【正文】 路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)送的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)產(chǎn)生電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到 2V 時(shí)，此電容可作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(xiě)器的數(shù)據(jù)。本文主要探討了 PHILIPS 公司的 MIFARE 射頻卡，射頻卡讀寫(xiě)器的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)。目前，清華同方已擁有 THR9904 和THR10XX 兩大非接觸式 IC 卡系列產(chǎn)品，其中 THR9904 已大規(guī)模應(yīng)用于我國(guó)第二代居民身份證項(xiàng)目，該項(xiàng)目是我國(guó)應(yīng)用射頻卡最大的項(xiàng)目。 射頻識(shí)別技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 RFID 被列為 21 世紀(jì)十大重要技術(shù)之一，世界各國(guó)都在大力發(fā)展 RFID 技術(shù)。理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 射頻識(shí)別技術(shù)是 最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)， 利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦 合實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞， 達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù) ， 現(xiàn)己涉及到人們生活的方方面面， 有著廣闊的應(yīng)用前景。在過(guò)去 10 年中，關(guān)于 RFID 技術(shù)的專利申請(qǐng)已經(jīng)有 6000 多件。清華同方開(kāi)發(fā)出的 THR10XX 系列是一套完整的射頻模塊解決方案，己在公交、身份識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的使用。本文共六章，組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章是緒論， 闡述了本課題的研究背景與意義、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)、以及課題研究?jī)?nèi)容和論文結(jié)構(gòu)。 發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo) 簽之間的射頻信號(hào)的耦合 類型有兩種： 電感 耦合。作為通信協(xié)議使用的是各不相同的、常常是自定義的協(xié)議。 射 頻識(shí)別系統(tǒng)分類 根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)的不同特點(diǎn)，射頻識(shí)別系統(tǒng)有多種分類方法，根據(jù)工作頻率劃分，有低頻、中頻、高頻 ； 根據(jù)存儲(chǔ)器是否可寫(xiě)，可分為只讀型和可讀寫(xiě)型 ； 根據(jù)讀卡器和應(yīng)答器誰(shuí)先發(fā)送信息，可分為 TTF 型和 RTF 型 ； 另外根據(jù)應(yīng)答器內(nèi)是否內(nèi)置電源可分為有源型和無(wú)源型。缺點(diǎn)是讀卡器要發(fā)射更大的射頻功率，識(shí)別距離相對(duì)較近等。未經(jīng)過(guò)調(diào)制的電磁波被稱作載波，調(diào)制的載波可以分為兩大類 ： 用正弦信號(hào)作為載波和用脈沖或一組數(shù)字信號(hào)作為載波。 對(duì)于 RFID 系統(tǒng)，由于信息碼元序列是一種隨機(jī)序列接收端無(wú)法預(yù)知也無(wú)法識(shí)別其中有無(wú)錯(cuò)碼。 然而，奇偶校驗(yàn)法并不是一種安全的校驗(yàn)方法，其識(shí)別錯(cuò)誤的能力較低。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)送裝置計(jì)算出 CRG 校驗(yàn)碼。 時(shí)隙 ALOHA 算法 時(shí)隙 ALOHA 算法是 ALOHA 算法的改進(jìn)，它在 ALOHA 算法的基礎(chǔ)上把時(shí)間分成多個(gè)離散時(shí)隙，并且每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度要大于射頻卡回復(fù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，射頻卡只能在每個(gè)時(shí)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，每個(gè)時(shí)隙存在下面 3 種情況 無(wú)射頻卡響應(yīng) :在此時(shí)隙內(nèi)沒(méi)有射頻卡發(fā)送。射頻卡應(yīng)答的序列號(hào)N~x 各位也不包括給讀寫(xiě)器的補(bǔ)充信息，也不需要傳輸。 核心模塊電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)射頻讀寫(xiě)核心模塊選取的是 PHILIPS 公司生產(chǎn)的高集成 度射頻芯片 RC531。國(guó)際 EMC 規(guī)則規(guī)定了在一個(gè)寬頻范圍內(nèi)發(fā)射能量的大理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 小，因此，必須要有一個(gè)合適的濾波器過(guò)濾輸出信號(hào)以滿足此規(guī)定。 該模塊的電路由于涉及到射 頻信號(hào)，發(fā)送和接收信號(hào)的頻率都達(dá)到了 ，而且還有高次諧波往外發(fā)射，因而其 PCB 設(shè)計(jì)要尤為注意，首先 TGND 和 DGND 要分開(kāi)接地，并且接地線應(yīng)該具有高導(dǎo)電特性，且應(yīng)愈短愈粗愈好，這樣可以比較有效的避免射頻發(fā)射信號(hào)對(duì)單片機(jī)控制信號(hào)的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。因而可使其在 1 MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在 200～400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 。 P P2 端口設(shè)計(jì)成通用并行接口，用于對(duì) RC531 的控制。其特性有：片內(nèi)集成兩個(gè)雙向 TVS 管，具有瞬變電壓抑制功能，能防雷電和抗靜電放電沖擊；半雙工；可承受功率高達(dá) 400W 的瞬態(tài)脈沖電壓；可在強(qiáng)噪聲環(huán)境中以 25。 P P5 端口設(shè)計(jì)成另一組并行接口，用于對(duì) LCD 的控制。在MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng) ： 基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán) （ FLL 和 FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。 器件管腳之間的引線越短越好。低通濾波器采用 LC 低通濾波器結(jié)構(gòu)， 由電感 L1 和電容 C1 C20（ 采用兩個(gè)電容并聯(lián)主要是為了方便調(diào)試電路的參數(shù) ） 組成。利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 第 3章 射頻讀卡器硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的硬件結(jié)構(gòu)主要可以分為供電電 路、微控制器電路、串行通信電路、RC531 核心模塊電路、天線、時(shí)鐘電路和液晶屏顯示電路等幾個(gè)模塊單元。 多個(gè)射頻卡響應(yīng) :在此時(shí)隙內(nèi)多個(gè)射頻卡發(fā)送，產(chǎn)生沖突。若兩個(gè) CRC 校驗(yàn)碼不同，則說(shuō)明通信過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤，要求發(fā)送裝置從新發(fā)送數(shù)據(jù)。它的缺點(diǎn)在于 ： 當(dāng)某一數(shù)據(jù)分段中的一位或者多位被破壞時(shí)，并且在下一個(gè)數(shù)據(jù)分段中具有相反值的對(duì)應(yīng)位也被破壞，那么這些列的和將不變，因此接收方不可能檢測(cè)到錯(cuò)誤。 在信息碼元中加入監(jiān)督碼元被稱為差錯(cuò)控制編碼或糾錯(cuò)編碼，不同的編碼方法有著不同的檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力。而且調(diào)制對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂泻艽蟮挠绊?，調(diào)制的方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。這在不同的無(wú)線電規(guī)則限制情況下，可以滿足大部分實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需要。其中 125kHz 系統(tǒng)主要應(yīng)用在動(dòng)物識(shí)別和商品流通等領(lǐng)域。射頻識(shí)別標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，主要由天線、諧振電容以及 IC 芯片組成，其種類可以分為無(wú)源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種。 電磁反向散射耦合 。 第三章 提出讀寫(xiě)器硬件模塊的設(shè)計(jì)，著重介紹了天線匹配網(wǎng)絡(luò)電路、供電電路微控制器電路、核心模塊電路、串行通信電路的設(shè)計(jì)。研制出的SHC1507 非接觸讀寫(xiě)芯片，符合 IS014443Aamp。從全球的理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 范圍看，美國(guó)已經(jīng)在 RFID 標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域走在世界的前列。因此，對(duì)射頻卡及其讀寫(xiě)設(shè)備內(nèi)核技術(shù)的研究是一件十分有意義的事情。另外 RFID 技術(shù)是一個(gè)嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論，而且包括通信原理及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一個(gè)多學(xué)科綜合的新興學(xué)科。我國(guó)很多企業(yè)對(duì) RFID 的認(rèn)識(shí)不夠充分，基礎(chǔ)設(shè)施的缺失也為 RFID 在我國(guó)的發(fā)展設(shè)置了障礙。 本文的 研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 本文針對(duì) PHILIPS 公司的智能射頻卡 MIFARE 1 卡及其卡片讀寫(xiě)設(shè)備核心模塊的內(nèi)核技術(shù)進(jìn)行了細(xì)致深入的研究。 高安全性 射頻卡的序列號(hào)是唯一的，制造商在產(chǎn)品出廠前將此序列號(hào)固化于卡內(nèi)芯片中，不可再更改，使用時(shí)射頻卡與讀寫(xiě)器要進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且通訊過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)都加密，卡內(nèi)各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問(wèn)條件。出于性能上的原因，對(duì) ASIC的訪問(wèn)是通過(guò)微處理器總線 （ 面向寄存器的 ） 實(shí)現(xiàn)的。 塊 0 數(shù)據(jù)塊 0 扇區(qū) 1 塊 1 數(shù)據(jù)塊 1 塊 2 數(shù)據(jù)塊 2 塊 3 數(shù)據(jù)塊 3 塊 0 數(shù)據(jù)塊 4 塊 1 數(shù)據(jù)塊 5 扇區(qū) 2 塊 2 數(shù)據(jù)塊 6 塊 3 數(shù)據(jù)塊 7 0 數(shù)據(jù)塊 60 扇區(qū) 15 1 數(shù)據(jù)塊 61 2 數(shù)據(jù)塊 62 3 數(shù)據(jù)塊 63 圖 扇區(qū)結(jié)構(gòu)圖 Mifare 1卡的讀寫(xiě)控制 每個(gè)扇區(qū)的尾塊 （ 16 字節(jié) ） 包含了該扇區(qū)的兩個(gè)密碼信息以及對(duì)本扇區(qū)中各塊的讀寫(xiě)權(quán)限信息，是扇區(qū)的控制塊。 按電子標(biāo)簽的供電方式分類 射頻識(shí)別系統(tǒng)按電子標(biāo)簽的供電方式可分為有 源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽兩類。另外對(duì)于無(wú)源應(yīng)答器來(lái)說(shuō)，不允許由于信號(hào)編碼與調(diào)制方法的不適當(dāng)?shù)慕M合而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化的中斷。另一方面，如果采用的是在基帶中進(jìn)行的負(fù)載調(diào)制時(shí)，數(shù)據(jù)流的 邊帶將直接圍繞著工作頻率的載波信號(hào) 。偶校驗(yàn)常用于異步傳輸或低速傳輸。從代數(shù)的角度可將 M（ x） 看成是一個(gè)多項(xiàng)式，即 M（ x） 可被看做系數(shù)是 0 或 1 的多項(xiàng)式，一個(gè)長(zhǎng)度為 m 的數(shù)據(jù)塊可以看成是 xm?1，到 x0的。下面將對(duì)這兩種算法及由其發(fā)展起來(lái)的算法進(jìn)行介紹。 二進(jìn)制搜索算法 二進(jìn)制搜索算法的基本思想是 ： 將處于沖突的射頻卡分成左右兩個(gè)子集 0 和 1 先查詢子集 0，若沒(méi)有沖突，則正確識(shí)別射頻卡 ； 若仍有沖突則再分裂，把子集 0 分成 00和 01 兩個(gè)子集，依次類推，直到識(shí)別出子集 0 中的所有射頻卡，再按步驟查詢子集 。 圖 讀卡器供電電路原理圖 . 1 電路分析與計(jì)算 超級(jí)電容充放電時(shí)間和電流的計(jì)算。 外圍匹配電路設(shè)計(jì) 外圍匹配電路主要包含 EMC 低通濾波器和接收電路。5%） 、C11（ 選取 68nF177。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6μs。 MSP430 的片內(nèi)外設(shè)極其豐富，集成了兩個(gè)串口， USARTO 和 USARTI，正好適合本設(shè)計(jì)兼容多種串行通信接口形式的設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)中為兼容考慮能實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的傳輸距離和多機(jī)通信的功能，所以設(shè)計(jì)了 RS458 接口。 串行通信電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，提供了三種不同的串行通信接口形式 ： RS23RS485 和 USB 接口。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。 微控制器電路設(shè)計(jì) 在前面的設(shè)計(jì)中我們已經(jīng)提到，本設(shè)計(jì)兼容考慮了射頻讀卡器的低功耗解決方案，因而對(duì)讀卡器的整機(jī)功耗有較高的要求。10%的誤差，且材料最好選取 TDKIROJ； 電容并聯(lián)后的電容量應(yīng)選取 136pF， 177。因此，穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率對(duì)與正常的工作至關(guān)重要。這就對(duì)射頻讀卡器的整機(jī)功耗和供電電路的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，本設(shè)計(jì)在供電電路設(shè)計(jì)上就考慮了這一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了讀卡器的低功耗解決方案。但它的缺點(diǎn)是需要同步時(shí)鐘，且射頻卡能夠計(jì)算時(shí)隙。為了解決信號(hào)之間相互干擾的問(wèn)題，產(chǎn)生了防碰撞技術(shù)。字節(jié) 1 用字節(jié) 2 經(jīng) XOR 門選通，結(jié)果再用字節(jié) 3 經(jīng) XOR 門選通，如此等等。這種方法就是在每個(gè)字節(jié)中加上一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，并被傳輸，即每字節(jié)發(fā)送九位。 射頻識(shí)別系統(tǒng)的副載波調(diào)制 就射頻識(shí)別系統(tǒng)而言，用副載波的調(diào)制法主要用在頻率范圍 、 13. 56MHz或 27. 125MHz 的電感耦合系統(tǒng)中，而且是從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。 信號(hào)編碼系統(tǒng)的作用是使傳輸?shù)男畔⒑退男盘?hào)表示盡可能最佳的與傳輸通道的性能相匹配，也就是將發(fā)送的數(shù)據(jù)信息變換為適合于信道傳輸特性的頻譜結(jié)構(gòu)。 UHF 頻段的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要應(yīng)用在高速公路收費(fèi)、集裝箱識(shí)別和鐵路車輛的識(shí)別、跟蹤等業(yè)務(wù)中。 天線 （ Antenna） 射頻識(shí)別系統(tǒng)中的天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向無(wú)源標(biāo)簽提供能量并在讀卡 器和標(biāo)簽之間傳送信息 。此外，許多讀卡器還都有附加的接口 （ RS232， RS485， USB） ，以便將所獲的數(shù)據(jù)傳輸給另外的系統(tǒng)作進(jìn)一步的處理或存儲(chǔ)。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 射頻識(shí)別系統(tǒng)分析 射頻 卡特點(diǎn) 操作快捷便利 由于采用非接觸無(wú)線通信，讀寫(xiě)器對(duì)在感應(yīng)范圍內(nèi)的卡就可以進(jìn)行操作，免去了插拔卡過(guò)程，所以非常方便用戶使用。適用于公交、地鐵、校園一卡通、公司一卡通等多種不同應(yīng)用場(chǎng)合的 POS 機(jī)。日本雖然己經(jīng)提出 UID 標(biāo)準(zhǔn)，但主要得到的是本國(guó)廠商的支持，如要成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還有很長(zhǎng)的路要走。 關(guān)鍵字 ： 射頻識(shí)別，讀卡器，射頻卡，天線 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract RF identification technology is a kind of technology of using RF signal through space coupling in order to noncontact information transmission， and through thetransmission of information to identify. After the rapid development of the 1990s， RF identificati