名並登記出缺席狀況，之後將學生們每次上課的出缺席記錄手動的鍵入電腦並

建檔。傳統的點名方式點名時因為要一個一個的唱名以至於壓縮了上課的時

間，而用紙本來記錄學生們的出缺席狀況之後再鍵入電腦建檔也是一件相當麻

煩的事情，所以我們想到可以使用 RFID 技術來架構一個線上點名系統，利用現

在大部分學校的學生證都含有 Tag 的功能，將學生們每個人 Tag 裡的 UID 及姓

名建立資料庫，在每一次上課前都讓學生們用點名系統核對一次身分，將記錄

儲存於資料庫並上傳至網路，通過這種高效率的管理方式，即可精準掌控學生

們出席的狀況，大大提升以往的點名效率以及便利性。

1.3 研究流程

本研究的流程首先是研究主題的訂定以及確定研究範圍，接著尋找 RFID

相關研究資料，並且在這段期間選擇適合本研究的 RFID設備，本研究使用 Visual

Basic 6.0 作為點名系統的設計與製作的程式語言，在撰寫程式之前，首先先設

定本點名系統的使用方式與流程，接下來才開始設計系統並製作，程式寫完之

後即對系統做測詴以及除錯，之後再將程式結合快取記憶體，最後在實際的環

4

境下測詴，並且做出結論以及探討未來發展。

研究流程如圖 1-2 所示：

圖 1-2 本研究流程圖

1.研究主題之訂定

2.研究目的與範圍

3.理論背景的探討

4.選擇適合的RFID設備

5.系統設計與製作

6.系統測詴與實現

7.結論與未來展望

5

1.4 論文各章節概述

第一章：為本論文的緒論，概略敘述本研究的背景、目的與動機，簡單

介紹 RFID 的發展背景及趨勢，然後介紹本研究的流程。

第二章：RFID 原理介紹及應用，介紹 RFID 系統原理及應用，以及本研

究使用的 MIFARE 標準。

第三章：系統設計與架構，詳細介紹本研究所使用的硬體、工具以及 RFID

點名系統的架構，分析此系統在設計上的需求，介紹系統功能及注意事項，並

敘述本系統的操作流程。

第四章：實作介面及操作流程，為本論文研究之成果展現，將系統實際

操作並示範操作流程。

第五章：對於本論文之結論與未來展望

6

第二章 RFID 系統原理及應用

2.1 RFID 系統介紹

RFID（Radio Frequency Identification） ，中文名稱是無線射頻辨識系統，

又稱電子標籤，是一種通訊技術，可通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關

數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。

標籤和讀取器之間的無線通訊方式有磁場感應式耦合與反向散射式耦合

兩種，說明如下：

1. 磁場感應式耦合：利用磁場感應產生電流的原理，令標籤產生感應電

流驅動標籤中的 Chip 將資料送出，如圖 2-1。這一類的 RFID 由於受

限於磁場的強度，所以通訊距離通常較短，多使用於低頻的 RFID。

圖 2-1 RFID 磁場感應式耦合示意圖[2]

2. 反向散射式耦合：標籤利用收到的電波，在標籤內部的天線產生共振，

7

進而產生感應電流供應 Chip 使用，以回覆讀取器要求的資訊，如圖

2-2。此類型的 RFID 通訊距離較長，多使用於高頻率的 RFID。[2]

圖 2-2 RFID 反向散射式耦合示意圖[2]

RFID 系統最為人所知的應用就是取代了傳統的 Barcode 系統，在辨識能

力上 RFID 系統有著許多的優勢，將之列於下：

1. 可同時讀取多個標籤

2. 資料具加密、保密功能

3. 讀取快速

4. 可以重複編寫資料，標籤能重複回收再利用

雖然與傳統的 Barcode 辨識系統比起來有較高的優勢，但是目前 RFID 系

統仍有一些缺點必頇改進：

1. 建置成本較高

2. 標準尚未統一，部分專利可能影響 RFID 發展

3. 對於金屬、液體或潮濕環境穿透性很差

8

最基本的 RFID 系統由四個部分所組成：

標籤（Tag）：由藕合元件和晶片組成，標籤裡含有內建天線，用於和

射頻天線間進行通訊。

讀取器（Reader）：主要是用來讀取電子標籤，使用射頻信號，所以

不需要與電子標籤接觸即可讀取資料，並且分為只可讀及可讀寫兩

種。

天線（Antenna）：在讀取器和標籤之間傳遞射頻訊號。

應用程式（AP）：管理由標籤取得的資訊。[3]

RFID 整體運作流程如下，以本研究所使用之被動式裝置為例：

1. 讀取器透過天線發送一定頻率的射頻訊號，當標籤進入發射天線工作

區域時產生感應電流，標籤即獲得能量被啟動開始工作。

2. 標籤將自身編碼（ubiquitous ID,UID）等資訊透過標籤內建的天線發

送出去給讀取器。

3. 讀取器天線接收到從標籤回傳來的載波訊號，經由天線調節器傳送到

讀取器，讀取器對接收的訊號進行解調和解碼，然後送到後台應用程

式進行相關處理。

4. 應用程式根據邏輯運算判斷該標籤的合法性，針對不同的設定做出相

應的處理和控制，發出指令訊號控制執行下一步動作。[3]

9

RFID 整體運作流程圖如下：

圖 2-3 RFID 整理運作流程圖[1]

2.2 RFID 系統分類

2.2.1 RFID 工作頻率

對一個 RFID 系統來說，它的頻段概念是指讀取器通過天線發送、接收並

辨識的標籤信號頻率範圍，以應用概念來說，RFID 射頻標籤的工作頻率直接決

定系統應用的各方面特性，RFID 的工作頻率不僅決定射頻辨識系統的工作原

理、辨識距離，還決定著標籤和讀取器實現的難易程度和設備成本。

10

RFID 工作頻段的分配通常是由政府立法來執行，將電磁波譜分段，分配

給不同的工作目的使用，各國政府分配電磁波譜的方式，因對 RFID 系統應用上

的不同而有所差異，而 RFID 系統標準化的目的就是在尋求排除這方面問題的可

能性。根據一般國際上公認的 RFID 工作頻段，我們可以將頻段分類如下表所示：

低頻率LF 高頻率 HF 超高頻UHF 微波

microwave

頻率 125~

134kHz 13.56MHz 13.56MHz

PJM

13.56MHz

868~

915MHz

2.45~

5.8GHz

讀取距離 達 1.2m 0.7~1.2m 達 1.2m 達 1.2m 達 4m 達 15m

讀取速度 慢

少於 5 秒

(5KB 為 5

秒)

中

(0.5m/s)

非常快

(4m/s) 快 非常快

潮濕環境 沒有影響 沒有影響 沒有影響 沒有影響 嚴重影響 嚴重影響

發送器與

讀取器的

方向要求

沒有 沒有 沒有 沒有 部分必要 總是必要

已有的

ISO 標準

11784/85

和 14223

14443

A+B+C

18000-3.1/

15693 18000-3.2

18000-6 和

EPC

C0/C1/C1G2

18000-4

主要的應

用

門禁、鎖

車架、加

油站、洗

衣店

智慧卡、

電子 ID 票

務

針對大型

活動、貨

物物流

機場驗

票、郵

局、藥局

貨盤記錄、

卡車登記、

拖車追蹤

公路收

費、集裝箱

追蹤

表 2-1 RFID 系統工作頻率表[3]

2.2.2 RFID 讀取器（RFID Reader）

RFID Reader 的分類大致上可以分為兩種，第一種是由使用的頻段來做分

類，配合 RFID 系統的工作頻率一樣分為低頻、高頻以及超高頻；另一種分類則

11

是按照系統所使用的通訊介面不同來分類，常見的有 RS232、USB 以及 BLUE

TOOTH，另外還有 RS485/RS422、SD、Ethernet 和 Wiegand 等介面。[4]

2.2.3 RFID 標籤（RFID Tag）

RFID Tag 依據電池的有無分類，可分為被動式標籤（Passive Tag）與主

動式標籤（Active Tag）兩類。被動式標籤，又稱之為無源標籤，是由天線收集

由讀取器所發送的電磁能量，產生運作時所需的能量，其優點為無頇電池、成

本低、體積小和壽命長，但是通訊距離較短；主動式標籤運作時所需的能量是

由內部電池供應，且內部可設計搭配各式感應器或感測器以做特殊應用，例如

加上感應器可使讀取器在沒有感應到標籤時處於休眠狀態，一旦感應到了標籤

才會被喚醒，此種感應方式可稱之為半被動式標籤（Semi-passive Tag），主動式

標籤優點為通訊距離長、記憶容量大，但是電池需做定期更換，而且成本較高。

RFID Tag 亦可依使用頻率分類，可分為低頻、高頻、超高頻及微波，資

料讀取速率方面，以微波最快，低頻最慢；而讀取能力則是以低頻最佳，微波

最差。

除了上述兩種 RFID Tag 分類方式之外，在 2004 年 EPCglobal 公布了一套

RFID 標準，將 RFID Tag 從 Class 0 到 Class 5 分成六種不同的等級，如表 2-2 所

示；因為 RFID Tag 有著多樣的分類，使用者及廠商能因自己的需求來選擇或製

作 RFID Tag。

12

等級 讀寫能力 電源 用途 特性

Class 0 無 被動式 Tag 靠

感應耦合取得

EAS 電子商品防

竊系統之 Tag

1-Bit Transponder 的操作方

式內部只存在有、無 Tag 兩

種形態

已使用

Class 1 唯讀 被動式 Tag 靠

感應耦合取得

具 EPC 識別碼之

Tag

商品識字、 EPC 只能寫入

一次

已使用

Class 2 讀/寫 被動式 Tag 靠

感應耦合取得

具 EPC 識別碼之

Tag

資料記錄、 EPC 可重覆讀

寫

其他功能(如編密碼)

正在發展中

Class 3 讀/寫 半被動式 Tag

內建電池 環境感應器 Tag

此種感應器 Tag 必頇接收到

Reader 所發出的 RF 能量後

才執行資料的讀取寫入操作

正在發展中

Class 4 讀/寫 主動式 Tag 內

建電池

智慧塵、特殊的

無線網路上

在相同頻帶上可與 Reader

或多個 Tag 通訊的主動式

Tag

正在發展中

Class 5 讀/寫 主動式 Tag 內

建電池

此種 Tag 功能類似 Reader 以

提供 Class1~ Class3 的 Tag

所需電源以便與 Class4 的

Tag 通訊或者與同樣是

Class5 的 Tag 互相通訊

正在發展中

表 2-2 RFID 等級表[5]

13

2.3 NFC 標籤介紹

目前 RFID 標籤中技術最成熟，應用最廣泛也最成功的應該是屬於智慧卡

的部分，目前國人最熟悉的台北捷運悠遊卡就是屬於這一類，而這也是 MIFARE

系統的商業應用例子。MIFARE 這類型的非接觸式智慧卡所使用的技術通常稱

為近場通訊技術（Near Field Communication,NFC）。

NFC 技術得以成功應用除了軟硬體技術成熟之外，另一個主要原因就是

使用習慣，與希望透過 RFID 技術要求高度自動化的物流業來說，希望感應距離

遠，辨識度要高，但是現階段來說仍有許多難題需要克服，反觀 NFC，操作全

由使用者來決定，因為 NFC 要求的並不是感應距離長與自動化，而是高度的安

全性。

目前 NFC 技術普遍採用的是 RFID 高頻 13.56MHz 的技術，此部份的技

術目前有 ISO14443 與 ISO15693 兩個標準，最早是由荷蘭 Philips 公司所發展的

MIFARE 標籤規格，後來被 ISO 收錄成為標準。因為要求高度的安全性，所以

標籤內設計有金鑰的機制，目前常見的 NFC 標籤有四類，分別是 MIFARE S50、

MIFARE S70、MIFARE UltraLight 與 MIFARE ProX，依照需求可搭配有 1K~8K

的 EEPROM（電子抹除式可複寫唯讀記憶體）。

以本研究所使用的 MIFARE Standard S50 標籤為例來進行說明，EEPROM

是以 Sector 與 Block 的方式來進行劃分與使用，如圖 2-4 所示，將 1K 記憶體劃

分成 16個Sector，每個Sector內再劃分出 4個Block，亦即每個Block佔據 16Bytes

14

的容量，每個 Block 都有一個唯一的編號。金鑰則是儲存在每個 Sector 的最後

一個 Block 中，共可存放兩組金鑰（Key A 與 Key B）及存取條件。[6]

圖 2-4 MIFARE S50 卡片記憶體配置

除此之外，Block 00 記載著卡片的識別碼（UID）佔 8 個 Byte，製卡廠商

出場時就已經設定好了，而且不會重複，所以第一個 Sector 扣掉第一個與最後

15

一個Block後，可以儲存資料的空間大小剩下 32 Bytes，其他Sector則是 48 Bytes。

在使用上 Reader 的硬體內會寫入一組識別的金鑰，而在標籤內也有一組

同樣的金鑰，兩者需要搭配資料才可以被讀出。個別的 Sector 可以設定自己的

金鑰，所以同樣一張 1K EEPROM 記憶體的卡片可以提供 16 種不同用途的資料

存取，這也就是為什麼悠遊卡可以搭捷運、坐公車和買東西等多種用途的原因。

16

第三章 系統設計與架構

隨著科技的進步，各種帶給人們方便的科技應用都不斷的推陳出新，將

生活 e 化也逐漸變成了人類追尋的目標，其中，RFID 技術更是為人類的生活帶

來了前所未有的便利及影響；RFID 技術身為二十世紀十大重大發明之一，他的

應用在現代已經遍佈各地，我們以校園為例，圖書館的館藏租借系統與校園停

車場的出入門禁系統都是利用 RFID 技術來達到控管方便的目標，而本論文研究

目的就是希望能將 RFID 技術能在校園內有著更好的應用。

經過多番的思考及實際比較，發現將 RFID 技術應用在課堂上人員管理方

面效果十分顯著，儘管類似的應用已經得以實現，但是本論文將此應用與 USB

記憶體與網路作結合，得以降低系統環境建置的複雜度和成本與達到雲端備份

的功能，讓許多經費較為不足的學校也能得到 RFID 點名系統所帶來的便利性。

3.1 系統開發介紹

3.1.1 讀取器 PCR310U

本研究所使用的讀取器是 PCR310U，如圖 3-1 所示，硬體廠商提供的 MF5

函式庫為針對 Visual Basic 6 設計，我們在 Visual Studio 2010 裡頭，仍舊可以透

過額外加入 MSCOMM 元件的方式呼叫原本的函式庫，本程式就是利用該方式

進行呼叫各種方法、屬性、事件等。

17

圖 3-1 PCR310U 讀取器

3.1.2 MF5 函式庫功能介紹

1. MIFARE 卡存取流程

根據 MF5 開發指引手冊所述，MIFARE Card 的存取流程圖如下：

圖 3-2 MF5 存取流程圖[7]

18

卡片在存取過程當中，分別有兩種模式：

Auto Mode：當 Reader 電源開啟時，MF5 的預設狀態就是此模式，在這

模式之下 Reader 會自動讀取 MIFARE 卡的卡號（當 MIFARE 卡在 Reader 的讀

取範圍之內），然後傳送“Request Standard”指令建立 Tag 與 Reader 間的溝通管

道，透過“Anti Collision Loop”防碰撞迴圈，取得 UID 後回傳給電腦。在 Auto

Mode 的工作下，可以透過 MF5 MIFARE 存取記憶區指令切換到 Command

Mode。

Command Mode：當模式切換到 Command Mode 下，同樣在選取 UID 並

與 Key A 或 KeyB 認證通過之後，再一次只讀取一個 Sector 的原則下，可以有

相對應的讀取、寫入及增減值的功能，每次更換後 Sector 就需要重新認證 Key A

或 Key B。在存取過程之中，可以隨時傳送“Halt”指令做中斷，回到預設的

Auto Mode 工作模式。

2. MF5 函式庫的相關屬性、方法及事件介紹

Properties： Methods： Events：

CommPort

Settings

PortOpen

mfCurrentClass/mfCurrentClassStr

GNetErrorCode/GNetErrorCodeStr

Busy

GetVersion

CurrentAddr

EnumCommPort

SetSlaveAddr

mfRequest/mfRequestEx

mfAnticollision

mfSelectCard/mfSelectCardEx

mfAuthenticate/mfAnticollision2

mfRead/mfReadEx/mfReadHex

mfWrite/mfWriteEx/mfWriteHex

mfGetValue/mfGetValueEx

mfSetValue/mfSetValueEx

mfValueSet

OnPort

OnCardEvent

19

mfHalt

mfSaveKey

mfAccessCondition

Polling

Reset

表 3-1 MF5 函式庫介紹[7]

RS232 屬性、方法與事件介紹：

屬性 CommPort

設定連接埠（以下 MF5 元件均以 MF5x1 為代表）。

EX：設定連接埠為 4

MF5x1.CommPort=4

屬性 Settings

設定連接參數。

本研究 Reader 機型 Baudrate 為 19200bit/s，Parity 為“N”，

Data Bits 為“8”，Stop Bits 為“1”。

EX：MF5Ax1.Settings=”19200,N,8,1”

屬性 PortOpen 設定連接埠的連接狀態。

參數為 Boolean，TRUE=Port Open，FALSE=Port Close。

方法 EnumCommPort

列出系統可使用的通訊埠（包含虛擬埠），回應的訊息是字

串 COMx，x 為 0~255 的數字

EX：

Dim szPort as String, i as integer

For i = 0 to 255

szPort = MF5x1.EnumCommPort(i)

If szPort <> vbNullString Then

...

Else

Exit For

End If

Next i

事件 OnPort 當 USB 在連接時從虛擬通訊端移除時，這事件將通知程

序，並不可再被使用。

表 3-2 本研究 RS232 常用的屬性、方法與事件[7]

20

MIFARE 存取的屬性、方法與事件介紹：

Method mfRequest

請卡片回應卡片類型（一般 01 為 MIFARE

Ultralight，02為MIFARE Standard，03為MIFARE

Pro，FF 表示不明卡片）

Syntax：Short = MF5x1.mfRequest

Method mfAnticollision 傳送防碰撞機制命令，取得卡片卡號

Syntax：Short = MF5x1.mfAnticollision

Property mfCurrentClassStr（唯讀） 取得目前卡片的類型

Syntax：Short = MF5x1. mfCurrentClass

Method mfSelectCard

選取卡片（回應卡片記憶體大小）

Syntax：Short = MF5x1. mfSelectCard（卡號 Long

type）

表 3-3 本研究 MF5 存取常用的屬性、方法與事件[7]

GnetPlus Protocol 功能介紹：

Method Reset 重置讀卡機

Syntax：Boolean = MF5x1.Reset()

Method Polling

查詢所有讀卡機 ID

Syntax：Boolean = MF5x1.Polling(short ID)

如果 ID 是 0，則所有機器都會回應

Property GetVersion 取得讀卡機韌體版本

Syntax：String = MF5x1.GetVersion

Property CurrentAddr（Read/Write Only） 取得目前讀卡機 ID

Syntax：MF5x1.CurrentAddr [ = Integer ]

Property Busy（Read Only） Syntax：Boolean = MF5x1.Busy

表 3-4 GnetPlus Protocol 功能介紹[7]

MF5 函式庫事件介紹：

OnCardEvent（CardEventConstants iEvent）：當卡片進入讀卡機讀取範圍

或離開讀取範圍時，系統會有一個事件訊息告知，但是只有在 Auto Mode 功能

下才會發生。回應“0”為卡片移除，回應“1”則為卡片插入。

21

3.1.3 程式開發工具

本研究使用微軟公司的 VS 2010（Visual Studio 2010）圖形化程式來開發

環境，由於本研究大量使用資料庫來記錄資訊，所以選擇了能夠輕易完成資料

庫設計工作，而且功能完整的 VS 2010 來作為本研究的程式開發工具。

Visual Basic 使用 ADO.NET 作為資料庫存取的介面，利用資料配接器

（DataAdapter），透過資料連線（Connection）連接至本機資料庫，並將資料表

下載至前端的資料集中（DataSet），同時為了執行效能的考量，資料及採用離線

模式處理，因此可以提供多人同時存取，且可以存取不同帄台的資料庫。[8]

圖 3-3 Visual Studio 2010 操作介面[8]

22

3.1.4 資料庫

一般在 VB 上所使用的資料庫管理系統（Database Management

System,DBMS）都是使用 Microsoft Access 和 SQL Sever 這兩種資料庫，但是本

系統為了使開發時較為順手，且評估整體資料量不大和開發成本不高的前提

下，選擇了 SQlite 來作為本點名系統的資料庫。

SQlite 是遵守 ACID 的關聯式資料庫管理系統，它包含在一個相對小的

C 函式庫中。它是 D.RichardHipp 建立的公有領域專案。使用 SQlite 資料庫，與

使用一般的 SQL 資料庫差異不大，一般的 SQL92 語法都可以使用，而且不需要

架設任何系統，只要在編譯程式時把 SQLite 的程式庫一併編入。而且 SQLite

的資料庫都是單一的檔案，所以要將軟體安裝到使用者的電腦上是一件相當簡

單的事情。[9]

SQlite 可以嵌入至其他程式中，完全不用額外的設定，其特性如下：

1. 支援 ACID （Atomic, Consistent, Isolated, Durable） 交易。

2. 零組態設定（Zero-configuration），無頇管理者的設定及管理。

3. 支援大部分 SQL92 的語法。

4. 支援大小至 2 terabytes （2^41 bytes）。

5. 極小的記憶體需求:小於 3 萬行的 C 語言程式碼。小於 250KB 的程式

空間。

6. 大部分的資料庫操作皆快於一般流行的資料庫系統。

23

7. 簡單易用的 API。

8. 程式庫自己包含完整的功能，無頇其他額外的程式或程式庫。

9. 程式碼版權為 public domain。任何用途皆可免費使用。

3.2 RFID 點名系統功能架構

3.2.1 點名系統功能描述

本系統在編譯程式時會先利用 SQlite 建立一個資料庫，此資料庫內含兩

個 table，其中一個命名為 uid_name，負責記錄著人員的 UID 以及姓名；另一個

命名為 uid_poll，則是負責記錄著人員的 UID 還有當次點名讀卡時感應的所有時

間，當我們完成了 RFID 點名程式並且加入了將點名記錄上傳至網路的功能後，

為了讓這點名系統能夠隨時使用，本研究將此點名系統製作成安裝檔放進 USB

Flash 裡，只要在任何有電腦的地點，只要插進此 USB Flash，就能達到即插即

用的目的。

當我們開始進行點名時，Tag 進入 Reader 的感應範圍內，系統會判斷是

否有感應到本研究所使用的 MIFARE Standard S50 標籤，如果有感應到就自動將

其 Tag 的 UID 以及感應時間記錄於資料庫 uid_poll 裡，假如 Reader 感應頻率設

為每秒讀取 4 次，即是說將 Tag 放置在 Reader 感應範圍內 1 秒，就會有 4 次感

24

應時間記錄於 uid_poll 裡，在記錄完 Tag 的感應時間之後，系統會檢查此 Tag

的 UID 是否有在資料庫 uid_name 的紀錄裡，如果沒有，就會跳出訊息詢問是否

要新增人員，若要新增，只要輸入姓名按下確定即可；如果 Tag 的 UID 有在資

料庫內，就會進行下一步由系統來判斷 Tag 是否已經讀過，如果已經讀過了就

會在資料庫 uid_poll 再增加一筆讀取時間的資料，如果尚未讀過，系統會將此

Tag 在本次點名的感應時間歸為一次，然後顯示出席標記。

在所有人員點完名之後，系統可以將點名的結果上傳至 Google Document

供大家查詢。

25

3.2.1 RFID 點名系統流程圖

圖 3-4 本研究 RFID 點名系統流程圖

26

3.2.2 各點名系統的比較

就在去年，逢甲大學設立了智慧型教室[10]，教室內建置無線射頻智慧辨

識系統，此系統也含有點名的功能，而這也是少數學校以 RFID 主動式標籤技術

作為點名系統的應用實例，我們就以此和傳統的點名方式以及本研究的 RFID 被

動式標籤點名系統來做個比較，如表 3-5 所示：

被動式標籤點名系統 主動式標籤點名系統 傳統點名方式

建置成本 約數千 約 10 萬 趨於免費

點名效率 佳 佳 差

感應頻率 HF UHF 無

Tag 使用功

能

可當悠遊卡、公車卡、

圖書借閱卡及學生

證…等

純辨識人員用 無

網路功能 有 有 無

讀取速度 中 快 無

普及能力 佳 差 佳

擴充功能 可登記成績 可登記成績、辨識人員 無

操作複雜度 低 中 低

讀取能力 一次一個 一次數個 一次一個

表 3-5 各種點名系統比較表

27

由表 3-5 可知，本研究所建置的 RFID 被動式標籤點名系統建置成本較低

於使用主動式標籤的點名系統，且所使用的 Tag 功能性較多，系統操作複雜度

也較低，相當適合預算沒有大學高的國中小學使用，至於比起傳統點名方式，

除了建置成本較高之外，本研究所開發的點名系統均優於傳統點名方式。

圖 3-5 逢甲大學智慧型教室點名系統[10]

圖 3-6 傳統點名方式

28

第四章 系統內容及操作流程

4.1 USB 快取記憶體與點名系統之結合

USB 快取記憶體，又稱為 USB 隨身碟，其記憶體空間容量大，且體積

輕巧，在現今使用非常廣泛；本研究點名系統結合 USB 隨身碟，將點名程式與

資料庫建立於此，讓使用者們能夠攜帶方便，只需帶著 RFID 讀取器及內含點名

系統之隨身碟，就能在任何含有 PC 的教學環境內進行點名作業。

本點名系統為達到方便使用之目的，與 USB 隨身碟作結合並將程式製

成執行檔 The_RFID_polls.exe，且利用 autorun.inf 讓此點名程式能夠在當此 USB

隨身碟插入電腦時，能夠自動執行本點名程式，達到即插即用的方便效果，USB

隨身碟內容如圖 4-1。

圖 4-1 本研究 RFID 點名系統執行檔

29

4.2 點名系統與網路之結合

現今雲端概念相當興盛，將資料分享於網路空間也成為一種潮流，本點

名系統也將點名之表單上傳至網路 Google Document 上，以方便學生們了解自己

的出席狀況。

當本次點名作業完成之後，點名系統使用者準備將出席數據發送到網路

上，一開始，請先於點名程式右下輸入 Google 帳號和密碼以進行身分驗證，之

後按下點名程式裡的“上傳至網路”此鍵，點名程式即會設定點名表為上傳網

路之數據源，然後 Google Document 會創建一個資料表，並填寫該表的數據源即

本點名系統之出席狀況表格，以使表格顯示出席狀況。

圖 4-2 上傳網路之流程

學生們透過下列網頁可以隨時看到自己的出席狀況，如圖 4-3 所示，學

生們可以看到自己當日的出缺席情形。

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圖 4-3 學生網頁瀏覽畫面

4.3 點名系統介面及操作

首先，我們先將內含本研究 RFID 點名系統的 USB 隨身碟插入電腦並執

行點名程式 The_RFID_polls.exe。

假設點名系統的資料庫裡已經有四名人員的資料（卡號及姓名）如圖 4-4：

圖 4-4 點名系統資料庫（uid_name）初始資料

31

執行點名系統，初始畫面如圖 4-5。

圖 4-5 本研究點名系統初始畫面

接下來讓人員開始點名，卡片刷過讀卡機後，所有卡片的讀卡時間都會記

錄在資料庫裡，如圖 4-6。

圖 4-6 資料庫（uid_poll）紀錄的讀卡時間

32

經過點名系統核對身分後，若資料正確就在當天日期的欄位標示符號

“○”代表出席，如圖 4-7 所示。

圖 4-7 點名系統標記出席記號的畫面

如果想新增人員至本點名系統，只要將卡片讓系統感應，系統會因為找不

到人員的資料而發出詢問，如圖 4-8 所示。

圖 4-8 詢問是否新增人員的畫面

33

如果是不小心讓其他卡片被系統感應到可以選擇“否”，若是要新增人員

則選擇“是”即會跳出可以讓新進人員輸入姓名的視窗，如圖 4-9 所示。

圖 4-9 跳出新進人員輸入姓名的視窗畫面

之後在感應一次卡片就能顯示出席，如圖 4-10。

圖 4-10 新進人員出席紀錄

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在經過多次使用後，如圖 4-11 所示。

圖 4-11 最終出席狀況

我們可以將多次點名記錄上傳至 Google Document 供人員們查詢自己的出

席狀況，如圖 4-12 所示。

圖 4-12 網頁展示畫面

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第五章 結論與未來展望

在校園內，利用 RFID 技術來做各種應用的例子越來越多，其中校園課堂

上的點名系統正是用其所長的絕佳應用，本研究希望能將 RFID 點名系統的應用

推廣出去，所以就以低成本、高效率為目標來開發本點名系統，並且結合了 USB

Flash 記憶體和網路空間達到了便利安裝且具有雲端功能的效果，且使用的標籤

是目前社會大眾使用普及率最高的 MIFARE Standard S50 類型，達到一卡多用，

而不需要再另外攜帶卡片。

本研究點名系統目前功能僅於點名方面，且界面較為陽春，希望在將來

可以將介面優化，且可以結合其他功能，比如成績紀錄與將人員的照片建檔來

作人臉核對，如此一來此系統就能結合更多有利於教學方面的功能，或是將此

點名系統融入一個完整規劃的智慧型教室，這些都是可行的，讓教師和學生在

教學時得到更多的便利設備，相信在學習能力上都能得到提升。

36

Reference

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[2] 黃玉枝，RFID 與電子商務應用，天空數位圖書，民國 100 年 2 月

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[16]Wiki 維基百科全書, http://zh.wikipedia.org/wiki/Wiki/

[17] RFID Global , http://www.rfidglobal.biz/forum/viewtopic.php?t=299