【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)在單一的身份識別功能擴(kuò)展到多用途功能，處理多種類型的數(shù)據(jù)。因此總的來說，卡產(chǎn)品的發(fā)展趨勢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，基于遠(yuǎn)程信息化網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和移動商務(wù)的社會需求，射頻識別技術(shù)在現(xiàn)代社會中將發(fā)揮巨大的作用，射頻識別技術(shù)的明天將更加燦爛奪目。射頻識別技術(shù)正在成為一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)蔓延開來，研究和開發(fā)射頻識別技術(shù)有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。而未來智能卡的發(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)在單一的身份識別功能 3 擴(kuò)展到多用途功能，處理多種類型的數(shù)據(jù)。因此總的來 說，卡產(chǎn)品的發(fā)展趨勢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)處排著那庸長的隊(duì)，顧客焦急地等待，而超市收銀員也忙地不可開交。如果在每個(gè)商品佩帶一個(gè)記錄此商品信息的無線射頻卡（ RFID)，那么收銀員就無需一一記錄商品信息，只要通過無線射頻識別系統(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。由此看出無線射頻卡給我們的生活帶來的極大方便。商家可以時(shí)刻掌握 商品庫存，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)，未來將是無線射頻識別技術(shù)在中國繁榮昌盛的時(shí)代。 國內(nèi)外射頻 讀寫器 研究動態(tài)與現(xiàn)狀 由于射頻 讀寫器 的優(yōu)點(diǎn)，在國外射頻識別技術(shù)己被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、軍事國防、安保門禁以及交通物流等領(lǐng)域，澳大利亞將射頻識別產(chǎn)品用于機(jī)場旅客行李管理，該技術(shù)發(fā)揮了出色的作用；歐共體宣布1997年開始生產(chǎn)的新車型必須具有基于射頻識別技術(shù)的防盜系統(tǒng)；瑞士國家鐵路局在瑞士的全部旅客列車上安 裝了自動識別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實(shí)時(shí)的掌握火車運(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月韓國在漢城的 600輛公共汽車上安裝射頻識別系統(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)票購銷方式等。在歐洲、美國及日本等國正在研究各種各樣的射頻識別技術(shù)。各種新功能的射頻識別系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，滿足各種各樣市場的需求。 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別卡只含有一個(gè)集成芯片成為可能，為射頻識別系統(tǒng)的應(yīng) 用提供更加廣泛的應(yīng)用前景。 4 然而當(dāng)前，射頻識別技術(shù)在我國的應(yīng)用正處于起步階段?？ㄆ瑧?yīng)用系統(tǒng)進(jìn)入我國的時(shí)間較晚，卡的應(yīng)用由銀行卡起步，而非銀行卡的應(yīng)用后來居上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了銀行卡的發(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)成為我國的第一支 柱產(chǎn)業(yè)。在這樣一個(gè)有利的情形下，中國市場對 IC卡的需求量迅速上升。 1999年全國 IC卡發(fā)行量約為， 20xx年我國 IC卡共發(fā)行 ，增長 35%； 20xx年中國 IC卡需求量約 ，增長 40%； 20xx年我國 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 ，其中存儲卡是主要的需求，發(fā)行約 33405萬張，占總發(fā)卡量的 %； 20xx年 CPU卡的需求增長迅速，發(fā)行約 9395萬張，占總發(fā)卡量的 %。目前中國 IC卡市場對 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 無線射頻 識別 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) 無線射頻卡系統(tǒng)是一個(gè)跨學(xué)科專業(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)建和對射頻卡的選擇對其進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)，然后又對射頻卡讀寫器系統(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，分別為射頻識別卡系統(tǒng) 、 射頻讀寫器 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。 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。 （ 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）鍵盤操作：使用讀卡器上的鍵盤對射頻卡進(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： 射頻識別卡部分 ，射頻讀寫器部分。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)射頻識別卡：射頻識別卡（射頻卡）也稱電子標(biāo)簽，相當(dāng)于商品的電子身份證。放置在被識別的商品上，用來響應(yīng)讀寫器的指令。 (2)射頻讀寫器：讀寫器也稱為讀卡器或接收器，它由發(fā)射單元、接收單元、信號處理控制模塊、天線和電源等組成。它向射頻卡發(fā)送射頻調(diào)頻信號，同時(shí)通過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，經(jīng)處理后傳給射頻控制設(shè)備。 另外， 一個(gè)完整的射頻識別系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)等輔助控制設(shè)備。 無線射頻卡系統(tǒng)方案設(shè) 計(jì) 無線射頻識別卡的方案設(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 射頻卡對記錄商品信息為基礎(chǔ)對 有源射頻卡系統(tǒng)和無源射頻卡系統(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器的影響范圍之外也是有源狀態(tài)，即射頻 無線射頻識別卡 無線射頻讀寫器 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 超過某一特定值時(shí)，有源射頻卡才真正開始工作，這一過程又被稱為“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：無源射頻卡系統(tǒng)。 無源卡內(nèi)無電池，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 。無源射頻卡在讀寫器的響應(yīng)范圍之外是處于無源狀態(tài)，沒有自己的供電電源（電池），只是在讀寫器的響應(yīng)范圍之內(nèi)，這類射頻卡才會從讀寫器的射頻場中獲取能量供數(shù)字電路部分使用 。射頻卡工作所需要的能量是通過電磁耦合單元或天線，通過非接觸 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，而無源射頻卡的壽命一般可長達(dá)幾十年。雖然 無源射頻卡 作用距離相對有源卡短，但壽命長且對工作環(huán)境要求不高。 綜合以上比較，本設(shè)計(jì)由于是對商品信息記錄的所以最后采用無源射頻卡。在本設(shè)計(jì)中無源射頻卡相比有源射頻卡具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，無源射頻卡的體積相對有源射頻卡的體積較小，無源射頻卡的整體結(jié)構(gòu)比較牢固耐用，而且無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，由于無源射頻卡的防水耐高低溫性，所以使用無源射頻卡比較好；其次，由于無源射頻卡是內(nèi)部沒有電源的，這就決定了它的工作壽命要比有源射頻卡要長（可讀寫次數(shù)超過 10萬次），并且由于無源射頻卡在出廠是含有唯一的可識別序號（通常為制造時(shí)間），所以這就決定了無源射頻卡比有源射頻卡安全并能被循環(huán)利用；最后，無源射頻卡的存儲器容量可以很大，并且無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，除了存儲容量大，還可一卡多用 ， 同時(shí)可靠性比磁卡高，壽命長；讀寫機(jī)構(gòu)比磁卡讀寫機(jī)構(gòu)簡單可靠，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法避免的缺點(diǎn)，如讀寫故障率高， 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)不便的讀寫過程等。非接觸式卡完全密封的形式及無接觸的工作方式， 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 ： 卡與讀寫器之間無機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(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，讀寫器在 10cm范圍內(nèi)就可以對卡片操作，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)沒有方向性，卡片可以任意方向掠過讀寫器表面，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條件； 第五點(diǎn)是 加密性能好 ： 射頻卡的序列號是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號固化，不可再更改；射頻卡與讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫器驗(yàn)證射頻卡的合法性，同時(shí)射頻卡也驗(yàn)證讀寫器的合法性 。 所以綜上所述，本設(shè)計(jì)所選用的是非接觸式射頻卡。 射頻讀寫器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 讀寫器終端在射頻卡系統(tǒng)中起著橋梁紐帶的作用。它通過射頻接口對射 9 頻卡片讀寫，完成商品的認(rèn)證和信息傳遞。如上所述，讀寫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。讀寫器一般還連接有執(zhí)行器，如門鎖的開關(guān)，這時(shí)讀寫器還要對執(zhí)行器發(fā)出信息命令，使之動作。對于一個(gè)非接觸式數(shù)據(jù)載體的讀寫操作，一般是嚴(yán)格按照“主 從”原則來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這意味著讀寫器和射頻卡的所有動作均應(yīng)有通信協(xié)議或軟件來控制。因此，在實(shí)際系統(tǒng)中，應(yīng)用軟件作為主動方，而讀寫器則作為從動方只對應(yīng)用軟件的讀寫指令作出反應(yīng)，而不自主活動。因此，讀寫器的基本任務(wù)是啟動數(shù)據(jù)載體（射頻卡）與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)非接觸的無線通信，防沖突及身份驗(yàn)證均由讀寫器自動完成。 通常，射頻識別 系統(tǒng)的讀寫器由以下幾部分組成：電源部分、微波信號源、高頻信號處理部分（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)的讀寫器均可簡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，以啟動射頻卡并為它提供能量； (2)對發(fā)射信號進(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)來自射頻卡的射頻信號。 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)分隔開的信號通道，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)通過發(fā)送器分支，而來自射頻卡的數(shù)據(jù)通過接收器 (即讀寫器 )分支來接收。 讀寫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)來的命令； (2)控制與射頻卡的通信過程 (主 從原則 )； (3)信號的編碼與解碼。 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。加密邏輯過程，如射頻卡與讀寫器之間的流加密、還有信號編碼，常常是交由附加的 ASIC（ Application Specific Integrated Circuit）組件來完成的，以減輕處理器計(jì)算密集型過程的負(fù)擔(dān)?；谛阅苌系脑颍瑢?ASIC的訪問是通過微處理器總線 (面向寄存器的 )實(shí)現(xiàn)的。 應(yīng)用系統(tǒng)軟件與讀寫器之間的數(shù)據(jù)交換通常是通過 RS23 RS485串口來進(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