【正文】 路，其頻率與讀寫器發(fā)送的頻率相同，在電磁波的激勵下， LC 諧振電路產生共振，從而使電容內產生電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到 2V 時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。本文主要探討了 PHILIPS 公司的 MIFARE 射頻卡，射頻卡讀寫器的硬件電路設計和軟件程序設計。目前，清華同方已擁有 THR9904 和THR10XX 兩大非接觸式 IC 卡系列產品，其中 THR9904 已大規(guī)模應用于我國第二代居民身份證項目，該項目是我國應用射頻卡最大的項目。 射頻識別技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀 RFID 被列為 21 世紀十大重要技術之一，世界各國都在大力發(fā)展 RFID 技術。理工大學學士學位論文 I 摘 要 射頻識別技術是 最近幾年發(fā)展起來的一項新技術， 利用射頻信號通過空間耦 合實現(xiàn)無接觸信息傳遞， 達到識別目的的技術 ， 現(xiàn)己涉及到人們生活的方方面面， 有著廣闊的應用前景。在過去 10 年中，關于 RFID 技術的專利申請已經有 6000 多件。清華同方開發(fā)出的 THR10XX 系列是一套完整的射頻模塊解決方案，己在公交、身份識別等多個領域得到了廣泛的使用。本文共六章，組織結構如下： 第一章是緒論， 闡述了本課題的研究背景與意義、國內外研究動態(tài)、以及課題研究內容和論文結構。 發(fā)生在閱讀器和電子標 簽之間的射頻信號的耦合 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 頻識別系統(tǒng)分類 根據(jù)射頻識別系統(tǒng)的不同特點，射頻識別系統(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)存儲器是否可寫，可分為只讀型和可讀寫型 ； 根據(jù)讀卡器和應答器誰先發(fā)送信息，可分為 TTF 型和 RTF 型 ； 另外根據(jù)應答器內是否內置電源可分為有源型和無源型。缺點是讀卡器要發(fā)射更大的射頻功率，識別距離相對較近等。未經過調制的電磁波被稱作載波，調制的載波可以分為兩大類 ： 用正弦信號作為載波和用脈沖或一組數(shù)字信號作為載波。 對于 RFID 系統(tǒng)，由于信息碼元序列是一種隨機序列接收端無法預知也無法識別其中有無錯碼。 然而，奇偶校驗法并不是一種安全的校驗方法，其識別錯誤的能力較低。實際應用時，發(fā)送裝置計算出 CRG 校驗碼。 時隙 ALOHA 算法 時隙 ALOHA 算法是 ALOHA 算法的改進，它在 ALOHA 算法的基礎上把時間分成多個離散時隙，并且每個時隙長度要大于射頻卡回復的數(shù)據(jù)長度，射頻卡只能在每個時理工大學學士學位論文 14 隙內發(fā)送數(shù)據(jù)，每個時隙存在下面 3 種情況 無射頻卡響應 :在此時隙內沒有射頻卡發(fā)送。射頻卡應答的序列號N~x 各位也不包括給讀寫器的補充信息，也不需要傳輸。 核心模塊電路設計 本設計射頻讀寫核心模塊選取的是 PHILIPS 公司生產的高集成 度射頻芯片 RC531。國際 EMC 規(guī)則規(guī)定了在一個寬頻范圍內發(fā)射能量的大理工大學學士學位論文 19 小，因此，必須要有一個合適的濾波器過濾輸出信號以滿足此規(guī)定。 該模塊的電路由于涉及到射 頻信號，發(fā)送和接收信號的頻率都達到了 ，而且還有高次諧波往外發(fā)射，因而其 PCB 設計要尤為注意，首先 TGND 和 DGND 要分開接地，并且接地線應該具有高導電特性，且應愈短愈粗愈好，這樣可以比較有效的避免射頻發(fā)射信號對單片機控制信號的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。因而可使其在 1 MHz的時鐘條件下運行時，芯片的電流會在 200～400uA 左右，時鐘關斷模式的最低功耗只有 。 P P2 端口設計成通用并行接口，用于對 RC531 的控制。其特性有：片內集成兩個雙向 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 400W 的瞬態(tài)脈沖電壓；可在強噪聲環(huán)境中以 25。 P P5 端口設計成另一組并行接口，用于對 LCD 的控制。在MSP430 系列中有兩個不同的系統(tǒng)時鐘系統(tǒng) ： 基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán) （ FLL 和 FLL+）時鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。 器件管腳之間的引線越短越好。低通濾波器采用 LC 低通濾波器結構， 由電感 L1 和電容 C1 C20（ 采用兩個電容并聯(lián)主要是為了方便調試電路的參數(shù) ） 組成。利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。 理工大學學士學位論文 15 第 3章 射頻讀卡器硬件電路設計 本設計中的硬件結構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、時鐘電路和液晶屏顯示電路等幾個模塊單元。 多個射頻卡響應 :在此時隙內多個射頻卡發(fā)送，產生沖突。若兩個 CRC 校驗碼不同，則說明通信過程出現(xiàn)錯誤，要求發(fā)送裝置從新發(fā)送數(shù)據(jù)。它的缺點在于 ： 當某一數(shù)據(jù)分段中的一位或者多位被破壞時，并且在下一個數(shù)據(jù)分段中具有相反值的對應位也被破壞，那么這些列的和將不變，因此接收方不可能檢測到錯誤。 在信息碼元中加入監(jiān)督碼元被稱為差錯控制編碼或糾錯編碼，不同的編碼方法有著不同的檢錯或糾錯能力。而且調制對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂泻艽蟮挠绊懀{制的方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。這在不同的無線電規(guī)則限制情況下，可以滿足大部分實際應用系統(tǒng)的需要。其中 125kHz 系統(tǒng)主要應用在動物識別和商品流通等領域。射頻識別標簽是射頻識別系統(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，其種類可以分為無源標簽和有源標簽兩種。 電磁反向散射耦合 。 第三章 提出讀寫器硬件模塊的設計，著重介紹了天線匹配網(wǎng)絡電路、供電電路微控制器電路、核心模塊電路、串行通信電路的設計。研制出的SHC1507 非接觸讀寫芯片，符合 IS014443Aamp。從全球的理工大學學士學位論文 2 范圍看，美國已經在 RFID 標準的建立、相關軟硬件技術的開發(fā)、應用領域走在世界的前列。因此，對射頻卡及其讀寫設備內核技術的研究是一件十分有意義的事情。另外 RFID 技術是一個嶄新的技術應用領域，它不僅涵蓋了微波技術與電磁學理論，而且包括通信原理及半導體集成電路技術，是一個多學科綜合的新興學科。我國很多企業(yè)對 RFID 的認識不夠充分，基礎設施的缺失也為 RFID 在我國的發(fā)展設置了障礙。 本文的 研究內容及章節(jié)安排 本文針對 PHILIPS 公司的智能射頻卡 MIFARE 1 卡及其卡片讀寫設備核心模塊的內核技術進行了細致深入的研究。 高安全性 射頻卡的序列號是唯一的，制造商在產品出廠前將此序列號固化于卡內芯片中，不可再更改，使用時射頻卡與讀寫器要進行三次相互認證，而且通訊過程中所有的數(shù)據(jù)都加密，卡內各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。出于性能上的原因，對 ASIC的訪問是通過微處理器總線 （ 面向寄存器的 ） 實現(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)結構圖 Mifare 1卡的讀寫控制 每個扇區(qū)的尾塊 （ 16 字節(jié) ） 包含了該扇區(qū)的兩個密碼信息以及對本扇區(qū)中各塊的讀寫權限信息，是扇區(qū)的控制塊。 按電子標簽的供電方式分類 射頻識別系統(tǒng)按電子標簽的供電方式可分為有 源標簽和無源標簽兩類。另外對于無源應答器來說，不允許由于信號編碼與調制方法的不適當?shù)慕M合而導致能量轉化的中斷。另一方面，如果采用的是在基帶中進行的負載調制時，數(shù)據(jù)流的 邊帶將直接圍繞著工作頻率的載波信號 。偶校驗常用于異步傳輸或低速傳輸。從代數(shù)的角度可將 M（ x） 看成是一個多項式，即 M（ x） 可被看做系數(shù)是 0 或 1 的多項式，一個長度為 m 的數(shù)據(jù)塊可以看成是 xm?1，到 x0的。下面將對這兩種算法及由其發(fā)展起來的算法進行介紹。 二進制搜索算法 二進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子集 0 和 1 先查詢子集 0，若沒有沖突，則正確識別射頻卡 ； 若仍有沖突則再分裂，把子集 0 分成 00和 01 兩個子集，依次類推，直到識別出子集 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 電路分析與計算 超級電容充放電時間和電流的計算。 外圍匹配電路設計 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。當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用 6μs。 MSP430 的片內外設極其豐富，集成了兩個串口， USARTO 和 USARTI，正好適合本設計兼容多種串行通信接口形式的設計要求。本設計中為兼容考慮能實現(xiàn)較遠的傳輸距離和多機通信的功能，所以設計了 RS458 接口。 串行通信電路設計 本設計中，為了提高系統(tǒng)的可擴展性，提供了三種不同的串行通信接口形式 ： RS23RS485 和 USB 接口。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。 微控制器電路設計 在前面的設計中我們已經提到，本設計兼容考慮了射頻讀卡器的低功耗解決方案，因而對讀卡器的整機功耗有較高的要求。10%的誤差，且材料最好選取 TDKIROJ； 電容并聯(lián)后的電容量應選取 136pF， 177。因此，穩(wěn)定的時鐘頻率對與正常的工作至關重要。這就對射頻讀卡器的整機功耗和供電電路的設計提出了更高的要求，本設計在供電電路設計上就考慮了這一點，實現(xiàn)了讀卡器的低功耗解決方案。但它的缺點是需要同步時鐘，且射頻卡能夠計算時隙。為了解決信號之間相互干擾的問題，產生了防碰撞技術。字節(jié) 1 用字節(jié) 2 經 XOR 門選通，結果再用字節(jié) 3 經 XOR 門選通，如此等等。這種方法就是在每個字節(jié)中加上一個奇偶校驗位，并被傳輸，即每字節(jié)發(fā)送九位。 射頻識別系統(tǒng)的副載波調制 就射頻識別系統(tǒng)而言，用副載波的調制法主要用在頻率范圍 、 13. 56MHz或 27. 125MHz 的電感耦合系統(tǒng)中，而且是從應答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。 信號編碼系統(tǒng)的作用是使傳輸?shù)男畔⒑退男盘柋硎颈M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構。 UHF 頻段的自動識別系統(tǒng)主要應用在高速公路收費、集裝箱識別和鐵路車輛的識別、跟蹤等業(yè)務中。 天線 （ Antenna） 射頻識別系統(tǒng)中的天線用于產生磁通量，而磁通量用于向無源標簽提供能量并在讀卡 器和標簽之間傳送信息 。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)作進一步的處理或存儲。 理工大學學士學位論文 4 第 2章 射頻識別系統(tǒng)分析 射頻 卡特點 操作快捷便利 由于采用非接觸無線通信，讀寫器對在感應范圍內的卡就可以進行操作，免去了插拔卡過程，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用場合的 POS 機。日本雖然己經提出 UID 標準，但主要得到的是本國廠商的支持，如要成為國際標準還有很長的路要走。 關鍵字 ： 射頻識別，讀卡器，射頻卡，天線 理工大學學士學位論文 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