【正文】 高度的安全性；第二個(gè)特點(diǎn)是要有較大的容量；第三個(gè)特點(diǎn)是要從現(xiàn)在單一的身份識(shí)別功能擴(kuò)展到多用途功能，處理多種類(lèi)型的數(shù)據(jù)。因此總的來(lái)說(shuō)，卡產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)是將逐步朝著非接觸卡、 CPU卡發(fā)展；從單一的芯片技術(shù)向磁條、芯片等多技術(shù)相結(jié)合的方向發(fā)展；從單一的應(yīng)用向多 應(yīng)用方向發(fā)展；從單一的接觸、非接觸卡向兩者結(jié)合的混合卡方向發(fā)展。 隨著 21世紀(jì)數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，基于遠(yuǎn)程信息化網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和移動(dòng)商務(wù)的社會(huì)需求，射頻識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)中將發(fā)揮巨大的作用，射頻識(shí)別技術(shù)的明天將更加燦爛奪目。射頻識(shí)別技術(shù)正在成為一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)蔓延開(kāi)來(lái)，研究和開(kāi)發(fā)射頻識(shí)別技術(shù)有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。而未來(lái)智能卡的發(fā)展主要朝著下面三個(gè)特點(diǎn)演變：一是高度的安全性；第二個(gè)特點(diǎn)是要有較大的容量；第三個(gè)特點(diǎn)是要從現(xiàn)在單一的身份識(shí)別功能 3 擴(kuò)展到多用途功能，處理多種類(lèi)型的數(shù)據(jù)。因此總的來(lái) 說(shuō)，卡產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)是將逐步朝著非接觸卡、 CPU卡發(fā)展；從單一的芯片技術(shù)向磁條、芯片等多技術(shù)相結(jié)合的方向發(fā)展；從單一的應(yīng)用向多應(yīng)用方向發(fā)展；從單一的接觸、非接觸卡向兩者結(jié)合的混合卡方向發(fā)展。 看著大型超市收費(fèi)處排著那庸長(zhǎng)的隊(duì)，顧客焦急地等待，而超市收銀員也忙地不可開(kāi)交。如果在每個(gè)商品佩帶一個(gè)記錄此商品信息的無(wú)線射頻卡（ RFID)，那么收銀員就無(wú)需一一記錄商品信息，只要通過(guò)無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)那么就直接顯示所有商品的信息，那么將極大節(jié)約時(shí)間及員工成本。由此看出無(wú)線射頻卡給我們的生活帶來(lái)的極大方便。商家可以時(shí)刻掌握 商品庫(kù)存，及時(shí)做出商業(yè)判斷，是商家制勝的法寶。 在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)信息化管理和移動(dòng)商務(wù)大力發(fā)展的今天，數(shù)字化信息技術(shù)正日新月異。可以預(yù)計(jì)，未來(lái)將是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)在中國(guó)繁榮昌盛的時(shí)代。 國(guó)內(nèi)外射頻 讀寫(xiě)器 研究動(dòng)態(tài)與現(xiàn)狀 由于射頻 讀寫(xiě)器 的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外射頻識(shí)別技術(shù)己被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、軍事國(guó)防、安保門(mén)禁以及交通物流等領(lǐng)域，澳大利亞將射頻識(shí)別產(chǎn)品用于機(jī)場(chǎng)旅客行李管理，該技術(shù)發(fā)揮了出色的作用；歐共體宣布1997年開(kāi)始生產(chǎn)的新車(chē)型必須具有基于射頻識(shí)別技術(shù)的防盜系統(tǒng)；瑞士國(guó)家鐵路局在瑞士的全部旅客列車(chē)上安 裝了自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實(shí)時(shí)的掌握火車(chē)運(yùn)行情況，不僅利于管理，還大大減小發(fā)生事故的可能性； 1996年 1月韓國(guó)在漢城的 600輛公共汽車(chē)上安裝射頻識(shí)別系統(tǒng)用于電子月票，還計(jì)劃將這套系統(tǒng)推廣到鐵路及其它城市；德國(guó)漢莎航空公司試用非接觸的射頻卡作為飛機(jī)票，改變了傳統(tǒng)的機(jī)票購(gòu)銷(xiāo)方式等。在歐洲、美國(guó)及日本等國(guó)正在研究各種各樣的射頻識(shí)別技術(shù)。各種新功能的射頻識(shí)別系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，滿足各種各樣市場(chǎng)的需求。 20世紀(jì)末到 21世紀(jì)初， REID技術(shù)中的一個(gè)重大突破就是使得微波射頻識(shí)別卡只含有一個(gè)集成芯片成為可能，為射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng) 用提供更加廣泛的應(yīng)用前景。 4 然而當(dāng)前，射頻識(shí)別技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用正處于起步階段?？ㄆ瑧?yīng)用系統(tǒng)進(jìn)入我國(guó)的時(shí)間較晚，卡的應(yīng)用由銀行卡起步，而非銀行卡的應(yīng)用后來(lái)居上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了銀行卡的發(fā)展速度和規(guī)模。其中，發(fā)展最快的是各類(lèi)行業(yè)性 IC卡，而且很多行業(yè)性 IC卡的應(yīng)用己制定了統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，由各地方、各單位發(fā)行的智能卡，如校園卡、單位員工管理卡、食堂用餐卡、門(mén)禁卡、優(yōu)惠卡等各種射頻卡的應(yīng)用發(fā)卡數(shù)量也相當(dāng)可觀。 在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展日趨全球化、信息化的背景下，我國(guó)政府高度重視信息化建設(shè)，當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)己經(jīng)成為我國(guó)的第一支 柱產(chǎn)業(yè)。在這樣一個(gè)有利的情形下，中國(guó)市場(chǎng)對(duì) IC卡的需求量迅速上升。 1999年全國(guó) IC卡發(fā)行量約為， 20xx年我國(guó) IC卡共發(fā)行 ，增長(zhǎng) 35%； 20xx年中國(guó) IC卡需求量約 ，增長(zhǎng) 40%； 20xx年我國(guó) IC卡應(yīng)用進(jìn)入成熟、理性發(fā)展階段， IC卡發(fā)行量約 ，增長(zhǎng) ，其中存儲(chǔ)卡是主要的需求，發(fā)行約 33405萬(wàn)張，占總發(fā)卡量的 %； 20xx年 CPU卡的需求增長(zhǎng)迅速，發(fā)行約 9395萬(wàn)張，占總發(fā)卡量的 %。目前中國(guó) IC卡市場(chǎng)對(duì) IC卡的需求還處于一個(gè)比較低的產(chǎn)品層次 上，技術(shù)含量高的產(chǎn)品還比較少。所以我國(guó)的以射頻卡系統(tǒng)應(yīng)用為代表的信息化歷程任重而道遠(yuǎn)。 5 第一章 無(wú)線射頻 識(shí)別 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) 無(wú)線射頻卡系統(tǒng)是一個(gè)跨學(xué)科專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的、多技術(shù)融合的系統(tǒng)。本章先從射頻卡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)的構(gòu)建和對(duì)射頻卡的選擇對(duì)其進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)，然后又對(duì)射頻卡讀寫(xiě)器系統(tǒng)的內(nèi)部硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后得出整體的設(shè)計(jì)方案。 射頻卡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 通常情況的射頻卡系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為射頻識(shí)別卡系統(tǒng) 、 射頻讀寫(xiě)器 系統(tǒng)。 本系統(tǒng)完成的主要功能是：當(dāng)射頻卡靠近讀卡器時(shí)，蜂鳴器發(fā)出響聲， 并且讀卡器上的顯示器開(kāi)始顯示此射頻卡記錄的信息，電腦記錄商品的信息，并計(jì)算出商品總價(jià)值，同時(shí)將此售貨信息發(fā)往總部。然后收銀員進(jìn)行收錢(qián)。 總之本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的具體功能如下： （ 1）讀卡器上顯示商品信息：商品的價(jià)值及種類(lèi)。 （ 2）讀卡器工作：讀卡器記錄所有射頻卡代表的商品價(jià)值信息并將信息傳給電腦進(jìn)行處理。 （ 3）鍵盤(pán)操作：使用讀卡器上的鍵盤(pán)對(duì)射頻卡進(jìn)行初步的操作。 射頻卡系統(tǒng)的構(gòu)建 按照射頻卡系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化思想。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分： 射頻識(shí)別卡部分 ，射頻讀寫(xiě)器部分。其射頻卡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 11所示。 6 圖 11射頻卡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 各部分所完成的具體功能如下： (1)射頻識(shí)別卡：射頻識(shí)別卡（射頻卡）也稱(chēng)電子標(biāo)簽，相當(dāng)于商品的電子身份證。放置在被識(shí)別的商品上，用來(lái)響應(yīng)讀寫(xiě)器的指令。 (2)射頻讀寫(xiě)器：讀寫(xiě)器也稱(chēng)為讀卡器或接收器，它由發(fā)射單元、接收單元、信號(hào)處理控制模塊、天線和電源等組成。它向射頻卡發(fā)送射頻調(diào)頻信號(hào)，同時(shí)通過(guò)天線接收從射頻卡返回載有射頻卡中信息的射頻調(diào)制信號(hào)，經(jīng)處理后傳給射頻控制設(shè)備。 另外， 一個(gè)完整的射頻識(shí)別系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)等輔助控制設(shè)備。 無(wú)線射頻卡系統(tǒng)方案設(shè) 計(jì) 無(wú)線射頻識(shí)別卡的方案設(shè)計(jì) 目前射頻卡系統(tǒng)主要分為有源射頻卡系統(tǒng)和無(wú)源射頻卡系統(tǒng)。不同的用途其選取也不同，但是它們的基本原理是相同的。下面以 射頻卡對(duì)記錄商品信息為基礎(chǔ)對(duì) 有源射頻卡系統(tǒng)和無(wú)源射頻卡系統(tǒng)進(jìn)行介紹和比較。 方案一：有源射頻卡系統(tǒng)。 有源 射頻卡就是射頻卡在讀寫(xiě)器的影響范圍之外也是有源狀態(tài)，即射頻 無(wú)線射頻識(shí)別卡 無(wú)線射頻讀寫(xiě)器 顯示器 蜂鳴器 控制系統(tǒng) 7 卡內(nèi)部有供電電源，其他電路與無(wú)源射頻卡相同。 有源射頻卡通常有部分電路處于工作狀態(tài)，有時(shí)處于“睡眠”狀態(tài)。當(dāng)耦合的能量 超過(guò)某一特定值時(shí)，有源射頻卡才真正開(kāi)始工作，這一過(guò)程又被稱(chēng)為“喚醒”。在睡眠狀態(tài)有源射頻卡的功耗一般很小，因此一個(gè)拇指大小的鈕扣電池可以保持很長(zhǎng)的工作時(shí)間。 有源射頻卡一般 作用距離較遠(yuǎn)，但壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作 。 方案二：無(wú)源射頻卡系統(tǒng)。 無(wú)源卡內(nèi)無(wú)電池，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電 。無(wú)源射頻卡在讀寫(xiě)器的響應(yīng)范圍之外是處于無(wú)源狀態(tài)，沒(méi)有自己的供電電源（電池），只是在讀寫(xiě)器的響應(yīng)范圍之內(nèi)，這類(lèi)射頻卡才會(huì)從讀寫(xiě)器的射頻場(chǎng)中獲取能量供數(shù)字電路部分使用 。射頻卡工作所需要的能量是通過(guò)電磁耦合單元或天線，通過(guò)非接觸 的方式傳送給射頻卡的。然而，與有源射頻卡相比，有源射頻卡的壽命通常要受電池壽命的限制而成為一大缺陷，而無(wú)源射頻卡的壽命一般可長(zhǎng)達(dá)幾十年。雖然 無(wú)源射頻卡 作用距離相對(duì)有源卡短，但壽命長(zhǎng)且對(duì)工作環(huán)境要求不高。 綜合以上比較，本設(shè)計(jì)由于是對(duì)商品信息記錄的所以最后采用無(wú)源射頻卡。在本設(shè)計(jì)中無(wú)源射頻卡相比有源射頻卡具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，無(wú)源射頻卡的體積相對(duì)有源射頻卡的體積較小，無(wú)源射頻卡的整體結(jié)構(gòu)比較牢固耐用，而且無(wú)源射頻卡比較耐腐蝕，能適合在惡劣的環(huán)境中使用 ，而在本設(shè)計(jì)中射頻卡所處的環(huán)境是各種不同的環(huán)境，由于無(wú)源射頻卡的防水耐高低溫性，所以使用無(wú)源射頻卡比較好；其次，由于無(wú)源射頻卡是內(nèi)部沒(méi)有電源的，這就決定了它的工作壽命要比有源射頻卡要長(zhǎng)（可讀寫(xiě)次數(shù)超過(guò) 10萬(wàn)次），并且由于無(wú)源射頻卡在出廠是含有唯一的可識(shí)別序號(hào)（通常為制造時(shí)間），所以這就決定了無(wú)源射頻卡比有源射頻卡安全并能被循環(huán)利用；最后，無(wú)源射頻卡的存儲(chǔ)器容量可以很大，并且無(wú)源射頻卡的靈敏度高抗干擾性強(qiáng)。 非接觸式與接觸式的選擇 8 接觸式卡與 一般磁卡 相比，更加安全可靠，除了存儲(chǔ)容量大，還可一卡多用 ， 同時(shí)可靠性比磁卡高，壽命長(zhǎng)；讀寫(xiě)機(jī)構(gòu)比磁卡讀寫(xiě)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，造價(jià)更便宜，維護(hù)方便，容易推廣。 非接觸式卡與傳統(tǒng)的接觸式卡相比，它在繼承了接觸式卡的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，如大容量、高安全性等，又克服了接觸式所無(wú)法避免的缺點(diǎn)，如讀寫(xiě)故障率高， 由于觸點(diǎn)外露而導(dǎo)致的污染、損傷、磨損、靜電以及插卡這個(gè)不便的讀寫(xiě)過(guò)程等。非接觸式卡完全密封的形式及無(wú)接觸的工作方式， 使之不受外界不良因素的影響，從而使用壽命完全接近芯片的自然壽命，因而卡本身的使用頻率和期限以及操作的便利性都大大的高于接觸式卡。 綜合以上接觸式 與 非 接觸式卡相比 較，射頻卡具有以下優(yōu)點(diǎn) : 第一點(diǎn)是 可靠性高 ： 卡與讀寫(xiě)器之間無(wú)機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫(xiě)而產(chǎn)生的各種故障。例如：由于粗暴插卡、非卡外物插入、灰塵、油污導(dǎo)致接觸不良等原因造成的故障； 第二點(diǎn)是 操作方便、快捷 ： 由于非接觸通訊，讀寫(xiě)器在 10cm范圍內(nèi)就可以對(duì)卡片操作，所以不必象 接觸式 卡那樣進(jìn)行插拔工作非接觸卡使用時(shí)沒(méi)有方向性，卡片可以任意方向掠過(guò)讀寫(xiě)器表面，可大大提高每次使用的速度； 第三點(diǎn)是 防沖突 ： 射頻卡中有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此讀寫(xiě)器可以 同時(shí) 處理多張非接觸式射頻卡； 第四點(diǎn)是 應(yīng)用 范圍廣 ： 射頻卡的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使它一卡多用；可應(yīng)用于不同的系統(tǒng)，用戶根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)定不同的密碼和訪問(wèn)條件； 第五點(diǎn)是 加密性能好 ： 射頻卡的序列號(hào)是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號(hào)固化，不可再更改；射頻卡與讀寫(xiě)器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫(xiě)器驗(yàn)證射頻卡的合法性，同時(shí)射頻卡也驗(yàn)證讀寫(xiě)器的合法性 。 所以綜上所述，本設(shè)計(jì)所選用的是非接觸式射頻卡。 射頻讀寫(xiě)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 讀寫(xiě)器終端在射頻卡系統(tǒng)中起著橋梁紐帶的作用。它通過(guò)射頻接口對(duì)射 9 頻卡片讀寫(xiě)，完成商品的認(rèn)證和信息傳遞。如上所述，讀寫(xiě)器與控制器之間通信 ，執(zhí)行控制器的命令，完成數(shù)據(jù)的上傳或下載。讀寫(xiě)器一般還連接有執(zhí)行器，如門(mén)鎖的開(kāi)關(guān)，這時(shí)讀寫(xiě)器還要對(duì)執(zhí)行器發(fā)出信息命令，使之動(dòng)作。對(duì)于一個(gè)非接觸式數(shù)據(jù)載體的讀寫(xiě)操作，一般是嚴(yán)格按照“主 從”原則來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這意味著讀寫(xiě)器和射頻卡的所有動(dòng)作均應(yīng)有通信協(xié)議或軟件來(lái)控制。因此，在實(shí)際系統(tǒng)中，應(yīng)用軟件作為主動(dòng)方，而讀寫(xiě)器則作為從動(dòng)方只對(duì)應(yīng)用軟件的讀寫(xiě)指令作出反應(yīng)，而不自主活動(dòng)。因此，讀寫(xiě)器的基本任務(wù)是啟動(dòng)數(shù)據(jù)載體（射頻卡）與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸的無(wú)線通信，防沖突及身份驗(yàn)證均由讀寫(xiě)器自動(dòng)完成。 通常，射頻識(shí)別 系統(tǒng)的讀寫(xiě)器由以下幾部分組成：電源部分、微波信號(hào)源、高頻信號(hào)處理部分（包括放大、調(diào)制等）、收發(fā)通信、中央處理器以及天線等組成。所有 RFID系統(tǒng)的讀寫(xiě)器均可簡(jiǎn)化為三大基本功能模塊： 由收發(fā)系統(tǒng)組成的高頻接口、控制系統(tǒng)以及和外界其它設(shè)備通信用的各種標(biāo)準(zhǔn)接口，如 USB接口、 RS232接口、 RS485接口、與 Inter連接的網(wǎng)口以及與打印機(jī)相連的并口等。在這些部分中，關(guān)鍵的是射頻接口。 讀寫(xiě)器終端的射頻口部分完成下列任務(wù)： (1)產(chǎn)生射頻發(fā)射功率，以啟動(dòng)射頻卡并為它提供能量； (2)對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用于將 數(shù)據(jù)傳送給射頻卡； (3)接受并解調(diào)來(lái)自射頻卡的射頻信號(hào)。 發(fā)送器分支 射頻卡 接收器 在整個(gè)系統(tǒng)的射頻接口中有兩個(gè)分隔開(kāi)的信號(hào)通道，分別用于射頻卡（即卡片）的兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)流。傳送到射頻卡中去的數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送器分支，而來(lái)自射頻卡的數(shù)據(jù)通過(guò)接收器 (即讀寫(xiě)器 )分支來(lái)接收。 讀寫(xiě)器終端的控制單元擔(dān)負(fù)著以下任務(wù)： (1)與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來(lái)的命令； (2)控制與射頻卡的通信過(guò)程 (主 從原則 )； (3)信號(hào)的編碼與解碼。 10 為了完成這些復(fù)雜的任務(wù)，在絕大多數(shù)情況下控制單元都 擁有微處理器作為核心部件。加密邏輯過(guò)程，如射頻卡與讀寫(xiě)器之間的流加密、還有信號(hào)編碼，常常是交由附加的 ASIC（ Application Specific Integrated Circuit）組件來(lái)完成的，以減輕處理器計(jì)算密集型過(guò)程的負(fù)擔(dān)。基于性能上的原因，對(duì) ASIC的訪問(wèn)是通過(guò)微處理器總線 (面向寄存器的 )實(shí)現(xiàn)的。 應(yīng)用系統(tǒng)軟件與讀寫(xiě)器之間的數(shù)據(jù)交換通常是通過(guò) RS23 RS485串口來(lái)進(jìn)行的。同普通的 PC機(jī)一樣可以使用 NRZ編碼（ 8位異步）。波特率為標(biāo)準(zhǔn)的1200Bd的倍數(shù)。作為通信協(xié)議使用的是各不相同的、 常常是自定義的協(xié)議。也可以采用網(wǎng)絡(luò)通信的方式進(jìn)行上述串口的通信。 讀寫(xiě)器終端的天線部分用于產(chǎn)生磁通量 Φ ，而磁通量用于向射頻卡提供電