RFID技術(shù)在電子市民卡系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)中的應(yīng)用分析

陳奇毅

摘要在現(xiàn)代城市發(fā)展中，電子市民卡被廣泛應(yīng)用于公交、物業(yè)、就醫(yī)等行業(yè)中，為人們的日常生活提供了極大的便利。在本文研究中，筆者將采用射頻設(shè)備（RFID）技術(shù)來設(shè)計電子市民卡系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)為核心控制部件，該電子卡完全符合ISO14443A協(xié)議的MIFARE卡，利用環(huán)形電路板（PCB）天線與讀卡器進(jìn)行通信，并對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，從而提升整個系統(tǒng)的安全性。

關(guān)鍵詞RFID技術(shù)；電子市民卡；設(shè)計與實現(xiàn)

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0029-01

電子市民卡是在現(xiàn)代科技快速發(fā)展、城市管理電子化基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新概念，且在政府部門授權(quán)下可實現(xiàn)社會公民的個人社會事務(wù)、公共服務(wù)等為一體的集成式電路卡。電子市民卡再經(jīng)過多次技術(shù)升級與更新之后，現(xiàn)已經(jīng)可以實現(xiàn)完全覆蓋政府服務(wù)、教育、城市交通、城市公共事業(yè)、金融應(yīng)用等多個領(lǐng)域，市民可利用電子卡實現(xiàn)信息存儲、信息查詢、支付交易等基本功能，對市民的日常生活帶來極大的便利性。在本文研究中，筆者將從技術(shù)層面探討基于RFID技術(shù)的市民電子卡的設(shè)計與應(yīng)用，旨在進(jìn)一步提升電子卡的實用性、可靠性。

1RFID電子市民卡系統(tǒng)的設(shè)計原理

本文研究的RFID電子市民卡采用的應(yīng)用系統(tǒng)主要分為第學(xué)期與RFID卡，詳見圖1。

圖1RFID電子市民卡組成示意圖

讀寫器是一個計算機(jī)終端設(shè)備，主要目的是用于讀取或者存儲RFID電子卡上的數(shù)據(jù)。讀寫器主要由控制單元、天線以及高頻通訊模塊等部件組成。RFID卡屬于是一種無源的應(yīng)答器，其組成部分一般有集成電流芯片、外接天線等為主。

RFID電子市民卡的運(yùn)行原理：將RFID電子卡插入讀寫器中，當(dāng)電子卡上的天線獲取感應(yīng)電流后經(jīng)升壓電路轉(zhuǎn)化為芯片電源，并將相關(guān)信息經(jīng)感應(yīng)電流被射頻前端的電路捕獲，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)信息輸送至邏輯控制電路后進(jìn)行信息分析，最后將存儲器中所需要回復(fù)的信息傳輸注邏輯控制電路后發(fā)送回射頻前端電路，然后經(jīng)天線發(fā)回至讀寫器，這樣便完成一個信息交換過程。

2RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件部分設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件總設(shè)計方案

RFID電子市民卡系統(tǒng)主要組成部分為：總控 PC 上位機(jī)、RS232 通信傳輸以及各類功能性終端為主。RFID電子市民卡系統(tǒng)主要是經(jīng)PC上位機(jī)由RSS232串行通信方式與各類終端模塊控制器實現(xiàn)信息的交互、處理等一系列操作程序。

2.2 RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件設(shè)計

1）單元電路設(shè)計。電子卡的射頻單元主要是由四個部分組成（即：天線、調(diào)制解調(diào)電路、發(fā)射接受器、低通慮波電路以及EMC組成）。其中調(diào)制解調(diào)器的核心部件為MFRC500，在實際操作中主要以MFRC500的管腳功能并結(jié)合時鐘的穩(wěn)定性來實現(xiàn)系統(tǒng)的正常操作，因此為了能讓系統(tǒng)實現(xiàn)最佳性能，時鐘的抖動性是關(guān)鍵所在[1]。因此，在RFID電子市民卡系統(tǒng)的單元電路設(shè)計中我們主要采用13.56 MHz晶振。

在設(shè)計中為了避免電子卡系統(tǒng)在13.56 MHz 頻率下操作時出現(xiàn)其他更高的諧波，我們在調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部設(shè)計一個VMID 電勢，將其作為輸入RX腳的電勢；另外，為了能夠為系統(tǒng)提供一個相對穩(wěn)定的參考電壓，設(shè)計時我們在VMID腳處連接一個對地電容（C9）；在電子卡系統(tǒng)的讀卡器接收處的VMID腳與RX腳間連接一個分壓器，并在分壓器與天線線圈間設(shè)計一個串接電容[2]。

2）射頻發(fā)射天線。在RFID電子市民卡系統(tǒng)設(shè)計中我們采用可直接匹配的PCB環(huán)形射頻發(fā)射天線，其最大的工作距離可達(dá)到100 mm，射頻發(fā)射天線設(shè)計如圖2所示。

圖2PCB環(huán)形射頻發(fā)射天線設(shè)計示意圖

3）單片機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計。RFID電子市民卡系統(tǒng)的主控制芯片采用STC89C52。由于STC單片機(jī)可兼容51內(nèi)核，所以芯片所使用的指令代碼、編譯器均與以前的51內(nèi)核一樣。

3RFID電子市民卡系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 上位機(jī)主程序設(shè)計

RFID電子市民卡系統(tǒng)中的上位機(jī)系統(tǒng)主要采用Delphi軟件。在本系統(tǒng)采用的PC機(jī)串行口通信技術(shù)，可提升系統(tǒng)的靈活操作性，且可方便實現(xiàn)射頻卡中信息的讀取、編輯、控制及加密操作。在系統(tǒng)信息傳輸加密方面，主要采用AES加密算法，這樣可最大程度確保持卡人的個人重要信息的安全性。

3.2 下位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計

當(dāng)在于上位機(jī)進(jìn)行通訊過程中，單片機(jī)內(nèi)部的EE2PROM存儲信息將被傳輸至上位機(jī)。

對于MFRC500的控制方法，除了復(fù)位以外都是通過讀取調(diào)制解調(diào)器上的寄存器而實現(xiàn)的，在MFRC500中含有64個寄存器。系統(tǒng)中的STC89C52單片控制器通過總線控制方式來操作寄存器，當(dāng)需要實現(xiàn)系統(tǒng)中的某個操作時只需將操作代碼寫入與之對應(yīng)的地址即可。調(diào)制解調(diào)器對電子卡的操作是通過將通訊命令、參數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽IFODATA，然后將相關(guān)操作寫成操作命令后傳輸至COMMAND便實現(xiàn)了與RFID卡的通訊操作。

4結(jié)束語

RFID技術(shù)的電子市民卡是在傳統(tǒng)非接觸IC卡基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其核心控制部件采用STC89C52單片機(jī)，利用RS232串口通信技術(shù)原理，以MFRC500的核心而設(shè)計出一個多功能、易操作的電子市民卡系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中可以實現(xiàn)政府服務(wù)、教育、城市交通、城市公共事業(yè)、金融應(yīng)用等多個領(lǐng)域的終端模擬服務(wù)，由于專門設(shè)計了與之對應(yīng)的上位機(jī)操作控制系統(tǒng)，因此使得本系統(tǒng)根據(jù)實用性、可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]吳學(xué)軍.北京市民卡技術(shù)規(guī)范關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].清華大學(xué)，2005.

[2]于志勇，莊艷.市民卡工程建設(shè)需求分析及系統(tǒng)設(shè)計初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

endprint

摘要在現(xiàn)代城市發(fā)展中，電子市民卡被廣泛應(yīng)用于公交、物業(yè)、就醫(yī)等行業(yè)中，為人們的日常生活提供了極大的便利。在本文研究中，筆者將采用射頻設(shè)備（RFID）技術(shù)來設(shè)計電子市民卡系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)為核心控制部件，該電子卡完全符合ISO14443A協(xié)議的MIFARE卡，利用環(huán)形電路板（PCB）天線與讀卡器進(jìn)行通信，并對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，從而提升整個系統(tǒng)的安全性。

關(guān)鍵詞RFID技術(shù)；電子市民卡；設(shè)計與實現(xiàn)

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0029-01

電子市民卡是在現(xiàn)代科技快速發(fā)展、城市管理電子化基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新概念，且在政府部門授權(quán)下可實現(xiàn)社會公民的個人社會事務(wù)、公共服務(wù)等為一體的集成式電路卡。電子市民卡再經(jīng)過多次技術(shù)升級與更新之后，現(xiàn)已經(jīng)可以實現(xiàn)完全覆蓋政府服務(wù)、教育、城市交通、城市公共事業(yè)、金融應(yīng)用等多個領(lǐng)域，市民可利用電子卡實現(xiàn)信息存儲、信息查詢、支付交易等基本功能，對市民的日常生活帶來極大的便利性。在本文研究中，筆者將從技術(shù)層面探討基于RFID技術(shù)的市民電子卡的設(shè)計與應(yīng)用，旨在進(jìn)一步提升電子卡的實用性、可靠性。

1RFID電子市民卡系統(tǒng)的設(shè)計原理

本文研究的RFID電子市民卡采用的應(yīng)用系統(tǒng)主要分為第學(xué)期與RFID卡，詳見圖1。

圖1RFID電子市民卡組成示意圖

讀寫器是一個計算機(jī)終端設(shè)備，主要目的是用于讀取或者存儲RFID電子卡上的數(shù)據(jù)。讀寫器主要由控制單元、天線以及高頻通訊模塊等部件組成。RFID卡屬于是一種無源的應(yīng)答器，其組成部分一般有集成電流芯片、外接天線等為主。

RFID電子市民卡的運(yùn)行原理：將RFID電子卡插入讀寫器中，當(dāng)電子卡上的天線獲取感應(yīng)電流后經(jīng)升壓電路轉(zhuǎn)化為芯片電源，并將相關(guān)信息經(jīng)感應(yīng)電流被射頻前端的電路捕獲，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)信息輸送至邏輯控制電路后進(jìn)行信息分析，最后將存儲器中所需要回復(fù)的信息傳輸注邏輯控制電路后發(fā)送回射頻前端電路，然后經(jīng)天線發(fā)回至讀寫器，這樣便完成一個信息交換過程。

2RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件部分設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件總設(shè)計方案

RFID電子市民卡系統(tǒng)主要組成部分為：總控 PC 上位機(jī)、RS232 通信傳輸以及各類功能性終端為主。RFID電子市民卡系統(tǒng)主要是經(jīng)PC上位機(jī)由RSS232串行通信方式與各類終端模塊控制器實現(xiàn)信息的交互、處理等一系列操作程序。

2.2 RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件設(shè)計

1）單元電路設(shè)計。電子卡的射頻單元主要是由四個部分組成（即：天線、調(diào)制解調(diào)電路、發(fā)射接受器、低通慮波電路以及EMC組成）。其中調(diào)制解調(diào)器的核心部件為MFRC500，在實際操作中主要以MFRC500的管腳功能并結(jié)合時鐘的穩(wěn)定性來實現(xiàn)系統(tǒng)的正常操作，因此為了能讓系統(tǒng)實現(xiàn)最佳性能，時鐘的抖動性是關(guān)鍵所在[1]。因此，在RFID電子市民卡系統(tǒng)的單元電路設(shè)計中我們主要采用13.56 MHz晶振。

在設(shè)計中為了避免電子卡系統(tǒng)在13.56 MHz 頻率下操作時出現(xiàn)其他更高的諧波，我們在調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部設(shè)計一個VMID 電勢，將其作為輸入RX腳的電勢；另外，為了能夠為系統(tǒng)提供一個相對穩(wěn)定的參考電壓，設(shè)計時我們在VMID腳處連接一個對地電容（C9）；在電子卡系統(tǒng)的讀卡器接收處的VMID腳與RX腳間連接一個分壓器，并在分壓器與天線線圈間設(shè)計一個串接電容[2]。

2）射頻發(fā)射天線。在RFID電子市民卡系統(tǒng)設(shè)計中我們采用可直接匹配的PCB環(huán)形射頻發(fā)射天線，其最大的工作距離可達(dá)到100 mm，射頻發(fā)射天線設(shè)計如圖2所示。

圖2PCB環(huán)形射頻發(fā)射天線設(shè)計示意圖

3）單片機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計。RFID電子市民卡系統(tǒng)的主控制芯片采用STC89C52。由于STC單片機(jī)可兼容51內(nèi)核，所以芯片所使用的指令代碼、編譯器均與以前的51內(nèi)核一樣。

3RFID電子市民卡系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 上位機(jī)主程序設(shè)計

RFID電子市民卡系統(tǒng)中的上位機(jī)系統(tǒng)主要采用Delphi軟件。在本系統(tǒng)采用的PC機(jī)串行口通信技術(shù)，可提升系統(tǒng)的靈活操作性，且可方便實現(xiàn)射頻卡中信息的讀取、編輯、控制及加密操作。在系統(tǒng)信息傳輸加密方面，主要采用AES加密算法，這樣可最大程度確保持卡人的個人重要信息的安全性。

3.2 下位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計

當(dāng)在于上位機(jī)進(jìn)行通訊過程中，單片機(jī)內(nèi)部的EE2PROM存儲信息將被傳輸至上位機(jī)。

對于MFRC500的控制方法，除了復(fù)位以外都是通過讀取調(diào)制解調(diào)器上的寄存器而實現(xiàn)的，在MFRC500中含有64個寄存器。系統(tǒng)中的STC89C52單片控制器通過總線控制方式來操作寄存器，當(dāng)需要實現(xiàn)系統(tǒng)中的某個操作時只需將操作代碼寫入與之對應(yīng)的地址即可。調(diào)制解調(diào)器對電子卡的操作是通過將通訊命令、參數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽IFODATA，然后將相關(guān)操作寫成操作命令后傳輸至COMMAND便實現(xiàn)了與RFID卡的通訊操作。

4結(jié)束語

RFID技術(shù)的電子市民卡是在傳統(tǒng)非接觸IC卡基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其核心控制部件采用STC89C52單片機(jī)，利用RS232串口通信技術(shù)原理，以MFRC500的核心而設(shè)計出一個多功能、易操作的電子市民卡系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中可以實現(xiàn)政府服務(wù)、教育、城市交通、城市公共事業(yè)、金融應(yīng)用等多個領(lǐng)域的終端模擬服務(wù)，由于專門設(shè)計了與之對應(yīng)的上位機(jī)操作控制系統(tǒng)，因此使得本系統(tǒng)根據(jù)實用性、可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]吳學(xué)軍.北京市民卡技術(shù)規(guī)范關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].清華大學(xué)，2005.

[2]于志勇，莊艷.市民卡工程建設(shè)需求分析及系統(tǒng)設(shè)計初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

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摘要在現(xiàn)代城市發(fā)展中，電子市民卡被廣泛應(yīng)用于公交、物業(yè)、就醫(yī)等行業(yè)中，為人們的日常生活提供了極大的便利。在本文研究中，筆者將采用射頻設(shè)備（RFID）技術(shù)來設(shè)計電子市民卡系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)為核心控制部件，該電子卡完全符合ISO14443A協(xié)議的MIFARE卡，利用環(huán)形電路板（PCB）天線與讀卡器進(jìn)行通信，并對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，從而提升整個系統(tǒng)的安全性。

關(guān)鍵詞RFID技術(shù)；電子市民卡；設(shè)計與實現(xiàn)

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0029-01

電子市民卡是在現(xiàn)代科技快速發(fā)展、城市管理電子化基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新概念，且在政府部門授權(quán)下可實現(xiàn)社會公民的個人社會事務(wù)、公共服務(wù)等為一體的集成式電路卡。電子市民卡再經(jīng)過多次技術(shù)升級與更新之后，現(xiàn)已經(jīng)可以實現(xiàn)完全覆蓋政府服務(wù)、教育、城市交通、城市公共事業(yè)、金融應(yīng)用等多個領(lǐng)域，市民可利用電子卡實現(xiàn)信息存儲、信息查詢、支付交易等基本功能，對市民的日常生活帶來極大的便利性。在本文研究中，筆者將從技術(shù)層面探討基于RFID技術(shù)的市民電子卡的設(shè)計與應(yīng)用，旨在進(jìn)一步提升電子卡的實用性、可靠性。

1RFID電子市民卡系統(tǒng)的設(shè)計原理

本文研究的RFID電子市民卡采用的應(yīng)用系統(tǒng)主要分為第學(xué)期與RFID卡，詳見圖1。

圖1RFID電子市民卡組成示意圖

讀寫器是一個計算機(jī)終端設(shè)備，主要目的是用于讀取或者存儲RFID電子卡上的數(shù)據(jù)。讀寫器主要由控制單元、天線以及高頻通訊模塊等部件組成。RFID卡屬于是一種無源的應(yīng)答器，其組成部分一般有集成電流芯片、外接天線等為主。

RFID電子市民卡的運(yùn)行原理：將RFID電子卡插入讀寫器中，當(dāng)電子卡上的天線獲取感應(yīng)電流后經(jīng)升壓電路轉(zhuǎn)化為芯片電源，并將相關(guān)信息經(jīng)感應(yīng)電流被射頻前端的電路捕獲，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)信息輸送至邏輯控制電路后進(jìn)行信息分析，最后將存儲器中所需要回復(fù)的信息傳輸注邏輯控制電路后發(fā)送回射頻前端電路，然后經(jīng)天線發(fā)回至讀寫器，這樣便完成一個信息交換過程。

2RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件部分設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件總設(shè)計方案

RFID電子市民卡系統(tǒng)主要組成部分為：總控 PC 上位機(jī)、RS232 通信傳輸以及各類功能性終端為主。RFID電子市民卡系統(tǒng)主要是經(jīng)PC上位機(jī)由RSS232串行通信方式與各類終端模塊控制器實現(xiàn)信息的交互、處理等一系列操作程序。

2.2 RFID電子市民卡系統(tǒng)硬件設(shè)計

1）單元電路設(shè)計。電子卡的射頻單元主要是由四個部分組成（即：天線、調(diào)制解調(diào)電路、發(fā)射接受器、低通慮波電路以及EMC組成）。其中調(diào)制解調(diào)器的核心部件為MFRC500，在實際操作中主要以MFRC500的管腳功能并結(jié)合時鐘的穩(wěn)定性來實現(xiàn)系統(tǒng)的正常操作，因此為了能讓系統(tǒng)實現(xiàn)最佳性能，時鐘的抖動性是關(guān)鍵所在[1]。因此，在RFID電子市民卡系統(tǒng)的單元電路設(shè)計中我們主要采用13.56 MHz晶振。

在設(shè)計中為了避免電子卡系統(tǒng)在13.56 MHz 頻率下操作時出現(xiàn)其他更高的諧波，我們在調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部設(shè)計一個VMID 電勢，將其作為輸入RX腳的電勢；另外，為了能夠為系統(tǒng)提供一個相對穩(wěn)定的參考電壓，設(shè)計時我們在VMID腳處連接一個對地電容（C9）；在電子卡系統(tǒng)的讀卡器接收處的VMID腳與RX腳間連接一個分壓器，并在分壓器與天線線圈間設(shè)計一個串接電容[2]。

2）射頻發(fā)射天線。在RFID電子市民卡系統(tǒng)設(shè)計中我們采用可直接匹配的PCB環(huán)形射頻發(fā)射天線，其最大的工作距離可達(dá)到100 mm，射頻發(fā)射天線設(shè)計如圖2所示。

圖2PCB環(huán)形射頻發(fā)射天線設(shè)計示意圖

3）單片機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計。RFID電子市民卡系統(tǒng)的主控制芯片采用STC89C52。由于STC單片機(jī)可兼容51內(nèi)核，所以芯片所使用的指令代碼、編譯器均與以前的51內(nèi)核一樣。

3RFID電子市民卡系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 上位機(jī)主程序設(shè)計

RFID電子市民卡系統(tǒng)中的上位機(jī)系統(tǒng)主要采用Delphi軟件。在本系統(tǒng)采用的PC機(jī)串行口通信技術(shù)，可提升系統(tǒng)的靈活操作性，且可方便實現(xiàn)射頻卡中信息的讀取、編輯、控制及加密操作。在系統(tǒng)信息傳輸加密方面，主要采用AES加密算法，這樣可最大程度確保持卡人的個人重要信息的安全性。

3.2 下位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計

當(dāng)在于上位機(jī)進(jìn)行通訊過程中，單片機(jī)內(nèi)部的EE2PROM存儲信息將被傳輸至上位機(jī)。

對于MFRC500的控制方法，除了復(fù)位以外都是通過讀取調(diào)制解調(diào)器上的寄存器而實現(xiàn)的，在MFRC500中含有64個寄存器。系統(tǒng)中的STC89C52單片控制器通過總線控制方式來操作寄存器，當(dāng)需要實現(xiàn)系統(tǒng)中的某個操作時只需將操作代碼寫入與之對應(yīng)的地址即可。調(diào)制解調(diào)器對電子卡的操作是通過將通訊命令、參數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽IFODATA，然后將相關(guān)操作寫成操作命令后傳輸至COMMAND便實現(xiàn)了與RFID卡的通訊操作。

4結(jié)束語

RFID技術(shù)的電子市民卡是在傳統(tǒng)非接觸IC卡基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其核心控制部件采用STC89C52單片機(jī)，利用RS232串口通信技術(shù)原理，以MFRC500的核心而設(shè)計出一個多功能、易操作的電子市民卡系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中可以實現(xiàn)政府服務(wù)、教育、城市交通、城市公共事業(yè)、金融應(yīng)用等多個領(lǐng)域的終端模擬服務(wù)，由于專門設(shè)計了與之對應(yīng)的上位機(jī)操作控制系統(tǒng)，因此使得本系統(tǒng)根據(jù)實用性、可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]吳學(xué)軍.北京市民卡技術(shù)規(guī)范關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].清華大學(xué)，2005.

[2]于志勇，莊艷.市民卡工程建設(shè)需求分析及系統(tǒng)設(shè)計初探[J].硅谷，2009，2（03）：312.

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