【正文】 3 （ 3） 服裝生產(chǎn)線和物流系統(tǒng)的管理和應(yīng)用； （ 4） 固定資產(chǎn)的管理系統(tǒng)等。 最后是超高頻段的 RFID 主要應(yīng)用的領(lǐng)域有： （ 1） 供應(yīng)鏈上的管理和應(yīng)用； （ 2） 集裝箱的管理和應(yīng)用； （ 3） 航空和鐵路包裹的管理和應(yīng)用； （ 4） 后勤管理系統(tǒng)的應(yīng)用。 主要工作和任務(wù) 本課題做的 基于 RFID 技術(shù) 的鉆具 出入庫(kù)的 自動(dòng)檢 測(cè)系統(tǒng)主 要是以STC89C54RD+單片機(jī)作為微控制器，以射頻識(shí)別技術(shù)為核心的系統(tǒng)，系統(tǒng)中采用的是飛利浦公司中的 MF RC500 芯片作為整個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫(xiě)器。不僅涉及到了該系統(tǒng)的總體架構(gòu)，系統(tǒng)工作原理，以及對(duì)硬件的設(shè)置，軟件的編程，產(chǎn)品的調(diào)試。設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)不僅可以識(shí)別卡的型號(hào)，也就是鉆具的名稱(chēng)，還能識(shí)別鉆具卡的 ID，相當(dāng)于鉆具的編號(hào)。還可以利用應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)對(duì)該識(shí)別卡進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮?。該系統(tǒng)主要是利用 USB 接口供電，同樣是利用 USB 接口與應(yīng)用軟件系統(tǒng)連接通信。本設(shè)計(jì)最后能夠達(dá)到的系統(tǒng)指標(biāo)主要有： （ 1） 顯示系統(tǒng)：能夠在 LCD 顯示屏上看到鉆具卡的信息； （ 2） 識(shí)別卡的信息：當(dāng)識(shí)別卡進(jìn)入到系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)時(shí)，顯示屏上能夠正確顯示卡的型號(hào)（鉆具名稱(chēng)）和 ID（鉆具編號(hào)）。 （ 3） 唯一性：兩張不同的卡進(jìn)入到系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)時(shí)，卡的型號(hào)（鉆具名稱(chēng)）可以相同，但是卡的 ID（鉆具編號(hào)）不能夠一樣。 （ 4） 讀寫(xiě)識(shí)別卡信息：可以利用應(yīng)用軟件系統(tǒng)對(duì)識(shí)別卡進(jìn)行讀和寫(xiě)的操作。 設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要涉及到技術(shù)難點(diǎn)主要有： （ 1） STC89C54RD+單片機(jī)作為微控制器的程序設(shè)計(jì)； （ 2） 讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽通信標(biāo)準(zhǔn)的程序設(shè)計(jì)； （ 3） 應(yīng)用軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，與 不同的應(yīng)用軟件系統(tǒng)相連接可以將之投入到不同的行業(yè)中。該系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用到石油鉆井市場(chǎng)中，還可以應(yīng)用到食品溯源，倉(cāng)庫(kù)管理，小區(qū)停車(chē)等。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 相關(guān)知識(shí)簡(jiǎn)介 技術(shù) RFID 技術(shù)是射頻識(shí)別技術(shù)（ Radio Frequency IDentification）的簡(jiǎn)稱(chēng)，又稱(chēng)電子標(biāo)簽，是一種通信技術(shù)，可以通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，是一種非接觸式通信的典型例子。一般可以分為低頻 （ 125K~） ，高頻 （ ） ，超高頻等技術(shù)。一個(gè)完整的 RFID 系統(tǒng)主要包括三個(gè)方面：讀寫(xiě)器，電子 標(biāo)簽，以及天線。除此之外，一般還要在 PC 機(jī)上建立一個(gè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，主要是用來(lái)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 收 發(fā) 模 塊邏 輯 模 塊存 儲(chǔ) 模 塊接 口 模 塊讀 寫(xiě) 器電 子 標(biāo) 簽收 發(fā) 模 塊存 儲(chǔ) 模 塊電 池天 線信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 圖 讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽的通信 讀寫(xiě)器 RFID 讀寫(xiě)器又被成為“ RFID 閱讀器”，通過(guò)射頻識(shí)別信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，不需要人工的操作，可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體以及可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行操作更加簡(jiǎn)單方便。 RFID 讀寫(xiě)器通過(guò)天線與電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽的讀操作和寫(xiě)操作。如今的社會(huì)上有著許多種讀寫(xiě)器，主要可以分為低頻讀寫(xiě)器，高頻讀寫(xiě)器，超高頻讀寫(xiě)器，雙 頻讀寫(xiě)器（所謂的雙頻讀寫(xiě)器就是指該讀寫(xiě)器可以支持兩種協(xié)議的讀寫(xiě)），防爆讀寫(xiě)器等。射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展到如今的地步，有許多種芯片可以制成不同的讀寫(xiě)器。本課題研究的是利用飛利浦公司的 MF RC500 芯片制作的可以支持 ISO14443A 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的讀寫(xiě)器。一般的讀寫(xiě)器可以包括手持式的讀寫(xiě)器和固定式的讀寫(xiě)器。現(xiàn)如今不同的 RFID 讀寫(xiě)器出現(xiàn)在社會(huì)的不同領(lǐng)域中，超市中的食品保護(hù)，門(mén)禁系統(tǒng)的人員識(shí)別，停車(chē)場(chǎng)的車(chē)子的保護(hù)和防鉆具出入庫(kù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 盜等，發(fā)揮著不同的作用。 圖 社會(huì)上的各種讀寫(xiě)器 電子標(biāo)簽 這 里的電子標(biāo)簽是指純粹的標(biāo)簽，常常又被叫做智能標(biāo)簽。電子標(biāo)簽也是一個(gè)芯片，該芯片不僅內(nèi)部存有天線，芯片中還存儲(chǔ)著能夠識(shí)別目標(biāo)的信息。 RFID 標(biāo)簽具有很多種優(yōu)點(diǎn)，包括存儲(chǔ)的信息量大，信息接收傳播性強(qiáng)，非常持久，種類(lèi)繁多等。甚至現(xiàn)在有些電子標(biāo)簽具有讀寫(xiě)的功能，能夠非常及時(shí)地更新標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。 RFID 電子標(biāo)簽在制作時(shí)具有唯一的卡片序列號(hào)，而且該序列號(hào)無(wú)法復(fù)制，不可能出現(xiàn)兩張一模一樣的 RFID 電子標(biāo)簽，所以該標(biāo)簽具有很強(qiáng)的防偽性。電子標(biāo)簽還具有防沖突性，因?yàn)橐粋€(gè) RFID 讀寫(xiě)器經(jīng)常在同時(shí)訪問(wèn)多個(gè)電子標(biāo)簽，不會(huì)因?yàn)槎鄠€(gè)標(biāo)簽 而數(shù)據(jù)發(fā)生沖突而改變。 電子標(biāo)簽根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的種類(lèi)。首先根據(jù)工作頻率可以分為低頻電子標(biāo)簽，中高頻電子標(biāo)簽，超高頻和微波電子標(biāo)簽；其次根據(jù)其電能消耗可以分為有源式電子標(biāo)簽和無(wú)源式電子標(biāo)簽；最后還可以根據(jù)其應(yīng)用可以分為物流標(biāo)簽，圖書(shū)標(biāo)簽，防金屬標(biāo)簽等。 圖 常見(jiàn)的電子標(biāo)簽 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 應(yīng)用軟件系統(tǒng) 移動(dòng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)就相當(dāng)于是一個(gè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，而本次課題設(shè)計(jì)的上位機(jī)測(cè)試軟件就是一個(gè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，由于時(shí)間的關(guān)系，該軟件系統(tǒng)不是自己設(shè)計(jì)的，是在網(wǎng)上尋找的一個(gè)射頻讀卡器的應(yīng)用軟件系 統(tǒng)，所以在功能上與本課題涉及到的鉆具沒(méi)有太大的關(guān)系，但是這并不關(guān)系到讀寫(xiě)器與應(yīng)用軟件系統(tǒng)的通信，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)都是參照該應(yīng)用軟件來(lái)設(shè)計(jì)的，所以制作的硬件設(shè)備基本上能夠與該軟件系統(tǒng)進(jìn)行通信，甚至使用其功能。對(duì)于不同的領(lǐng)域， RFID 將發(fā)揮不同的作用，所以也需要不同的應(yīng)用軟件系統(tǒng)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。 （ 1） 一卡通服務(wù)：擁有一人一卡一序列號(hào)，錢(qián)包初始化，充值，扣錢(qián)等功能； （ 2） 考勤管理：用戶(hù)名稱(chēng)，打卡時(shí)間，打卡次數(shù)等功能； （ 3） 倉(cāng)庫(kù)管理：管理員登錄，物品名稱(chēng)，出入情況等； （ 4） 校園圖書(shū)館管理：用戶(hù)名，借閱時(shí)間，借閱書(shū)籍等功能； （ 5） 門(mén)禁系統(tǒng)管理：用戶(hù)名，用戶(hù)權(quán)限，用戶(hù)地址等功能； RC500 MF RC500 是飛利浦（ Philips）公司中應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成讀卡 IC 系統(tǒng)中的一員，該讀卡 IC 系列利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類(lèi)型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。此外， MF RC500 還支持ISO14443A 所有的層。該芯片內(nèi)部包括并行微控制器接口，雙向。方便的并行接口可以直接與任何 8 位微控制器相連接，這樣可以給讀卡器和終端的設(shè)計(jì)提供更多的靈活空間。該芯片相對(duì)于其他的芯片來(lái) 說(shuō)，應(yīng)用范圍更加廣泛，資料更加齊全，更適合做本次設(shè)計(jì)的讀寫(xiě)芯片。 RC500 簡(jiǎn)介 MF RC500 是飛利浦公司制造的芯片之一，它包括了 32 個(gè)管腳信息， 64 個(gè)寄存器及其并行接口。首先其 32 個(gè)管腳主要有三種類(lèi)型，分別是輸入型，輸出型，電源型。包括中斷請(qǐng)求，兩個(gè)發(fā)送器，片選，讀，寫(xiě)，電源，數(shù)據(jù)總線，地址線，接收器等。每個(gè)引腳都有自己的功能，正是這些引腳的選擇不同，才會(huì)體現(xiàn)出該芯片的功能。 鉆具出入庫(kù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 圖 MF RC500 管腳配置 其次該芯片內(nèi)部包含了 64 個(gè)寄存器。主要包括了命令和狀態(tài)，控制和狀態(tài)， 發(fā)送器和編碼器控制，接收器和編碼器控制，時(shí)序和信道冗余， FIFO 定時(shí)器和 IRQ 腳配， RFU,測(cè)試控制等八頁(yè)寄存器，每頁(yè)都有八個(gè)寄存器。不同的寄存器的位和標(biāo)志的狀態(tài)是不一樣的，這主要取決于它們的功能。 表 寄存器位的狀態(tài)和設(shè)計(jì) 縮寫(xiě) 狀態(tài) 描述 r/w 讀和寫(xiě) 通過(guò)微控制器讀和寫(xiě)，它們的內(nèi)容不會(huì)被內(nèi)部狀態(tài)機(jī)影響。 dy 動(dòng)態(tài) 通過(guò)微控制器讀和寫(xiě)，它們的內(nèi)容可被內(nèi)部狀態(tài)機(jī)自動(dòng)寫(xiě)入。 r 只讀 保存標(biāo)志，其值僅有內(nèi)部狀態(tài)決定。 w 只寫(xiě) 用于控制方式，可通過(guò)微控制器寫(xiě)入但不能讀出。 最后該芯片還 支持并行接口。 MF RC500 支持與不同的微處理器直接接口，可與西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 個(gè)人電腦的增強(qiáng)型并口直接相連。該芯片還支持許多種并口信號(hào)，包括獨(dú)立的讀和寫(xiě)選通信號(hào)，共用的讀和寫(xiě)選通信號(hào)，帶握手的共用讀和寫(xiě)選通信號(hào)。 表 芯片支持的并口信號(hào) 總線控制信號(hào) 總線 獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線 復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線 獨(dú)立的讀和寫(xiě)選通信號(hào) 控制 NRD,NWR,NCS NRD,NWR,NCS,ALE 地址 A0， A1， A2 AD0… AD5 數(shù)據(jù) D0… D7 AD0… AD7 共用的讀和寫(xiě)選通信號(hào) 控制 R/NW,NDS,NCS R/NW,NDS,NCS,AS 地址 A0， A1， A2 AD0… AD5 數(shù)據(jù) D0… D7 AD0… AD7 帶握手的共用讀和寫(xiě)選通信號(hào) 控制 — nWrite,nDStrb,nAStrb,nWait 地址 AD0… AD5 數(shù)據(jù) AD0… AD7 RC500 特性 本次設(shè)計(jì)之所以選擇該芯片作為讀寫(xiě)芯片，正是因?yàn)樵撔酒鄬?duì)于其他的芯片來(lái)說(shuō)，其獨(dú)有的特性更加適合本次設(shè)計(jì)。 （ 1） 擁有唯一的序列號(hào)； （ 2） 集成有 64 字節(jié)的收發(fā) FIFO 緩存器； （ 3） 集成了編碼調(diào)制和解調(diào)解碼的收發(fā)電路； （ 4） 天 線驅(qū)動(dòng)電路僅需要少量的外圍元件，可以近距離操作（ 100mm） 。 （ 5） 非常靈活的中斷處理等。 正是因?yàn)樵撔酒哂羞@些特點(diǎn)，用 MF RC500 非常容易設(shè)計(jì) TYPE A型的讀寫(xiě)器。 鉆具出入庫(kù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 一個(gè)好的課題設(shè)計(jì)不僅需要有好的程序設(shè)計(jì)思想，還需要適合的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，也需要適當(dāng)?shù)木帉?xiě)程序的軟件，仿真器，燒寫(xiě)器。本次設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)主要采用的是 Keil 作為編寫(xiě)程序的軟件，主要生成 Hex 文件，然后通過(guò) STC_ISP_V488 向硬件中燒寫(xiě)程序，其中 STC_ISP_V488 是一款專(zhuān)門(mén)燒寫(xiě) STC89 系列單片機(jī)的軟件。整個(gè)設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言主要采用的是 C 語(yǔ)言，雖然大多數(shù)單片機(jī)開(kāi)發(fā)使用的是匯編語(yǔ)言，但是匯編語(yǔ)言有一定的缺點(diǎn)：程序的可讀性和可移植性比較差，而且編寫(xiě)的程序周期長(zhǎng)，調(diào)試非常困難。然而 C 語(yǔ)言就不一樣了， C 語(yǔ)言是一門(mén)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言，具有較好的可讀性和可移植性。除此之外， Keil 編程軟件是一個(gè) 51 系列兼容單片機(jī)C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，該軟件中包括了 C 編譯器，宏匯編，連接器，庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。在該軟件中用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序可以做到事半功倍的效果，是本設(shè)計(jì)選擇軟件的不二之選。在課題設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了使用這些必要的 編程軟件外，我還使用了一個(gè)輔助軟件 Source Insight ，該軟件可以關(guān)聯(lián)整個(gè)系統(tǒng)使用的所有程序，而且能分析你的源代碼并在你工作的同時(shí)動(dòng)態(tài)維護(hù)它自己的符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，并自動(dòng)為你顯示有用的上下文信息。事實(shí)證明：該軟件是一款非常好的輔助編程軟件。 系統(tǒng)總體架構(gòu) 系統(tǒng)可行性分析 （ 1） 微控制器的選擇： 對(duì)于一般的基于 RFID 做的射頻讀卡系統(tǒng)，在選擇微控制器的時(shí)候可以有兩種方案： C51 單片機(jī)中的 STC89 系列和 FPGA。兩者相比較而言：前者算術(shù)功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，容易我們掌握；后者集成 度高，成本也偏高。雖然后者處理速度快，但本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)這方面也沒(méi)有太大的要求。 （ 2） 讀卡芯片的選擇： 通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上部分讀卡芯片的調(diào)研，飛利浦公司的 RC500 芯片是 高整合的 非接觸 IC 卡讀寫(xiě)芯片 ，而且支持 ISO14443A 協(xié)議，還具有合適的并行接口，非常適合與微控制器連接。 （ 3） 通信接口以及供電選擇： 射頻讀卡系統(tǒng)與應(yīng)用軟件系統(tǒng)的通信一般有兩種情況：一種是直接采用串口進(jìn)行西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 通信，另一種是用 USB 接口與 CH341 芯片連接組成串口的功能進(jìn)行通信和供電?，F(xiàn)在有很多 PC 機(jī)沒(méi)有串口，采用第二種方法就能夠解決 PC 機(jī)沒(méi)有串口的尷尬。 通過(guò)以上三點(diǎn)的選擇，最后確定了整個(gè)系統(tǒng)是以 STC89C54RD+作微控制器，讀寫(xiě)器芯片選擇 RC500 芯片，采用 USB 轉(zhuǎn)串口的方式進(jìn)行通信和供電，最后通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。 系統(tǒng)架構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)是以射頻識(shí)別技術(shù)為核心，電子標(biāo)簽中擁有存儲(chǔ)芯片和耦合模塊，讀寫(xiě)器中包括了耦合模塊，高頻模塊，控制模塊和接口單元。其中耦合模塊就是指讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間通過(guò)天線進(jìn)行耦合，通信；高頻模塊是讀寫(xiě)器在不斷地向周?chē)l(fā)射無(wú)線電波；控制模塊主要就是以 STC89C54RD+為主的微控制器；接口單元就是指 USB接口和 CH341 芯片組成的串口通信和供電。 電 子 標(biāo) 簽 讀 寫(xiě) 器天 線存儲(chǔ)芯片耦合模塊控制模塊接口單元高頻模塊耦合模塊應(yīng) 用 系 統(tǒng)（ 電 腦 ）載 波 信 號(hào)反 射 信 號(hào) 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)的工作原理是： （ 1） 讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射天線向外發(fā)射特定頻率的無(wú)線電載波信號(hào)。 （ 2） 當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到讀寫(xiě)器的有效工作區(qū)域范圍內(nèi)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而激活能量，電子標(biāo)