【正文】 能量由讀寫器提供。根據(jù) RFID 系統(tǒng)完成的功能不同，可以將 RFID 系統(tǒng)分為三種類型，即 EAS 系統(tǒng)、便攜式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和 物流控制系統(tǒng) 。附著在目標商品和對象上的射頻標簽，也叫電子傳感器 。當具有某些特殊特征的電子標簽進入到此空間時，會干擾發(fā)射器發(fā)出的信號，接收器也會接收這種干擾信號，經(jīng)過控制器的判斷和分析后，就會控制報警器拉響警報。當帶有 RFID 標簽進入到讀寫器的識別區(qū)域時，射頻簽上的信息會被讀寫器自動掃描識別，掃描之后將返回的數(shù)據(jù)信息發(fā)給數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行存儲、分析和處理，從而達到控制物流的目的。射頻卡本身是無源體，當射頻卡進入讀卡器的讀寫范圍，讀寫器發(fā)出的射頻信號被卡片所接收。 系統(tǒng)的總體框圖 在設(shè)計該門禁系統(tǒng)時是根據(jù)一般的 智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)和思路來進行的， 本系統(tǒng)由管理主機 、 門禁控制器、 讀卡器、射頻卡、 RS232 轉(zhuǎn)換電路、接口設(shè)備、電子門鎖、開門按鈕組成。門鎖 :智能門禁控制器發(fā)出 控制命令，通過電磁驅(qū)動控制門鎖的開關(guān) 。 當持卡者進讀卡器的讀卡范圍時讀卡器讀卡，將射頻標簽中的信息發(fā)送到門禁控制器，門禁控制器根據(jù)卡號、當前時間和內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中的信息，判斷此卡是否為有效卡，是否在有效的時間范圍內(nèi)，是否具有開啟該門的權(quán)限等，之后控制電子鎖的關(guān)開狀態(tài)。系統(tǒng)還可以對進出人員實時監(jiān)控，每讀一次卡，門禁控制器就 將當前的處理結(jié)果記錄下來，傳送到監(jiān)控管理中心在顯示器上顯示出來[1214]。 控 制 中 心 計 算 機門 禁 控 制 器M C U天線通 信 模 塊收發(fā)模塊I C卡電 控 鎖門 禁 控 制 器電 源 圖 31 門禁系統(tǒng)硬件設(shè)計總框圖 門禁控制器和 IC 卡之間采用的是雙向無線通信， IC 卡通過 LF 接收模塊接收門禁控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，門禁控制器則通過收發(fā)模塊接收 IC 卡發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，采用雙向通信可以降低系統(tǒng)功耗，另外上位機與門禁控制器之間采用 RS232 總線進行數(shù)據(jù)傳輸 。射頻信號由兩部分信號疊加組成：一部分是電源信號，當卡接收后，送入卡內(nèi)的LC 諧振電路，為芯片工作提供工作電壓；另一部分則經(jīng)解調(diào)后，控制芯片完成密碼 驗證、數(shù)據(jù)的讀取、修改、存儲等，并返回給讀寫器。 卡片上無源，工作時的電源能量由卡片 讀寫器天線發(fā)送無線電載波信號耦合到卡片上天線而產(chǎn)生電能，一般可達 2V 以上，供卡片工作?？ㄆ现挥?IC微晶片及一副高效率天線。每個扇區(qū)有多種密碼管理方式。 圖 32 卡片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 從上圖可以看到，一張卡片里面實際上封裝了一個天線線圈和一個 IC 芯片，這個芯片正是我們下面要詳述的 Mifare 1 S50 智能卡芯片。 A r i t h m e t i c U n i tR A MR O MC r y p t o U n i t 圖 33 Mifare1 S50 非接觸式 IC卡的功能組成框圖 整個卡片包含兩部分： RF 射頻接口電路和數(shù)字電路部分。 POR 模塊主要是對卡片上的各個電路進行 POWERONRESET(上電復位 )，使各電路同步啟動工作。射頻卡通過這七個模塊具體完成對處在射頻卡讀寫設(shè)備天線工作范圍之內(nèi)的 Mifare1 卡，進行初步選擇、確認選擇： (1) ATR 模塊 Answer to Request(“請求之應(yīng)答” )。當 IC 卡讀寫器天線的工作范圍之內(nèi)出現(xiàn)多張 Mifare l 卡片時，卡片將啟動 Anti Conlision 模塊的防沖突功能。序列號 Serial Number 可能為 :0xF6F67AB6H。在 RFID 讀卡器對智能卡進行數(shù)據(jù)操作之前執(zhí)行此功能，實現(xiàn)對卡片的選擇。 (4) Authentication amp。 具體認證過程如下： 非 接 觸 式 I C卡 讀 寫 器M i f a r e 1 卡( A ) R B( B ) T O K E N A B( D ) T O K E N B A( E )( C ) 圖 34 三遍認證的令牌原理框圖 (A)環(huán)：由 Mifare1 卡片向讀寫器發(fā)送一個隨機數(shù)據(jù) RB； (B)環(huán)：由讀寫器收到 RB 后向 Mifare1 卡片發(fā)送一個令牌數(shù)據(jù) TOKEN AB，其中包含了讀寫器發(fā)出的一個隨機數(shù)據(jù) AR； (C)環(huán)： Mifare1 卡片收到 TOKENAB 后，對 TOKENAB 的加密的部分進行解密，并校驗第一次由 (A)環(huán)中 Mifare1 卡片發(fā)出去的隨機數(shù) RB 是否與 (B)環(huán)中接收到的TOKENAB 中的 RB 相一致； (D)環(huán)： 如果 (C)環(huán)校驗是正確的，則 Mifiare1 卡片向讀寫器發(fā)送令牌 TOKEN BA給讀寫器； (E)環(huán)： 讀寫器收到令牌 TOKNEAB 后，讀寫器將對令牌 TOKEN(BA)中的 RB(隨機數(shù) )進行解密 ,并校驗第一次由 (B)環(huán) 中讀寫器發(fā)出去的隨機數(shù) AR 是否與 (D)環(huán)中接收到的 TOKNEAB 中的 AR 相一致。此單元主要對整個卡片的其他各個單元實行微操作控制，統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理卡片操作的各個步驟；同時它還對卡片接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)實現(xiàn)邏輯算術(shù)運算處理，遞增 /遞減處理，CRC 運算處理等。同時，卡片運行所需要的必要的程序指令被固化于 ROM中，控制及算術(shù)運算單元通過調(diào)用這些指令來實現(xiàn)對每個單元進行微指令控制，使卡片與讀寫器的數(shù)據(jù)通信能夠有條不紊的進行。 Mifare1 的工作原理 當 M1 卡接受到由讀卡器發(fā)送的一組固定頻率的電磁波，在電磁波的激勵下，卡片的 LC串聯(lián)諧振電路，由于其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，使得卡片中的 LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使卡片的內(nèi)置電容內(nèi)有了電荷，并通過在此電容另一端接有的一個單向?qū)ǖ碾娮颖脤㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當所積累的電荷達到2V 時，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。在非接觸通訊中，為了保證讀寫器和卡片之間數(shù)據(jù)傳遞完整、可靠，采取以下措施：一是防沖突算法，二是通過 16 位 CRC 糾錯，三是檢查每字節(jié)的奇偶校驗位，四是檢查位數(shù)，五是用編碼方式來區(qū)分“ 1”、“ 0”或無信息，而 Mifare1 卡片采用的是防沖突算法，在進行硬件復位后就進入防沖突機制。并且只有通過了防沖突機制以后才能選定卡片和通過認證，此后才能進行數(shù)據(jù)存儲的一系列功能。 AT89C52 單片機簡介 AT89C52 是 51系 列 單片機 的一個型號，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適 應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。程序校驗時，需要外部上拉電阻。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入()和定時器 /計數(shù)器的觸發(fā)輸入 ()，在 flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器 (例如執(zhí)行MOVX DPTR)時， P2 口送出高八位地址。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 ALE/PROG： 當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 AT89C52 的接口電路 LED0LED2LED1LED3LED4LED5LED6LED7P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178INT1KEY2 13INT0KEY1 12EA/VP31X119X218RESET9RDRD 17WR WR 16P0039 D0P0138 D1P0237 D2P0336 D3P0435 D4P0534 D5P0633 D6P0732 D7P2021 NCSP2122 RSTPDP2223P2324 MISOP2425 SCKP2526 MOSIP2627 NSSP2728 RSTRXD10 RXDTXD11 TXDALE/P30 ALEPSEN29T0BP 14T115*Component_1123456789RB1VCCC610uF/25VR210KVCCC4C5VCC12Y1 圖 37 AT89C52的接口電路 圖 37 是 AT89C52 的接口分布，其中， AT89C52 的 P0 口作為地址和數(shù)據(jù)分時復用口， 與 MFRC500 芯片的數(shù)據(jù)總線相連。它是單片機與 IC卡之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄骸? 內(nèi)部的發(fā)射器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動近操作距離的天線 (可達100mm)。 MFRC500 特性 1)高集成度模擬電路用于卡應(yīng)答的解調(diào)和解碼。 5)加密并保護內(nèi)部非易失性密匙存儲器。 9)方便的 64字節(jié)發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū)。 2 IRQ 中斷請求 ； 輸出中斷事件請求信號 。 6 TVDD 發(fā)送器電源 ， 提供 TX1 和 TX2 輸出電源 。 10 NWR /寫 MFRC500 寄存器寫入數(shù)據(jù) D0~D7 選通 。 12 DVSS 數(shù)字地 。 AS 地址選通 ： 為低時選通信號將 AD0~AD5 鎖存為內(nèi)部地址 。 25 DVDD 數(shù)字電源 。 29 RX 接收器輸入 ； 卡應(yīng)答輸入腳 ； 該應(yīng)答為經(jīng)過天線電路耦合的調(diào)制 載波 。 32 OSCOUT 晶振輸出 ； 振蕩器反向放大器輸出 。在其射頻范圍內(nèi)的 RFID 卡采用 RF 場的負載調(diào)制進行響應(yīng)。 匹配電路包括 EMC 低通濾波器、接收電路、天線匹配電路和天線。 本設(shè)計使用內(nèi)部產(chǎn)生的 VMID 電勢作為 Rx 管腳的輸入電勢。圖 311就是使用的接收電路 。一般采用經(jīng)驗公式對線圈電感量進行估算。N1為圈數(shù)。5% R2 177。 通信模塊設(shè)計 本設(shè)計中實現(xiàn)通信距離的要求在 10m 左右，故單片機的串口采用的是 RS232 的方式與 PC機進行串口通信。 3)接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式。 12345678 910111213141516MAX232C1+V+C1C2+C2VT2OUTT2INVCCGNDT1OUTR1OUTR1INT1INT2INR2OUT 圖 313 MAX232的芯片封裝圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。由 1 1 1 14 腳 構(gòu)成兩個數(shù)道。 15 腳 GND、 16腳 VCC(+5v)。 C語言是一種通用編程語言它提供高效代碼結(jié)構(gòu)化編程元素及豐富的運算符 C 不是一個大型的語言不是為特定領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用而設(shè)計的 C 的普遍性使它可以為各種不同的軟件任務(wù)提供便利有效的編程方案許多應(yīng)用設(shè)計使用 C 比其它專門語言更有效。 2)寄存器分配和尋址方式由編譯器進行管理。 6)庫文件可提供許多標準的例程例如格式化輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和浮點運算加入到應(yīng)用程序當中。 初始化程序設(shè)計 初始化程序的作用主要是對 MFRC500 首先進行硬件復位，然后再初始化并行接口，并給寄存器設(shè)定初始值，調(diào)用 MFRC500 的 StartUp 命令，讀 Command 寄存器值到Command 的 6位值為 00H，內(nèi)部初始化階段此時結(jié)束， MFRC500 準備接收控制；將 80H寫入 Page 寄存器以初始化微處理器接口；讀 Command 寄存器，如果該值為 00H 則微處理器接口初始化成功；在接口初始化之后通過將 0X00 寫入頁寄存器，最后要校驗從寄存器中讀得的數(shù)據(jù)。程序流程圖見圖 42所示。與此同時， RFID 技術(shù)在門禁管理系統(tǒng)方面的應(yīng)用也逐漸成熟。 本系統(tǒng)可在以下方面進行開發(fā)： 1)可以設(shè)置操作 保護，操作員臨時離開監(jiān)控臺 ,可以鎖定界面，實時監(jiān)控繼續(xù)進行，但其他人無法趁機操作