【正文】 36 在 Keil 軟件中進行程序的編寫， 調(diào)試 36 仿真結(jié)果分析 37 結(jié) 論 39 致 謝 40 參 考 文 獻 41 附錄 A 42 仿真程序 42 附錄 B 47 讀卡程序 47 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1． 緒論 射頻識別技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它整合射頻識別以及 IC 卡技術(shù)開發(fā)出來的非接觸是 IC 卡技術(shù)不僅使用壽命更長，且它的雙向通信速率也有了很大的提高。近幾年來，非接觸式射頻卡的高度安全保密性和使用簡單等特點， 使之在各領(lǐng)域的應用中異軍突起，應用前景十分廣闊。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） I RFID 讀寫器設(shè)計 摘 要 隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展 ,智能卡已經(jīng)在我們的生活中隨處可見。與傳統(tǒng)的接觸式卡相比，利用射頻識別技術(shù)開發(fā)的非接觸式識別器，無論在系統(tǒng)壽命、防監(jiān)聽、防解密等性能上都具有很大的優(yōu)勢。按照工作頻率范圍可以將射頻識別技術(shù)劃分為低頻段、高頻段、超高頻段以及微波段。而超高頻段技術(shù)雖然也已開發(fā)出來，但是由于各國之間都存在自己的標準，甚 至有的國家都沒有開放自己的超高頻域，這就意味有些國家的系統(tǒng)在別國是運行不起來的。至于微波射頻識別系統(tǒng)，現(xiàn)在更是沒有大規(guī)模使用，一些技術(shù)還是處在測試階段，所以本文沒有做出進一步介紹。而近幾年來， RFID 技術(shù)仍然保持著高效的增長勢頭，特別是 RFID 技術(shù)在商品流通，物流管理以及 跟蹤方面的應用，得到了很快的發(fā)展，且其技術(shù)也越來越完善。射頻識別技術(shù)是否能夠成功的應用于物流與供應鏈的管理在于能否將射頻識別技術(shù)整合到物質(zhì)基礎(chǔ)之上，而這又要考慮到被識別物體的形狀、物理性質(zhì)、移動的速度、標簽的成本以及系統(tǒng)所處的環(huán)境等問題。 ③ 被識別物體的移動速度體現(xiàn)了它在輻射場中停留的時間長短，停留的時間越長，那么標簽（無源）的充電時間也就越長，在進行數(shù)據(jù)通信的時候就不會因為供電不足而導致出錯，影響系統(tǒng)的讀卡準確率。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 商品防偽 在標簽的制作的時候，會在它的 ROM 中寫進一個全球唯一的序列號。只不過區(qū)別與商場里的手持式讀卡器，該系統(tǒng)一般將閱讀器做成固定的形式。在海灣戰(zhàn)爭的時候，美國就曾把標簽安裝到每個士兵的袖口中，用于觀察士兵的在戰(zhàn)場上的方位，如果遇到襲擊，通訊方式又被破壞的情況下，指揮中心就利用閱讀器向外發(fā)出信號，根據(jù)士兵身上的標簽反饋回來的數(shù)據(jù)確定其所在的位置后，就可以很快的做出反應。 未來展望，我相信隨著 RFID 技術(shù)的發(fā)展，其性價比會越來越高；其功能也將會越來越強大，例如，讀寫模塊的功耗將越來越低；其天線的覆蓋范圍將不會存在盲區(qū)，與卡的通信距離也將會更遠；而核心射頻芯片及系統(tǒng)的兼容問題將會得到更好的解決；在外觀方面，讀卡器和卡也將向著便攜式，小型化等方向發(fā)展。這樣，在需要頻繁讀 /寫卡的場合就很不方便，而且 IC 卡的觸點暴露在外，容易損壞和搞臟而造成接觸不良。其典型型號為 Mifare1 S50，它有 1K 字節(jié) E2PROM 用于存放數(shù)據(jù)，分成 16 個區(qū)，每個區(qū)都有自己獨立的密碼，具有完善的安全機制。 基于 MFRC500 的讀卡器采用的通信標準是 ISO/IEC 14443A。 第六章對整個項目進行最后的總結(jié)。內(nèi)部分為射頻區(qū)和接口區(qū)：射頻區(qū)包含了調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機相連接的端口，有與射頻區(qū)相連接的收發(fā)器、 64 字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器 、存放寄存器初始化文件的 E2PROM， 存放密鑰的只寫存儲器以及進行三重驗證和數(shù)據(jù)加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。當電容充 電達到 2V 時，這個電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收發(fā)來的數(shù)據(jù)與保存。該芯片還提供了有效的調(diào)制解調(diào)電路，用于同一標準的射頻卡信號。我們對各個頻 段的選擇，主要是依據(jù)對應于該頻段下的電磁波的傳輸特性，這不僅僅是因為電磁波的傳輸特性決定了讀卡系統(tǒng)的工作原理（電感耦合和電磁耦合），還決定了射頻識別的距離以及相應讀卡器的制作難度和成本的高低問題。 該頻段的特性為： 低頻率讀寫器的功耗很低； 低頻段射頻 識別系統(tǒng)的性能不會隨著環(huán)境的變化而變化； 除了金屬材料以外，可以穿透任意材料而讀取距離不會發(fā)生顯著變化，所以對應的射頻卡可以用在含有水分較多的物品上（例如水果等）； 該工作頻率不會受到無線電的頻率管制和約束； 該頻段下典型的應用主要是動物識別、門禁、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。 由于以上兩款芯片內(nèi)部沒有調(diào)試解調(diào)電路，所以在進行數(shù)據(jù)調(diào)制和解調(diào)的時候，應該特別注意。感應器一般是通過負載調(diào)制的方式工作的，也就是說通過感應器上負載的接通和斷開來促使閱讀器天線上的電壓發(fā)生變化，從而是實現(xiàn)利用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調(diào)制。 該頻段下典型的應用為公交電子身份證、收費、門禁、票證、資產(chǎn)管理等。要說區(qū)別，就是射頻芯片的外圍電路了。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 基于 EM4094 的讀寫器 該芯片和 RC500，都可以讀 Mifare1 卡，但是由于 RC500 和 Mifare1 卡都是Philips 公司生產(chǎn)的，所以 RC500 能通過三重驗證讀寫 Mifare1 卡，而 EM4094 卻不行。 基于 RC5XX 系列的讀寫器 較之以上兩款芯片，其總體性能都有所提高，主要是功耗和一致性好，使用也比較方便，代碼容易維護，讀卡速度快；且在安全性能方面得到了很大的提高。感應器的工作能量從閱讀器天線的輻射場中獲得。 該頻段下典型的應用為物流、產(chǎn)品供應鏈、行李等?？紤]到高頻段的射頻識別系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展已經(jīng)很成熟，且在性能和價格方面也是最佳的選擇，所以本項目采用了 MFRC500 射 頻芯片來設(shè)計 RFID 讀卡器。 C 時的功耗 正常模式 : mA 空閑模式 : mA 掉電模式 : 1 μA MFRC500 介紹 （ 1）概述： MF RC500 是應用于非接觸式通信中高集成度讀寫卡芯片系列中的一員。接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理 ISO14443A 兼容的應答器信號。 （ 2）特性 高集成度的調(diào)制解調(diào)電路； 緩沖輸出驅(qū)動器使用最少數(shù)目的外部元件連接到天線； 最大工作距離 100mm； 支 持 ISO/IEC14443 TypeA 協(xié)議的 1~4 部分和 MIFARE174。它能獨立完成對 MIFARE 卡的所有操作，它還具有與用戶主系統(tǒng)的串行通 信能力，可根據(jù)用戶系統(tǒng)的命令完成對 MIFARE 卡的讀寫操作，并將所得數(shù)據(jù)返回給用戶系統(tǒng)，這個用戶系統(tǒng)可以是一個主控板或 PC 機。 下面是利用 visio 繪制的穩(wěn)壓電路圖 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 F u s e 5 AC 1 :1 0 0 u f7 8 0 5G N DI N O U TV c cD s _ p o w e rC 3 :1 0 0 u fC 2 :1 0 0 u fpower圖 32 穩(wěn)壓電路 單片機與 RC500 連接 本項目采用的并行接口類型是獨立讀 /寫選通模式，該方式分為專用地址總線和復用地址總線，這里是按照復用地址總線的接法進行連線的，復用地址總線的尋址方式又分為線型尋址和分頁模式，這主要是由頁面寄存器的 UsePageSelect 位決定的。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 C 3 :4 . 7 U FC 3 :4 . 7 U FC 1 :0 . 1 U FA 2A 1MFRC500A D 0A D 1A D 2A D 3A D 4A D 5A D 6A D 7O S C O U TO S C I ND V S SA 0D V D DT X 1T X 2V M I DA V S SA V D DR XT V D DI R QN C ST V S SV C CV C CVCCVCCC 2 :1 U FC 1 :0 . 1 U FC 2 :1 U F天 線電 路P B 0P B 1P B 2P B 3P B 4P B 5P B 6P B 7P A 0P A 1P A 2P A 3P A 4P A 5P A 6P A 7X T A L 1X T A L 2ATMEGA16P C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5P C 6P C 7P D 0P D 1P D 2P D 3P D 4P D 5P D 6P D 7N W RN R D圖 33 單片機與 RC500部分接口電路 連接圖 天線設(shè)計 基于 MF RC500 的讀寫器主要由 MF RC500、微處理器、天線及相應的外圍連接電路組成（圖 1）。對于匝數(shù)為N，半徑為 R，電流強度為 I 的圓形天線，在距離其中心 x 處的磁場 強度可表示為： ? ?? ?23222I N RHRX???? （ 31） 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 目前經(jīng)常使用的天線的設(shè)計方法分為兩種： 50Ω 匹配的天線和直接匹配的天線。 50Ω 匹配的天線適用于長距離或者是短距離的解決方案，而直接匹配的天線通常只用于短距離的通信。 C 4天線線圈C 5C 0C 5C 3C 0C p 2C p 2R 1R 2R e x tR e x tR XT X 1T X 2T G N DA G N DV M I D圖 3－ 5直接匹配天線配置 電路 濾波和接收部分的元件 L0、 C0、 R R C3 和 C4 的值是固定的 。如果是用公式估算出的值，要記住它們只是起始值，在確認 Q 因子后可能需要改變。 要進行正確的數(shù)據(jù)傳輸這個值要減小 。 要降低原始的 Q 因子要求如下圖所示增加一個外部電阻 REXT。簡單的應用的話只需要用到其中的幾個，最多的是 FIFODATA（數(shù)據(jù) 堆棧）、COMMAND（命令）、 PRIMARYSTATUS(標記 )等。一位顯示器數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)如圖所示。數(shù)據(jù)字位數(shù)與 LED 段碼的關(guān)系如表： 表 32 數(shù)據(jù)字位數(shù)與 LED 段碼的關(guān)系 數(shù)據(jù)位 七段碼 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 a b c d e f g dp 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 56027341AC98EDB顯 示 字 符 共 陰 段 碼共 陽 段 碼顯 示 字 符 共 陰 段 碼共 陽 段 碼F6 6 H0 6 H6 D H5 B H6 F H4