【正文】 36 在 Keil 軟件中進(jìn)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(xiàn) 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1． 緒論 射頻識(shí)別技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它整合射頻識(shí)別以及 IC 卡技術(shù)開(kāi)發(fā)出來(lái)的非接觸是 IC 卡技術(shù)不僅使用壽命更長(zhǎng)，且它的雙向通信速率也有了很大的提高。近幾年來(lái)，非接觸式射頻卡的高度安全保密性和使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)， 使之在各領(lǐng)域的應(yīng)用中異軍突起，應(yīng)用前景十分廣闊。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I RFID 讀寫器設(shè)計(jì) 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(jiàn)。與傳統(tǒng)的接觸式卡相比，利用射頻識(shí)別技術(shù)開(kāi)發(fā)的非接觸式識(shí)別器，無(wú)論在系統(tǒng)壽命、防監(jiān)聽(tīng)、防解密等性能上都具有很大的優(yōu)勢(shì)。按照工作頻率范圍可以將射頻識(shí)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(kāi)發(fā)出來(lái)，但是由于各國(guó)之間都存在自己的標(biāo)準(zhǔn)，甚 至有的國(guó)家都沒(méi)有開(kāi)放自己的超高頻域，這就意味有些國(guó)家的系統(tǒng)在別國(guó)是運(yùn)行不起來(lái)的。至于微波射頻識(shí)別系統(tǒng)，現(xiàn)在更是沒(méi)有大規(guī)模使用，一些技術(shù)還是處在測(cè)試階段，所以本文沒(méi)有做出進(jìn)一步介紹。而近幾年來(lái)， RFID 技術(shù)仍然保持著高效的增長(zhǎng)勢(shì)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(yīng)用，得到了很快的發(fā)展，且其技術(shù)也越來(lái)越完善。射頻識(shí)別技術(shù)是否能夠成功的應(yīng)用于物流與供應(yīng)鏈的管理在于能否將射頻識(shí)別技術(shù)整合到物質(zhì)基礎(chǔ)之上，而這又要考慮到被識(shí)別物體的形狀、物理性質(zhì)、移動(dòng)的速度、標(biāo)簽的成本以及系統(tǒng)所處的環(huán)境等問(wèn)題。 ③ 被識(shí)別物體的移動(dòng)速度體現(xiàn)了它在輻射場(chǎng)中停留的時(shí)間長(zhǎng)短，停留的時(shí)間越長(zhǎng)，那么標(biāo)簽（無(wú)源）的充電時(shí)間也就越長(zhǎng)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)候就不會(huì)因?yàn)楣╇姴蛔愣鴮?dǎo)致出錯(cuò)，影響系統(tǒng)的讀卡準(zhǔn)確率。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 商品防偽 在標(biāo)簽的制作的時(shí)候，會(huì)在它的 ROM 中寫進(jìn)一個(gè)全球唯一的序列號(hào)。只不過(guò)區(qū)別與商場(chǎng)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(zhēng)的時(shí)候，美國(guó)就曾把標(biāo)簽安裝到每個(gè)士兵的袖口中，用于觀察士兵的在戰(zhàn)場(chǎng)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(hào)，根據(jù)士兵身上的標(biāo)簽反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)確定其所在的位置后，就可以很快的做出反應(yīng)。 未來(lái)展望，我相信隨著 RFID 技術(shù)的發(fā)展，其性價(jià)比會(huì)越來(lái)越高；其功能也將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大，例如，讀寫模塊的功耗將越來(lái)越低；其天線的覆蓋范圍將不會(huì)存在盲區(qū)，與卡的通信距離也將會(huì)更遠(yuǎn)；而核心射頻芯片及系統(tǒng)的兼容問(wèn)題將會(huì)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(chǎng)合就很不方便，而且 IC 卡的觸點(diǎn)暴露在外，容易損壞和搞臟而造成接觸不良。其典型型號(hào)為 Mifare1 S50，它有 1K 字節(jié) E2PROM 用于存放數(shù)據(jù)，分成 16 個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)都有自己獨(dú)立的密碼，具有完善的安全機(jī)制。 基于 MFRC500 的讀卡器采用的通信標(biāo)準(zhǔn)是 ISO/IEC 14443A。 第六章對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)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(jī)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(chǔ)器以及進(jìn)行三重驗(yàn)證和數(shù)據(jù)加密的密碼機(jī)、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。當(dāng)電容充 電達(dá)到 2V 時(shí)，這個(gè)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(lái)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(biāo)準(zhǔn)的射頻卡信號(hào)。我們對(duì)各個(gè)頻 段的選擇，主要是依據(jù)對(duì)應(yīng)于該頻段下的電磁波的傳輸特性，這不僅僅是因?yàn)殡姶挪ǖ膫鬏斕匦詻Q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(shí)別的距離以及相應(yīng)讀卡器的制作難度和成本的高低問(wèn)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(shí)別系統(tǒng)的性能不會(huì)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(huì)發(fā)生顯著變化，所以對(duì)應(yīng)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(huì)受到無(wú)線電的頻率管制和約束； 該頻段下典型的應(yīng)用主要是動(dòng)物識(shí)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(méi)有調(diào)試解調(diào)電路，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制和解調(diào)的時(shí)候，應(yīng)該特別注意。感應(yīng)器一般是通過(guò)負(fù)載調(diào)制的方式工作的，也就是說(shuō)通過(guò)感應(yīng)器上負(fù)載的接通和斷開(kāi)來(lái)促使閱讀器天線上的電壓發(fā)生變化，從而是實(shí)現(xiàn)利用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。 該頻段下典型的應(yīng)用為公交電子身份證、收費(fèi)、門禁、票證、資產(chǎn)管理等。要說(shuō)區(qū)別，就是射頻芯片的外圍電路了。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(guò)三重驗(yàn)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(hù)，讀卡速度快；且在安全性能方面得到了很大的提高。感應(yīng)器的工作能量從閱讀器天線的輻射場(chǎng)中獲得。 該頻段下典型的應(yīng)用為物流、產(chǎn)品供應(yīng)鏈、行李等?？紤]到高頻段的射頻識(shí)別系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展已經(jīng)很成熟，且在性能和價(jià)格方面也是最佳的選擇，所以本項(xiàng)目采用了 MFRC500 射 頻芯片來(lái)設(shè)計(jì) RFID 讀卡器。 C 時(shí)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(yīng)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(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理 ISO14443A 兼容的應(yīng)答器信號(hào)。 （ 2）特性 高集成度的調(diào)制解調(diào)電路； 緩沖輸出驅(qū)動(dòng)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(dú)立完成對(duì) 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(duì) 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(gè)用戶系統(tǒng)可以是一個(gè)主控板或 PC 機(jī)。 下面是利用 visio 繪制的穩(wěn)壓電路圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)與 RC500 連接 本項(xiàng)目采用的并行接口類型是獨(dú)立讀 /寫選通模式，該方式分為專用地址總線和復(fù)用地址總線，這里是按照復(fù)用地址總線的接法進(jìn)行連線的，復(fù)用地址總線的尋址方式又分為線型尋址和分頁(yè)模式，這主要是由頁(yè)面寄存器的 UsePageSelect 位決定的。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)與 RC500部分接口電路 連接圖 天線設(shè)計(jì) 基于 MF RC500 的讀寫器主要由 MF RC500、微處理器、天線及相應(yīng)的外圍連接電路組成（圖 1）。對(duì)于匝數(shù)為N，半徑為 R，電流強(qiáng)度為 I 的圓形天線，在距離其中心 x 處的磁場(chǎng) 強(qiáng)度可表示為： ? ?? ?23222I N RHRX???? （ 31） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 目前經(jīng)常使用的天線的設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(rèn) Q 因子后可能需要改變。 要進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)傳輸這個(gè)值要減小 。 要降低原始的 Q 因子要求如下圖所示增加一個(gè)外部電阻 REXT。簡(jiǎn)單的應(yīng)用的話只需要用到其中的幾個(gè)，最多的是 FIFODATA（數(shù)據(jù) 堆棧）、COMMAND（命令）、 PRIMARYSTATUS(標(biāo)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 56027341AC98EDB顯 示 字 符 共 陰 段 碼共 陽(yáng) 段 碼顯 示 字 符 共 陰 段 碼共 陽(yáng) 段 碼F6 6 H0 6 H6 D H5 B H6 F H4