【正文】 主要從兩方面來(lái)決定射頻卡用芯片所采用安全技術(shù)的級(jí)別：一是性能價(jià)格比，二是相對(duì)安全性。實(shí)現(xiàn)該功能的子程序的流程圖見(jiàn)圖 37所示。 如果有 多余一張的 RITRPW4FF卡片在讀寫器天線的有效工作范圍（距離）內(nèi)，必須執(zhí)行防沖突操作，返回一張卡片的序列號(hào)，作為本次操作的對(duì)復(fù)位應(yīng)答 防重復(fù)操作 選擇卡片 認(rèn)證操作 讀塊 寫塊 重儲(chǔ) 傳送 重新輸入商品價(jià)格 付費(fèi)后商品價(jià)格清零 32 象。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中， I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。對(duì)按鍵的監(jiān)控由經(jīng)過(guò)作者編程的可編程邏輯芯片GAL22V10D完成。 AT89系列的低工作電壓，低功耗，高運(yùn)算速度也獨(dú)具特色。 綜上所述采用串行移位輸入的靜態(tài)顯示電路，由單片機(jī)的普通并行端口模擬單片機(jī)串口的工作方式 0 提供顯示數(shù)據(jù)。所以對(duì)于 10個(gè) Byte的用戶數(shù)據(jù)，前面 8個(gè)字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)，后面 2個(gè)字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)的 CRC校驗(yàn)碼。 射頻卡、天線及其射頻模塊的型號(hào)選擇 射頻識(shí)別技術(shù)在國(guó)外發(fā)展的很快，射頻識(shí)別產(chǎn)品種類眾多，像 Motorola、Philips等等世界著名大廠都生產(chǎn)射頻識(shí)別產(chǎn)品，并且它們的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，自成系列。 近場(chǎng) 感應(yīng)線圈天線：近場(chǎng)感應(yīng)線圈天線通常由多匝電感線圈所組成，電感線圈和與其相并聯(lián)的電容構(gòu)成并聯(lián)諧振回路以耦合最大的射頻能量。 圖 21 非接觸式射頻卡系統(tǒng)工作原理 射頻卡系統(tǒng)的工作流程 射頻卡系統(tǒng)的工作流程如圖 22所示。此振蕩過(guò)程從交變磁場(chǎng)取得能量。在單片機(jī)部有 Flash 存貯器，功耗特別低， FlashROM 的容量從 TA89C1051 的 1K到 AT89S55 的 20K。其中， PIC12C508 單片機(jī)僅有 8 個(gè)引腳，是世界上最小的單片機(jī)該型號(hào)有 512 字節(jié) ROM、 25 字節(jié) RAM、一個(gè) 8 位定時(shí)器、一根輸入線、 5 根 I/O線，市面售價(jià)在 3－ 6 元人人民幣。 讀寫器終端的天線部分用于產(chǎn)生磁通量 Φ ，而磁通量用于向射頻卡提供電源并在讀寫器和射頻卡之間傳送信息。因此，讀寫器的基本任務(wù)是啟動(dòng)數(shù)據(jù)載體（射頻卡）與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸的無(wú)線通信，防沖突及身份驗(yàn)證均由讀寫器自動(dòng)完成。然而，與有源射頻卡相比，有源射頻卡的壽命通常要受電池壽命的限制而成為一大缺陷，而無(wú)源射頻卡的壽命一般可長(zhǎng)達(dá)幾十年。 (2)射頻讀寫器：讀寫器也稱為讀卡器或接收器，它由發(fā)射單元、接收單元、信號(hào)處理控制模塊、天線和電源等組成。所以我國(guó)的以射頻卡系統(tǒng)應(yīng)用為代表的信息化歷程任重而道遠(yuǎn)。由此看出無(wú)線射頻卡給我們的生活帶來(lái)的極大方便。 中國(guó)入世后，國(guó)內(nèi)連鎖零售商面臨著巨大的內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)壓力，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力可以依靠信息系統(tǒng)的有效應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)連鎖零售業(yè)信息化水平普遍較低， RFID 自動(dòng)識(shí)別信息系統(tǒng)對(duì)于國(guó)內(nèi)連鎖零售業(yè)是一個(gè)新的契機(jī)，不僅可以顯著增強(qiáng)企業(yè)的精確管理物流的能力，而且有助于推動(dòng)企業(yè)的信息化進(jìn)程，從根本上提高企業(yè)的信息處理水平。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 目 錄 摘 要 ??? ?? ? ?????? ?? ???????? ? ????? ? I Abstract?????? ???? ????????????????? II 引 言 ???????? ????? ???????????????? 1 課題研究背景與意義 ???????? ???????????? 1 國(guó)內(nèi)外射頻卡研究動(dòng)態(tài)與現(xiàn)狀 ???????????????? 3 第一章 無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) ???????? ?? 5 射頻卡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ??????????????????? 5 射頻卡系統(tǒng)的構(gòu)建 ????????????????????? 5 無(wú)線射頻卡系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ?????????????????? 6 無(wú)線射頻識(shí)別卡的方案設(shè)計(jì) ??????????????? ? 6 非接觸式與接觸式的選擇 ???????????????? ? 7 射頻讀寫器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ?????????? ? ???????? 8 顯示器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ???????????? ?? ?????? 10 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ????????????? ? ????? 11 第二章 無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ??? ???????? ? 14 無(wú)線射頻卡系統(tǒng)工作原理 ?????????????????? 14 射頻卡系統(tǒng)的工作 流程 ?????????????? ? ???? 15 射頻卡的內(nèi)部電路 ????????????????? ??? ? 16 射頻卡、天線及其射頻模塊的型號(hào)選擇 ???????????? 18 讀寫器的設(shè)計(jì) ?????????????????? ????? 22 顯示驅(qū)動(dòng)電路的選擇 ?????????????????? ? 23 單片機(jī)的選擇 ???????????? ?????? ???? 25 鍵盤電路 RS232接口電路和 EEPROM設(shè)計(jì)思想 ???????? 28 第三章 無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)讀寫器的軟件設(shè)計(jì) …… ……………… 31 讀寫器軟件總體設(shè)計(jì) ??????????????? ?? ??? 31 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì) ????????????????? ??? ? 32 鍵盤功能處理程序設(shè)計(jì) ?????????????????? ? 32 鍵盤功能設(shè)置 ???? ?????????????????? 32 設(shè)置初始金額功能子程序 ???????????????? ? 35 改動(dòng)商品價(jià)格功能子程序 ???????????????? ? 35 設(shè)定計(jì)費(fèi)單位功能子程序 ???????????????? ? 37 第四章 射頻卡系統(tǒng)的安全性分析 …… … ………………………… … 38 硬件安 全性分析 ???? ?????????????????? 38 軟件安全性分析 ???? ?????????????????? 39 射頻卡系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩????????????????? 40 系統(tǒng)的整體安全性分析 ? ?????????????????? 42 第五章 論文總結(jié)與展望 ……… … ……………………………………… 43 致 謝 …………………………………………… ………………………… … 44 參考文獻(xiàn) ： ……………………… …………………… ……………………… 45 I 基于 AT89 的 射頻讀寫器 設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)：電子信息工程一班 學(xué)生姓名：張曉 指導(dǎo)老師：李靜 職 稱：講師 摘要 ： 本文通過(guò)結(jié)合國(guó)內(nèi)外射頻 讀寫器 技術(shù)研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)要地介 紹了射頻識(shí)別和非接觸式射頻卡技術(shù)的基本概況；然后從非接觸式射頻卡系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案的討論出發(fā)，敘述了射頻卡系統(tǒng)的基本原理并決定了設(shè)計(jì)的方案；接著又對(duì)非接觸式射頻卡收費(fèi)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，對(duì)所選用射頻卡片、天線及其射頻模塊的型號(hào)和特點(diǎn)進(jìn)行了具體的選擇，并對(duì)讀寫器各部分硬件電路，包括 MCU、 LED顯示電路、鍵盤電路、 RS232接口電路以及 EEPROM等的功能構(gòu)造和電路連接情況進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上，最后對(duì)讀寫器單片機(jī)主程序及其各鍵盤功能處理程序進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)；此外，文章還初步探討了射頻卡系統(tǒng)的安全性能，強(qiáng)調(diào)整體安全性對(duì) 射頻卡系統(tǒng)的重要性；最后對(duì)課題進(jìn)行總結(jié)和展望，也給出了需要改進(jìn)的地方。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 與磁卡、 IC卡等接觸式識(shí)別技術(shù)不同，射頻識(shí)別系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間無(wú)須物理接觸就可完成識(shí)別，同時(shí)它可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，可在更廣泛的場(chǎng)合中應(yīng)用。因此總的來(lái)說(shuō)，卡產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)是將逐步朝著非接觸卡、 CPU卡發(fā)展；從單一的芯片技術(shù)向磁條、芯片等多技術(shù)相結(jié)合的方向發(fā)展；從單一的應(yīng)用向多 應(yīng)用方向發(fā)展；從單一的接觸、非接觸卡向兩者結(jié)合的混合卡方向發(fā)展。卡片應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)入我國(guó)的時(shí)間較晚，卡的應(yīng)用由銀行卡起步，而非銀行卡的應(yīng)用后來(lái)居上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了銀行卡的發(fā)展速度和規(guī)模。 （ 3）鍵盤操作：使用讀卡器上的鍵盤對(duì)射頻卡進(jìn)行初步的操作。當(dāng)耦合的能量 超過(guò)某一特定值時(shí)，有源射頻卡才真正開(kāi)始工作，這一過(guò)程又被稱為“喚醒”。 所以綜上所述，本設(shè)計(jì)所選用的是非接觸式射頻卡。加密邏輯過(guò)程，如射頻卡與讀寫器之間的流加密、還有信號(hào)編碼，常常是交由附加的 ASIC（ Application Specific Integrated Circuit）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)。 PIC 系列單片機(jī)是美國(guó) Microchip 公司生產(chǎn)的低功耗、低價(jià)格、小體積、片內(nèi)帶 EPR0M 的 CM0S 單片機(jī)。目前，PIC 采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小 ；第七、 自帶看門狗定時(shí)器，可以用來(lái)提高程序運(yùn)行的可靠性 ；第八、 睡眠和低功耗模式。因此射頻卡、天線及其射頻模塊的型 號(hào)選擇就顯得極其重要。此時(shí)，振蕩器頻率不斷掃過(guò)最大和最小頻率之間的范圍。 射頻識(shí)別系統(tǒng)使用的頻段可以分為低頻和高頻兩類，當(dāng)工作頻率越高，讀寫器和卡之間的通訊速度就越快，系統(tǒng)的工作時(shí)間就越短。因此，模擬電路部分主要為數(shù)字電路部分提供相關(guān)數(shù)據(jù)（讀寫器指令）信息和能量，并將射頻卡的應(yīng)答信息發(fā)送給讀寫器。其性能指標(biāo)如表 24所示。這種方式雖然簡(jiǎn)單，但占用單片機(jī)口線較多，資源利用率低，因 此不常采用。 LED 顯示電路原理圖如圖 213 所示 25 圖 213 LED顯示電路原理圖 單片機(jī)的選擇 AT89 系列單片機(jī)是 ATEML 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)。由于 RFM001射頻模塊只需 2根信號(hào)線與單片機(jī)接口，該單片機(jī)的端口數(shù)和 ROM可以滿足要求。 MAX232的工作溫度范圍為 0℃至 700℃ ， MAX2321的工作溫度范圍為 40℃ 至 85℃ 。目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了 I2C接口。若為三個(gè)功能鍵之一，則進(jìn)入相應(yīng)的功能子程序。它的安全性是射頻卡安全性的基礎(chǔ)，在芯片的設(shè)計(jì)階段就提供了完善的安全保護(hù)措施。安全管理模塊沒(méi)有單獨(dú)的程序代碼塊，而是滲透到其它模塊之中，主要完成保密通訊、階段化管理、外部認(rèn)證、狀態(tài)機(jī)制、密鑰管理等功能。在操作卡片過(guò)程中，過(guò)程密鑰被生成后放在 RAM空間中，并且一些臨 時(shí)數(shù)據(jù)也將保存在 RAM中，掉電后自動(dòng)丟失，保證其安全性。 鍵盤功能處理程序設(shè)計(jì) 鍵盤功能設(shè)置 33 本設(shè)計(jì)采用有 16按鍵的編碼鍵盤，鍵盤設(shè)有 0到 9共十個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)小數(shù)點(diǎn)鍵，設(shè)置初始金額、增加金額、設(shè)定計(jì)費(fèi)單位等三個(gè)功能鍵，以及確認(rèn)和取消兩個(gè)操作鍵。 CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)， CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際清況作 出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將 TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA232E電平。若 1，說(shuō)明 AINO的電位高于 AIN1；若 0則反之。 QO 到 Q7（第 2 到 8 引腳）并行輸出端分別接到顯示器的各段對(duì)應(yīng)的引腳上。 顯示驅(qū)動(dòng)電路的選擇 方案一： 并行譯碼顯示方式 。 1. 射頻卡和天線 RITRPW4FF射頻卡是 TIRIS在低頻率射頻識(shí)別系統(tǒng)中的主要產(chǎn)品，己廣泛地應(yīng)用于各領(lǐng)域。 2．模擬電路部 分 模擬電路部分通常包括檢波電路和調(diào)制電路。 最后，當(dāng)電容放電時(shí)，非接觸卡內(nèi)的發(fā)射電路就將從卡內(nèi)存儲(chǔ)器中讀取 16 的數(shù)據(jù)信息及相關(guān)信息發(fā)送給讀寫終端。 為了保證可靠地識(shí)別射頻卡振蕩回路，需要獲得一個(gè)盡可能明顯的降落。 綜上所述由于本設(shè)計(jì)是用于物流管理方面的，再結(jié)合此系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境，從成本和收益出發(fā)我選擇的是 AT89系列的單片機(jī)做為控制系統(tǒng)的核心。就我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)看，還沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果不同的情況 ；第五、 其引腳具有防瞬態(tài)能力 ,通過(guò)限流電阻可以接至 220V 交流電源 ,可直接與繼電器控制電路相連 ,無(wú)須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便 ；第六、 徹底的保密性。提示音裝置是 11 采用的是有源蜂鳴器，當(dāng)讀卡器讀到卡和卡 離開(kāi)讀卡器的讀卡范圍時(shí)發(fā)出提示音。 讀寫器終端的控制單元擔(dān)負(fù)著以下任務(wù)： (1)與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來(lái)的命令； (2)控制與射頻卡的通信過(guò)程 (主 從原則 )； (3)信號(hào)的編碼與解碼。 綜合以上接觸式 與 非 接觸式卡相比 較，射頻卡具有以下優(yōu)點(diǎn) : 第一點(diǎn)是 可靠性高 ： 卡與讀寫器之間無(wú)機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。 有源 射頻卡就是射頻卡在讀寫器的影響范圍之外也是有源狀態(tài)，即射頻 無(wú)線射頻識(shí)別卡