【正文】 OHA 算法相同，幀時(shí)隙 ALOHA 算法也需要一個(gè)同步開(kāi)銷(xiāo)。通過(guò)觀(guān)察可知 ： 命令中（ x— 1） ～ 0 各位不包含標(biāo)簽的信息 （ x 為碰撞位 ） ，不需要傳輸。幸好實(shí)際使用中，射頻模塊工作的時(shí)間很短 （ 設(shè)定為 40mS ） ，瞬間的大電流可通過(guò)超級(jí)電容來(lái)進(jìn)行緩沖以確保總電流不會(huì)大幅度增加。 電路性能評(píng)估 通過(guò)上面的電路分析與計(jì)算，我們能夠從理論上對(duì)該電路的性能進(jìn)行一個(gè)評(píng)估： 從完全無(wú)電到 +5V，以 20mA 充電，耗時(shí) ； 不使用時(shí)比較器及基準(zhǔn)電壓電路耗電約 50uA 左右，經(jīng) 200s 之后，需充一次電就可保證 VRFOK=1； 讀卡時(shí)以 20mA 充電，約 后，從 到 ，可保證射頻模塊以 200mA工作 50mS（ 射頻模塊的工作狀態(tài)為 ： 以 200mA 工作 15mS、以 30mA 工作 35mS ） 。如果使用外部時(shí)鐘源，時(shí)鐘信號(hào)必須加到 OSCIN 管腳，在這種情況下，必須注意時(shí)鐘的占空比 以及抖動(dòng)，時(shí)鐘信號(hào)的品質(zhì)必須得到保證。但是，除了 以外，還會(huì)有能量以高次諧波的方式往外發(fā)射。最終參數(shù)的確定也可根據(jù)調(diào)試結(jié)果，選取達(dá)到最佳效果的取值。其中電容最好選取 NPO 材料，不推薦使用 X7R 材料的電容。下面首先對(duì) MSP430單片機(jī)的特點(diǎn)做簡(jiǎn)單的介紹。首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 。它們分別是看門(mén)狗 （ WDT） 、模擬比較器 A、定時(shí)器 A （ Timer_A） 、定時(shí)器 B （ Timer_B） 、串口 0、 1（ USART0、 1） 、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC、 I2C 總線(xiàn)直接數(shù)據(jù)存取 （ DMA ） 、端口 0（ P0） 、端口 1～ 6（ P1～ P6） 、基本定時(shí)器 （ Basic Timer）等的一些外圍模塊的不同組合。 USARTI 用于擴(kuò)展成 RS485 接口，主要用于多機(jī)通信模式。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 RS232接口電路設(shè)計(jì) RS232 收發(fā)器選用 MAXIM 公司的 MAX3232 芯片，該芯片簡(jiǎn)單易用，可靠性高，使用也非常廣泛。 圖 RS485 接口電路原理圖 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 RS485 轉(zhuǎn)換芯片選用 SN75LBC184。 RS232 接口轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)，即 RS232 電平側(cè)的收 、 發(fā)信號(hào)最好加 TVS 管進(jìn)行雙向防護(hù)，對(duì)防止靜電，提高系統(tǒng)可靠性都有很 大 幫助。控制信號(hào)包括單片機(jī)的讀寫(xiě)信號(hào) （ R/W） 、片選信號(hào)信號(hào) （ RS） 、使能信號(hào) （ E） ，以及數(shù)據(jù)總線(xiàn) DB。 具體硬件電路設(shè)計(jì) 由于 MSP430 單片機(jī)的上述諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是其在超低功耗方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)選用了 MSP430 單片機(jī)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器 （ 32768Hz） ，有的使用兩個(gè)晶體振蕩器。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器 （ 能實(shí)現(xiàn)乘加 ）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法 （ 如 FFT 等 ） 。 器件管腳之間的引線(xiàn)層間交替越少越好。這個(gè)電路由 R17（ 選取 1kΩ177。為了達(dá)到最好的效果，電感和電容器件的參數(shù)和質(zhì)量都有較高要求。我們選擇選擇獨(dú)立的讀 /寫(xiě)選通模式，且復(fù)用地址 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)方式，具體的接法如圖所示， D0—D7 與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連 ； A0、 Al 接高電平， A2 接低電平 ； NRD、 NWR、 NCS 分別和單片機(jī)的讀寫(xiě)及片選信號(hào) RD、 WR、 RF、 CS 相連 ； ALE 接單片機(jī)的地址鎖存信號(hào)。具體電路設(shè)計(jì)如 下圖 所 示。 另外還有一個(gè)回差比較器，當(dāng)超級(jí)電容上的電壓在 到 時(shí)，給單片機(jī)的 VRFOK理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 信號(hào)正?？梢詫?duì)射頻模塊進(jìn)行操作。其具體結(jié)構(gòu)如圖 所示。在一個(gè)時(shí)隙中沒(méi)有射頻卡回答時(shí)，跳過(guò)此時(shí)隙 。 當(dāng)一個(gè)分組在某個(gè)時(shí)隙到達(dá)后，等待傳輸直到下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始，并期望不與其他站點(diǎn)發(fā)生沖突，如果一個(gè)時(shí)隙內(nèi)只有一個(gè)站點(diǎn)到達(dá)，則該分組會(huì)傳輸成功，如果有多于一個(gè)的分組到達(dá)，將會(huì)發(fā)生碰撞。目前在射頻通信系統(tǒng)中，主要是采用時(shí)分多路法的原理，使每個(gè)射頻卡在單獨(dú)的某個(gè)時(shí)隙內(nèi)占用信道與讀寫(xiě)器進(jìn)行通信，防止碰撞產(chǎn)生。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 防碰撞技術(shù) 在射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，防碰撞技術(shù)是信號(hào)識(shí)別與處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。它是利用除法及余數(shù)的原理來(lái)作錯(cuò)誤偵測(cè)的。 縱向冗余校驗(yàn)法 （ LRC） 被稱(chēng)作縱向冗余校驗(yàn)的 XOR 校驗(yàn)和可以既簡(jiǎn)便而又快速地算出來(lái)。而偶校驗(yàn)是在每字節(jié)后增加一個(gè)附加位，使得 ―1‖的總數(shù)為偶數(shù)。在射頻識(shí)別系統(tǒng)中常用的糾錯(cuò)編碼是校驗(yàn)和法，最常用的校驗(yàn)和法是奇偶校驗(yàn)、縱向冗余校驗(yàn) （ LRC） 法和循環(huán)冗余碼校驗(yàn) （ CRC） 法。 副載波進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時(shí)，首先在圍繞操作頻率副載波 fH 的兩側(cè)的距離上產(chǎn)生兩條譜線(xiàn)。 數(shù)字信號(hào)一般調(diào)制方法有三種 ： 對(duì)載波振幅調(diào)制稱(chēng)為振幅鍵控 （ ASKAmplitude Shift keying） ，對(duì)載波頻率調(diào)制稱(chēng)為頻移鍵控 （ FSKFrequencyShift keying ） ，對(duì)載波相位調(diào)制稱(chēng)為相移鍵控 （ PSKPhase Shift Keying） 的數(shù)字調(diào)制法。 基帶編碼 常用的編碼有 NRZ（ 反相不歸零制 ） 編碼、曼徹斯特 （ Manchester） 編碼、單極性歸零制編碼 （ Unipolar RZ） 、差動(dòng)雙相編碼 （ DBP） 、米勒 （ Miller） 編碼、差動(dòng)編碼。有源標(biāo)簽本身帶有微型電池，由于不需要射頻供電，其識(shí)別距離更遠(yuǎn)，讀卡器需要的功率較小 。 TTF0 和 RTF 協(xié)議相比， TTF 方式的射頻卡具有識(shí)別速度快點(diǎn)，適用于需要高速應(yīng)用的場(chǎng)合 ； 另外，它在噪聲環(huán)境中更穩(wěn)健，在處理標(biāo)簽數(shù)量動(dòng)態(tài)變化的場(chǎng)合也更為實(shí)用。 系統(tǒng)一般應(yīng)用在公共交通和門(mén)禁系統(tǒng)等領(lǐng)域，其識(shí)別距離 一般為幾厘米（ IS014443 標(biāo)準(zhǔn) ） 到幾十厘米 （ IS015693 標(biāo)準(zhǔn) ） ，采用特殊制作的天線(xiàn)最大識(shí)別距離為 米左右。具體結(jié)構(gòu)如下： A0 A1 A2 A3 A4 A5 FF 07 80 69 B1 B2 B3 B4 B5 密碼 A（ 6 字節(jié)） 存取控制（ 4 字節(jié)） 密碼 B（ 6 字節(jié)） 每個(gè)扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨(dú)立的，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼及存取控制。 射頻標(biāo)簽與讀卡器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀卡器驗(yàn)證射頻標(biāo)簽的合法性，同時(shí)射頻標(biāo)簽也驗(yàn)證讀卡器的合法性 ： 處理前，標(biāo)簽要與讀卡器進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且在通訊過(guò)程中所有數(shù)據(jù)都加密。 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。雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目 標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。 抗干擾能力強(qiáng) 射頻卡有快速防沖突機(jī)制，能有效防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，當(dāng)多張卡片同時(shí)進(jìn)入讀寫(xiě)器的天線(xiàn)有效范圍內(nèi)時(shí)，讀寫(xiě)器可一一對(duì)卡片進(jìn)行處理，這就提高了應(yīng)用的并行性，也無(wú)形中提高了系統(tǒng)工作的速度。 第四章給出了非接觸式射頻卡系統(tǒng)上位機(jī)管理軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程。 20xx 年 6 月《中國(guó)射頻識(shí)別 （ RFID ）技術(shù)政策白皮書(shū)》在北京發(fā)布，該白皮書(shū)為 RFID 技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來(lái)幾年的發(fā)展提供了系統(tǒng)性的指南。ISO14443B 的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為。 Philips 半導(dǎo)體公司的 MIFARE 非接觸智能卡在非接觸卡應(yīng)用領(lǐng)域占有全球 80%的市場(chǎng)份額，是目前非接觸智能卡的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于公共交通、路橋收費(fèi)、電子機(jī)票、身份證、付費(fèi)電話(huà)、付費(fèi)電視等領(lǐng)域。歐洲 RFID 標(biāo)準(zhǔn)追隨美國(guó)主導(dǎo)的 EPCglobal 標(biāo)準(zhǔn)。 RFID 技術(shù)已在世界各地得到廣泛的應(yīng)用，以美國(guó)、日本和 歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)該技術(shù)應(yīng)用研究已達(dá)到相當(dāng)高的水平，而我國(guó)處于起步 狀態(tài)，大多采用了引進(jìn)的技術(shù)成果。 本文給出了一套射頻卡讀寫(xiě)設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件和軟件兩大部分，硬件具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括 ： 低功耗射頻讀卡器供電電路設(shè)計(jì)、射頻讀寫(xiě)核心模塊設(shè)計(jì)、微控制單元電路設(shè)計(jì)、串行通信電路設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)、液晶屏顯示電路設(shè)計(jì)和天線(xiàn)及其匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) ； 軟件具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括 ： 上位機(jī)對(duì)射頻卡各種功能操作的程序設(shè)計(jì)和下位機(jī)對(duì)微控制器 MSP430 的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。所以研究該技術(shù)已成為我國(guó)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用方面，歐洲與美國(guó)基本處于同一階段。 國(guó)內(nèi) RFID 現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)由于研究 RFID 比較晚，因而在該領(lǐng)域落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是 RFID 芯片的設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面還比較落后。它能對(duì)華虹 SHC110X 系列產(chǎn)品進(jìn)行操作，并能對(duì) M1 系列卡片進(jìn)行操作。 20xx 年 10 月 863 計(jì)劃投入經(jīng)費(fèi)一億兩千八百萬(wàn)人民幣用于 ―射頻識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用 ‖。 第五章對(duì)整個(gè)課題工作作出總結(jié)。 一卡多用 用戶(hù)可以根據(jù)需要靈活定義各存儲(chǔ)扇區(qū)的密碼和訪(fǎng)問(wèn)條件，以便互不影響地分別滿(mǎn)足不同場(chǎng)合 、不同用途的要求。 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成 射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由以下三部分組成 ： 讀卡器 （ Reader） 一臺(tái)典型的讀卡器應(yīng)包含射頻信號(hào)發(fā)射單元器、高頻接收單元和控制單元。加密邏輯過(guò)程，如應(yīng)答器與閱讀器之間的加密、還有信號(hào)編碼，常常是交由附加的理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 ASIC 組件來(lái)完成的，以減輕處理器計(jì)算密集型過(guò)程的負(fù)擔(dān)。此外，標(biāo)簽中各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪(fǎng)問(wèn)條件。存取控制為 4 個(gè)字節(jié)，共 32 位，扇區(qū)中的每個(gè)塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 的存取條件是由密碼和存取控制共同決定的。在 UHF 頻段 （ 869MHz 和 902928MHz ） ，系統(tǒng)的識(shí)別距離遠(yuǎn)，可從幾米到幾十米。因此，更適于工業(yè)環(huán)境的跟蹤和追蹤應(yīng)用。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 射頻識(shí)別系統(tǒng)中信號(hào)的 編碼 與 調(diào)制 圖 是一個(gè)典型的數(shù)字通信系統(tǒng)模型，與數(shù)字通信系統(tǒng)相類(lèi)似，射頻識(shí)別系統(tǒng)中閱讀器和應(yīng)答器之間的數(shù)據(jù)傳輸，需要三個(gè)主要的功能塊 :按從閱讀器到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸方向，它們是閱讀器 （ 發(fā)送器 ） 中的信號(hào)編碼 （ 信號(hào)處理 ） 和調(diào)制器 （ 載波信號(hào)處理電路 ） 、傳輸介質(zhì) （ 信道 ） 、以及應(yīng)答器 （ 接收器 ） 中的解調(diào)器 （ 載波回路 ） 和信號(hào)譯碼（ 信號(hào)處理 ） 。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 在為射頻識(shí)別系統(tǒng)挑選合適的信號(hào)編碼系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮每種編碼的邊界條件，最重要的是調(diào)制后的信號(hào)頻譜，以及對(duì)傳輸故障的敏感度。射頻識(shí)別系統(tǒng)中常常采用 的調(diào)制方法 也就是這三種。真實(shí)的信息隨著基帶編碼的數(shù)據(jù)流對(duì)副載波的調(diào)制被傳輸?shù)絻蓷l副載波譜線(xiàn)的邊帶中。 奇偶校驗(yàn) 奇偶校驗(yàn)是一種很簡(jiǎn)單的而廣泛使用的校驗(yàn)和法。偶檢驗(yàn)時(shí)，校驗(yàn) 位按如下規(guī)則設(shè)定 ： 如果每字節(jié)的數(shù)據(jù)位中 ―1‖的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位為 ―1；若為偶數(shù)，則校驗(yàn)位為 ―0。把一個(gè)數(shù)據(jù)塊的所有數(shù)據(jù)字節(jié)遞歸經(jīng) XOR 選通后即可產(chǎn)生 XOR 校驗(yàn)和。 CRC 法的工作原理 :循環(huán)冗余碼校驗(yàn)法是一種復(fù)雜的校驗(yàn)方法，它不產(chǎn)生奇偶校驗(yàn)碼， 而是將整個(gè)數(shù)據(jù)塊當(dāng)成一個(gè)連續(xù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù) M（ x） ，在發(fā)送時(shí)將多項(xiàng)式 M（ x）用另一個(gè)多項(xiàng)式 （ 被稱(chēng)為生成多項(xiàng)式 G（ x）） 來(lái)除，然后利用余數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。當(dāng)在讀寫(xiě)器的天線(xiàn)區(qū)域中有多個(gè)射頻卡到達(dá)時(shí)，因?yàn)樗鼈兛赡芡瑫r(shí)發(fā)送信號(hào)，將會(huì)產(chǎn)生信道爭(zhēng)用的問(wèn)題，信號(hào)互相干擾，即發(fā)生了碰撞。目前的算法基本上分為兩種不確定性和確定性算法，分別是基于 ALOHA 算法和二進(jìn)制搜索算法。這樣射頻卡或成功發(fā)送或完全沖突，避免了 ALOHA 法的部分沖突，使沖突周期減半為 T0。當(dāng)在一個(gè)時(shí)隙中有多個(gè)射頻卡回答時(shí)，發(fā)生沖突，需要重新開(kāi)始讀取過(guò)程。 串行通信電路微控制器電路時(shí) 鐘 電 路R C 5 3 1 核 心 模 塊液 晶 顯 示 電 路天 線(xiàn) 圖 射頻讀卡器硬件結(jié)構(gòu)圖 供電電路設(shè)計(jì) 在許多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，需要使用低功耗的射頻讀卡器，如用饋線(xiàn)供電的公用電話(huà)機(jī)、便攜式讀卡器等。當(dāng)射頻模塊不使用時(shí)，可以將其關(guān)掉。 振蕩器電路設(shè)計(jì) 振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)用于在同步時(shí)序電路中，提供給 RC531 的時(shí)鐘作為編碼和解碼的時(shí)基。通過(guò)并口連接即可由單片機(jī)方便的對(duì) RC531 進(jìn)行控制。電感的電感量應(yīng)選取 ， 177。5%） 、 R16（ 選取 820Ω177。 布線(xiàn)要注意信號(hào)線(xiàn)近距離平行走線(xiàn)所引入的 ―交叉干擾 ‖， 若無(wú)法避免平行分布，可在平行信號(hào)線(xiàn)的反面布置大面積 ―地 ‖來(lái)大幅度減少干擾。 MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。使其能夠方便的設(shè)計(jì)成便攜式讀卡器等需要超低功耗的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合。 另外 SLA、 SDA 用來(lái)模擬 I2C 接口功能，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 PCF8563 的控制。 圖 RS232 接口電路原理圖 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 RS232 接口電路原理圖 RS485接口電路設(shè)計(jì) RS485 收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動(dòng)器將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成差