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Android NFC 门票系统手机端程序简介

在开发Android NFC 门票系统手机端程序过程中也碰到一些技术问题, 比如:

  • 离线工作方式

      Android NFC 门票系统开发的一个实际要求,是要求系统可以工作在离线和在线两种方式。这是很多大型的游乐活动都远离城区,缺乏可靠的网络支持,临时架设的网络总可能出现这样那样的问题,有些区域可能网络无法覆盖到。因此手机端程序在设计时考虑到这种离线工作方式。解决方法是通过腕带时芯片时内存以及Message queue来实现。

  • 数据同步

     手机端采用SQL Lite 作为数据存储,如何和后台mysql 数据同步,目前市场没有现成的有效的Android 平台上SQL Lite 和mysql 数据库同步的解决方案。解决方法是通过查询后台数据库有无变化,比如Hash值有无变化,手机端保留两个数据库,一个为工作数据库,一个为同步数据库,同步数据库完成和后台数据同步后,两个数据库完成切换(毫秒级),这样手机用户感觉不到下载数据的延迟。

  • 使Home键,Power键等按钮失效

     通常情况下,用户按Home键,Power键,Search 键,会退出当前应用的运行,这对于工作人员Scan 会用户腕带时会造成问题,这个手机端程序需要一旦运行后,只有管理员或是用户登出时,才可以主动退出运行,其它情况不能退出运行,也就是除了运行门票系统手机端程序外,普通工作人员无法退出程序运行(即使时重启后)。解决方法是重写一个Dummy的Home Screen activity ,用户按Home键时,还是回到门票系统手机端程序。再有是相应Boot 完成消息,手机通电启动后自动运行这个门票系统手机端程序等。

  • Nexsus S Gingerbread NFC 不稳定

      在开发过程中,发现Sumsung 出厂时的版本NFC用两个问题,一个很容易就将NFC服务“搞死”,手机扫描一个支持paypass 的信用卡,NFC功能立马失效,再有随手机出厂的ROM中带有一个内置的NFC Tag原因,即使应用设置成前台方式工作参见Android NFC 开发教程(2): ApiDemos->NFC->ForegoundDispatch 。这个应用也时不时的突然冒出来捣乱。解决方法是编译自定义的ROM,去掉这个内置应用,并升级到ICS。ICS版本下NFC可靠性大大提高。

等等,此外这里不便于描述一下实现的技术细节,发一些应用的截图,可以大致知道手机端应用目前提供的一些功能(这个列表在后面的时间将会不断扩充:-))

启动时数据同步操作,之后的同步为后台自动运行,支持3G,Wifi 网络(internet 可选)。

选择工作位置,可以扫描或是人工选择,工作位置可以是入口,出口,酒吧,工作地点的类型决定了系统手机端程序的工作方法:门禁或是POS机

工作人员登录,系统支持Staff, super user ,admin user 不同用户类别,支持权限管理。

选择门禁工作地点后菜单选择

选择POS工作地点后菜单选择

管理用户,支持白名单,黑名单,短消息,消费记录,扫描记录等。

门禁,扫描用户腕带(门票),读取芯片上信息,校验后决定是否允许该客人进入指定区域(如是否可以进入VIP区等),并显示该区域容量指示。

POS终端

付费,可以修改客人的order ,确定后,直接扫描客人腕带完成交易。

 

基于Android NFC的门票系统

很久没有更新博客了,前段时间一直在忙基于Android NFC的应用,经过几个月的努力,世界上第一个基于Google Nexsus S 的NFC 门票系统终于从实现概念到成功商业运行的转变:-)。今年的二月和三月在澳洲的Perth成功的举行了三次音乐会,最近的一次为Future Music 2012 ,规模在近四万人左右,高峰期每分钟通过300-400人,系统运行良好。

手机通过内置NFC读写器读取用户门票上的Mifare芯片(腕带)。腕带既可以作为门禁(普通区或贵宾区)也可以作为电子钱包等功能,后台提供各种报表,如吞吐量,及时销售,短信等。

 

Android NFC 开发教程(3): Mifare Tag 读写示例

前面例子介绍了检测,读写NFC TAG开发的一般步骤,本例针对常用的Mifare Tag 具体说明。

Mifare Tag 可以有1K ,2K, 4K,其内存分区大同小异,下图给出了1K字节容量的Tag的内存分布:

数据分为16个区(Sector) ,每个区有4个块(Block) ,每个块可以存放16字节的数据,其大小为16 X 4 X 16 =1024 bytes

每个区最后一个块称为Trailer ,主要用来存放读写该区Block数据的Key ,可以有A,B两个Key,每个Key 长度为6个字节,缺省的Key值一般为全FF或是0. 由 MifareClassic.KEY_DEFAULT 定义。

因此读写Mifare Tag 首先需要有正确的Key值(起到保护的作用),如果鉴权成功

auth = mfc.authenticateSectorWithKeyA(j,
MifareClassic.KEY_DEFAULT);

然后才可以读写该区数据。

本例定义几个Mifare相关的类 MifareClassCard ,MifareSector, MifareBlock 和MifareKey 以方便读写Mifare Tag.

Android 系统来检测到NFC Tag, 将其封装成Tag类,存放到Intent的NfcAdapter.EXTRA_TAG Extra 数据包中,可以使用MifareClassic.get(Tag) 获取对象的 MifareClassic类。

Tag tagFromIntent = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
// 4) Get an instance of the Mifare classic card from this TAG
// intent
MifareClassic mfc = MifareClassic.get(tagFromIntent);

下面为读取Mifare card 的主要代码:

// 1) Parse the intent and get the action that triggered this intent
String action = intent.getAction();
// 2) Check if it was triggered by a tag discovered interruption.
if (NfcAdapter.ACTION_TECH_DISCOVERED.equals(action)) {
 // 3) Get an instance of the TAG from the NfcAdapter
 Tag tagFromIntent = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
 // 4) Get an instance of the Mifare classic card from this TAG
 // intent
 MifareClassic mfc = MifareClassic.get(tagFromIntent);
 MifareClassCard mifareClassCard=null;

 try { // 5.1) Connect to card
 mfc.connect();
 boolean auth = false;
 // 5.2) and get the number of sectors this card has..and loop
 // thru these sectors
 int secCount = mfc.getSectorCount();
 mifareClassCard= new MifareClassCard(secCount);
 int bCount = 0;
 int bIndex = 0;
 for (int j = 0; j < secCount; j++) {
 MifareSector mifareSector = new MifareSector();
 mifareSector.sectorIndex = j;
 // 6.1) authenticate the sector
 auth = mfc.authenticateSectorWithKeyA(j,
 MifareClassic.KEY_DEFAULT);
 mifareSector.authorized = auth;
 if (auth) {
 // 6.2) In each sector - get the block count
 bCount = mfc.getBlockCountInSector(j);
 bCount =Math.min(bCount, MifareSector.BLOCKCOUNT);
 bIndex = mfc.sectorToBlock(j);
 for (int i = 0; i < bCount; i++) {

 // 6.3) Read the block
 byte []data = mfc.readBlock(bIndex);
 MifareBlock mifareBlock = new MifareBlock(data);
 mifareBlock.blockIndex = bIndex;
 // 7) Convert the data into a string from Hex
 // format.

 bIndex++;
 mifareSector.blocks[i] = mifareBlock;


 }
 mifareClassCard.setSector(mifareSector.sectorIndex,
 mifareSector);
 } else { // Authentication failed - Handle it

 }
 }
 ArrayList<String> blockData=new ArrayList<String>();
 int blockIndex=0;
 for(int i=0;i<secCount;i++){

 MifareSector mifareSector=mifareClassCard.getSector(i);
 for(int j=0;j<MifareSector.BLOCKCOUNT;j++){
 MifareBlock mifareBlock=mifareSector.blocks[j];
 byte []data=mifareBlock.getData();
 blockData.add("Block "+ blockIndex++ +" : "+
 Converter.getHexString(data, data.length));
 }
 }
 String []contents=new String[blockData.size()];
 blockData.toArray(contents);
 setListAdapter(new ArrayAdapter<String>(this,
 android.R.layout.simple_list_item_1, contents));
 getListView().setTextFilterEnabled(true);

 } catch (IOException e) {
 Log.e(TAG, e.getLocalizedMessage());
 showAlert(3);
 }finally{

 if(mifareClassCard!=null){
 mifareClassCard.debugPrint();
 }
 }
}// End of method

本例下载

 

Android NFC 开发教程(2): ApiDemos->NFC->ForegoundDispatch

本例参考ApiDemos中NFC的ForegoundDispatch来介绍编写Android NFC 的基本步骤,因为手边只有MifareClassic 类型的Tag ,需要对ForegoundDispatch的代码做些修改来检测MifareClassic 的类型的NFC Tag,读写其他类型的NFC Tag的基本步骤是一致的。

1.  在Android manifest 文件中申明和NFC相关的权限和功能选项:

权限申明:

<uses-permission android:name=”android.permission.NFC” />

最低版本要求,NFC是指Android2.3 (Level 10) 才开始支持的,因此最低版本要求必须指定为10.

<uses-sdk android:minSdkVersion=”10″/>

如果需要在Android Market上发布,需要指定手机支持NFC 功能。

<uses-feature android:name=”android.hardware.nfc” android:required=”true” />

为Activity申明它支持处理NFC Tag

比如我们的示例Activity 在Manifest 的申明如下:

<activity android:name=”.NFCDemoActivity”
android:label=”@string/app_name”
android:launchMode=”singleTop”>
<intent-filter>
<action android:name=”android.intent.action.MAIN” />
<category android:name=”android.intent.category.LAUNCHER” />
</intent-filter>
<intent-filter>
<action android:name=”android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED”/>
<data android:mimeType=”text/plain” />
</intent-filter>
<intent-filter>
<action
android:name=”android.nfc.action.TAG_DISCOVERED”
>
</action>
<category
android:name=”android.intent.category.DEFAULT”
>
</category>
</intent-filter>
<!– Add a technology filter –>
<intent-filter>
<action android:name=”android.nfc.action.TECH_DISCOVERED” />
</intent-filter>

<meta-data android:name=”android.nfc.action.TECH_DISCOVERED”
android:resource=”@xml/filter_nfc”
/>

</activity>

三种Activity NDEF_DISCOVERED ,TECH_DISCOVERED,TAG_DISCOVERED 指明的先后顺序非常重要, 当Android设备检测到有NFC Tag靠近时,会根据Action申明的顺序给对应的Activity 发送含NFC消息的 Intent.

2. Android NFC 消息发送机制

当Android设备检测到有NFC Tag时,理想的行为是触发最合适的Activity来处理检测到的Tag,这是因为NFC通常是在非常近的距离才起作用(<4m) ,如果此时需要用户来选择合适的应用来处理Tag,很容易断开与Tag之间的通信。因此你需要选择合适的Intent filter 只处理你想读写的Tag类型。

Android系统支持两种NFC消息发送机制:Intent 发送机制和前台Activity 消息发送机制。

Intent 发送机制 当系统检测到Tag时,Android系统提供manifest 中定义的Intent filter 来选择合适的Activity来处理对应的Tag,当有多个Activity可以处理对应的Tag类型时,则会显示Activity选择窗口由用户选择:

前台Activity 消息发送机制 允许一个在前台运行的Activity在读写NFC Tag 具有优先权,此时如果Android检测到有NFC  Tag ,如果前台允许的Activity可以处理该种类型的Tag则该Activity具有优先权,而不出现Activity 选择窗口。

这两种方法基本上都是使用Intent-filter 来指明Activity可以处理的Tag类型,一个是使用Android的Manifest 来说明,一个是通过代码来申明。

下图显示当Android检测到Tag,消息发送的优先级:

本例 NFCDemoActivity 支持两种NFC消息发送机制,上面的XML指明了Intent 消息发送机制,其中

<meta-data android:name=”android.nfc.action.TECH_DISCOVERED”
android:resource=”@xml/filter_nfc”
/>

的filter_nfc 指明了支持处理的NFC Tag类型,filter_nfc.xml 定义如下:

<resources xmlns:xliff=”urn:oasis:names:tc:xliff:document:1.2″>
<!– capture anything using NfcF –>
<tech-list>
<tech>android.nfc.tech.NfcA</tech>
<tech>android.nfc.tech.MifareClassic</tech>
<tech>android.nfc.tech.MifareUltralight</tech>

</tech-list>

</resources>

因为我只有MifareClassic 类型的Tag,所以只定义了MifareClassic相关的Tag类型,如果你可以处理所有Android支持的NFC类型,可以定义为:

<resources xmlns:xliff="urn:oasis:names:tc:xliff:document:1.2">
    <tech-list>
        <tech>android.nfc.tech.IsoDep</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcA</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcB</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcF</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcV</tech>
        <tech>android.nfc.tech.Ndef</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NdefFormatable</tech>
        <tech>android.nfc.tech.MifareClassic</tech>
        <tech>android.nfc.tech.MifareUltralight</tech>
    </tech-list>
</resources>

有了这个Manifest中的申明,当Android检测到有Tag时,会显示Activity选择窗口,如上图中的Reading Example。

当NFCDemoActiviy在前台运行时,我们希望只有它来处理Mifare 类型的Tag,此时可以使用前台消息发送机制,下面的代码基本和ApiDemos中的NFC示例类似:

public class NFCDemoActivity extends Activity {
 private NfcAdapter mAdapter;
 private PendingIntent mPendingIntent;
 private IntentFilter[] mFilters;
 private String[][] mTechLists;
 private TextView mText;
 private int mCount = 0;

 @Override
 public void onCreate(Bundle savedState) {
 super.onCreate(savedState);

 setContentView(R.layout.foreground_dispatch);
 mText = (TextView) findViewById(R.id.text);
 mText.setText("Scan a tag");

 mAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this);

 // Create a generic PendingIntent that will be deliver
 // to this activity. The NFC stack
 // will fill in the intent with the details of the
 //discovered tag before delivering to
 // this activity.
 mPendingIntent = PendingIntent.getActivity(this, 0,
 new Intent(this,
    getClass()).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0);

 // Setup an intent filter for all MIME based dispatches
 IntentFilter ndef
    = new IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_TECH_DISCOVERED);
 try {
 ndef.addDataType("*/*");
 } catch (MalformedMimeTypeException e) {
 throw new RuntimeException("fail", e);
 }
 mFilters = new IntentFilter[] {
 ndef,
 };

 // Setup a tech list for all MifareClassic tags
 mTechLists
  = new String[][] { new String[] { MifareClassic.class.getName() } };
 }

 @Override
 public void onResume() {
 super.onResume();
 mAdapter.enableForegroundDispatch(this,
     mPendingIntent, mFilters, mTechLists);
 }

 @Override
 public void onNewIntent(Intent intent) {
 Log.i("Foreground dispatch",
     "Discovered tag with intent: " + intent);
 mText.setText("Discovered tag " +
       ++mCount + " with intent: " + intent);
 }

 @Override
 public void onPause() {
 super.onPause();
 mAdapter.disableForegroundDispatch(this);
 }
}

只改了一行,将处理NfcF类型的Tag 改为处理MifareClassic 类型的NFC Tag。

mTechLists = new String[][] { new String[] { MifareClassic.class.getName() } };

运行该示例,每靠近一次Tag,计数加1.

本例下载

 

Android NFC 开发教程(1):概述

Near  Field Communication (NFC) 为一短距离无线通信技术,通常有效通讯距离为4厘米以内。NFC工作频率为13.56 兆赫兹,通信速率为106 kbit/秒到 848kbit/秒。

NFC通信总是由一个发起者(initiator)和一个接受者(target)组成。通常initiator 主动发送电磁场(RF)可以为被动式接受者(passive target)提供电源。其工作的基本原理和收音机类似。正是由于被动式接受者可以通过发起者提供电源,因此target 可以有非常简单的形式,比如标签,卡,sticker 的形式.

NFC 也支持点到点的通信(peer to peer) 此时参与通信的双方都有电源支持。

和其它无线通信方式如Bluetooth相比,NFC 支持的通信带宽和距离要小的多,但是它成本低,如价格标签可能只有几分钱,也不需要配对,搜寻设备等,通信双方可以在靠近的瞬间完成交互。

在Android NFC 应用中,Android手机通常是作为通信中的发起者,也就是作为NFC 的读写器。Android手机也可以模拟作为NFC通信的接受者且从Android 2.3.3起也支持P2P通信。

Android对NFC的支持主要在 android.nfc 和android.nfc.tech 两个包中。

android.nfc 包中主要类如下:

  • NfcManager 可以用来管理Android设备中指出的所有NFC Adapter,但由于大部分Android设备只支持一个NFC Adapter,可以直接使用getDefaultAapater 来获取系统支持的Adapter。
  • NfcAdapter 为一NFC Adapter 对象,可以用来定义一个Intent使系统在检测到NFC Tag时通知你定义的Activity,并提供用来注册forground tag 消息发送的方法等。
  • NdefMessage 和NdefRecord NDEF 为NFC forum 定义的数据格式。
  • Tag 代表一个被动式Tag对象,可以代表一个标签,卡片,钥匙扣等。当Android设备检测到一个Tag时,会创建一个Tag对象,将其放在Intent对象,然后发送到相应的Activity。

android.nfc.tech 中则定义了可以对Tag进行的读写操作的类,这些类按照其使用的技术类型可以分成不同的类如:NfcA, NfcB, NfcF,以及MifareClassic 等。

常见的Tag为Mifare ,后面的例子将以这种Tag 为例介绍NFC读写方法。