【文章內(nèi)容簡介】 給射頻芯片 [5]。 西北大學本科畢業(yè)論文 6 讀寫器的基本 功能 讀寫器是射頻識別系統(tǒng)的重要組成部分， 它 主要完成以下功能 ： 1．與電子標簽的通信功能 :在規(guī)定的技術(shù)條件下讀寫器可與電子標簽進行通信。 2．與計算機的通信功能 :讀寫器可以通過標準接口如 RS232 等與計算機連接，將得到的標簽信息傳輸?shù)接嬎銠C進行 后續(xù) 處理。 3．在讀寫區(qū)內(nèi) 同時識別 多個標簽， 具備防沖撞功能 。 并且能夠 對 高速 移動的 對象進行識別。 4． 能夠校驗讀寫過程中的錯誤信息 ， 并 提示 錯誤的有關(guān)信息。 在射頻識別系統(tǒng)的工作 流程 中， 讀寫器的基本任務是觸發(fā)作為 數(shù)據(jù)載體的電子標簽，與電子標簽建立通信 關(guān)系 ，并在 后臺系統(tǒng) 和非接觸的數(shù)據(jù)載體之間傳輸數(shù)據(jù)。這種非接觸通信的一系列任務包括通信的建立、防止碰撞和身份驗證等，均由讀寫器來處理。 電子標簽（ Tag）概述 電子標簽是指由 耦合元件、 IC 芯片和天線組成的大小如芝麻粒的超微型集成模塊。標簽中一般保存有全球唯一的 UID 及相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在實際應用中，電子標簽被 采用特殊封裝形式封裝而成各種形狀的卡片 或者附在待識別物體的表面。存儲在芯片中的數(shù)據(jù)，可以由閱讀器以無線電波的形式非接觸的讀取，并通過閱讀器的控制單元，進行信息解讀和 相關(guān)處理 [6]。 在射頻識別中，電子標簽天線直接影響讀取效果。在選擇電子標簽的天線時必須考慮以下因素：天線的類型；天線的阻抗；在應用到電子標簽上時的 RF性能；有在其他物品圍繞貼標簽物品時的 RF 性能。在實際應用中，標簽的使用有兩種基本形式。一是標簽移動，通過固定式閱讀器進行識別；一種是標簽不動，通過手持式等移動閱讀器進行識別。 ISO/IEC 的 RFID 空中接口標準 在 RFID 系統(tǒng)中，電子標簽和讀寫器之間通過相應的空中接口協(xié)議才能進行相互通信?？罩薪涌跇藴手苯記Q定系統(tǒng)傳輸和識別的可靠性和有效性?？罩薪涌?協(xié)議定義了讀寫器與標簽之間進行命令和數(shù)據(jù)雙向交換的機制，即讀寫器發(fā)給標簽的命令和標簽發(fā)給讀寫器的響應。國際標準化組織 ISO/IEC 制定了一西北大學本科畢業(yè)論文 7 些 RFID 空中接口標準，目前比較成熟并且應用最多的是載波頻率為 13． 56MHz的 ISO/IEC 1 4443 和 ISO/IEC 1 5693 系列標準，而最受關(guān)注的是 ISO/IEC 1 8000系列標準，它涵蓋了從 1 25kHz 到 2． 45GHz 的頻段內(nèi)的空中接口通信參數(shù)。下面將著重介紹本研究方案使用的 ISO/IEC 15693 空中接口標準。 ISO/IEC 15693 系列標準 介紹 ISO/IEC 15693： 2020《識別卡 — 無觸點的集成電路卡 — 鄰近式卡》系列標準是由 ISO/IEC JTC1 SC17 負責制定的載波頻率為 的非接觸式 IC 卡國際標準。 該系列標準分為 4 個部分：物理特性、空中接口和初始化、防沖突和傳輸協(xié)議、擴展命令集和安全特性。它規(guī)定了鄰近式耦合設(shè)備 (VCD)和鄰近式卡(VICC)之間全部采用 ASK 的調(diào)制原理進行通信，調(diào)制指數(shù)為 10%和 100%， VCD 確定使用哪種調(diào)制指數(shù)， VICC 應對兩種調(diào)制指數(shù)正確解碼。 從 VCD 向 VICC 傳送 信號時，編碼方式為兩種：“ 256 取 1”和“ 4 取 1”，二者皆以固定時間段內(nèi)以位置編碼。這兩種編碼方式的選擇與調(diào)制指數(shù)無關(guān)。當“ 256 取 1”編碼時， 10% 的 ASK 調(diào)制優(yōu)先在長距離模式中使用，在這種組合中，與載波信號的場強相比，調(diào)制波邊帶較低的場強允許充分利用許可的磁場強度對 IC 卡提供能量。與此相反，讀寫器的“ 4 取 1”編碼可和 100% 的ASK 調(diào)制的組合在作用距離變短或在讀寫器的附近被屏蔽時使用。從 VICC 向VCD 傳送信號時，用負載調(diào)制副載波。電阻或電容調(diào)制阻抗在副載波頻率的時鐘中接通和斷開，而副載波 本身在 Manchester 編碼數(shù)據(jù)流的時鐘中進行調(diào)制，使用 ASK 或 FSK 調(diào)制。調(diào)制方法的選擇是由讀寫器發(fā)送的傳輸協(xié)議中 FLAG 字節(jié)的標記位來標明，因此， VICC 支持 ASK(副載波頻率為 424kHz)和 FSK(副載波頻率為 424/484kHz) 兩種調(diào)制方法。數(shù)據(jù)傳輸速率分為高速和低速兩種，同樣是通過 FLAG 字節(jié)的標記位來選擇。這兩種速率根據(jù)采用的副載波速率不同而略有不同，采用單副載波時低速為 ，高速為 8kbps；采用雙副載波時則分別為 和 ?？梢?， ISO/IEC 15693 標準具有應用靈活，操作距離遠等優(yōu)點 [7]。 ISO/IEC 15693 標準的防沖突機制 如果在同一時間段內(nèi)有多于一個的射 頻標簽同時響應，則說明發(fā)生沖突。西北大學本科畢業(yè)論文 8 RFID 的核心是防沖突技術(shù)，防沖突機制使得同時處于讀寫區(qū)內(nèi)的多個標簽的正確操作成為可能，通過算法編程，讀寫器即可自動選取其中一個標簽進行讀寫操作。這樣既方便了操作，也提高了操作的速度。 ISO/IEC 15693 標準采用基于時隙的輪詢機制、分時查詢的方式完成防沖突機制，在模式 1 的防沖突算法中最多有 16 個時隙，電子標簽在每個 時隙通過比較讀寫器指定的 UID 中某些位來決定是否響應，從而達到防沖突的目的 [7]。 三大空中接口標準中， ISO/IEC 14443 和 ISO/IEC 15693 系列標準主要從射頻 IC卡的角度描述了接近式卡和鄰近式卡與相應的耦合設(shè)備處于不同距離時的情況，而 ISO/IEC 18000 系列標準側(cè)重描述了在單品管理中，在不同頻率下利用射頻識別技術(shù)進行自動識別和數(shù)據(jù)采集。 西北大學本科畢業(yè)論文 9 第三章 RFID 系統(tǒng) 讀寫器 設(shè)計 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 技術(shù)指標 本論文中所設(shè)計的非接觸式射頻卡讀寫器技術(shù)指標如下 ： ? 電子標簽 ： Tagit 系列， VICC（符合 ISO/IEC156931 標準） ? 工作頻率： ? 讀寫距離： 0l5cm ? 通信速率： ? 射頻輸出：通過功率匹配將天線線圈直接連接到功率輸出級 ? 供電電壓： 5V 士 10﹪（ l00mA） ? 工作溫度： 40～ 85℃ ? 存儲溫度： 55～ 125℃ ? 接口：標準 RS232(讀寫器）， 8 位串 行口（讀寫模塊） ? 安裝方式： 讀寫器方式：采用標準串口與 PC 機相連 模塊方式：直接焊接在系統(tǒng) 電路 板上 設(shè)計方案 系統(tǒng)設(shè)計總體構(gòu)思 本系統(tǒng) 原 本 采用 TI 公司符合 ISO/IEC 15693 空中接口 標準 ， 工作于 HF（ ） 的 RFID 讀寫芯片 TRF7960 為核心設(shè)計。 但是由于該芯片在封裝工藝上的特點， 無法 手工焊接，以及考慮到時間倉促，難以在規(guī)定時間內(nèi)較好的完成課題設(shè)計并制版調(diào)試，故在四月底決定換用 TI 公司具有相同功能的RIR6C001A（ S6700） 芯片。 外圍電路包括 單片機 （ AT89S52）、耦合 天線、串口通信 接口 電路 （ MAX232） 、 程序下載電路 等組成。電源穩(wěn)壓模塊把整個系統(tǒng)的工作電壓穩(wěn)定在 5V。 HF 頻段 射頻識別一卡通系統(tǒng) 如圖 所示 。 西北大學本科畢業(yè)論文 10 圖 系統(tǒng)總體 框圖 RFID 一卡通 系統(tǒng)的 工作過程如下 ： ? 運行于 PC 機上的 一卡通 系統(tǒng) 軟件通過 PC 機的 RS232 串口向讀寫器內(nèi)的單片機 （ AT89S52） 不斷 發(fā)送讀 卡 指令 ? 讀寫器內(nèi)單片機收到讀卡命令后 向 讀寫器芯片（ S6700） 發(fā)出指令 ? 讀寫器芯片（ S6700） 把 收到的指令按照 空中接口 標準 （ ISO15693）進行編碼，并對讀寫器芯片產(chǎn)生的載頻 信號進 調(diào)制 ? 經(jīng)調(diào)制的已調(diào)信 號 經(jīng)過 線圈 天線發(fā)送 到空中 ? 在 讀寫器閱讀場區(qū) 內(nèi) （典型為 10cm 以內(nèi)） 的電子標簽 獲得射頻激勵取得能量并 收到 讀標簽信息的 命令 ? 標簽 經(jīng)過認 ， 證 如果 命令 正確，則按命令的要求把 標簽內(nèi)存信息 發(fā)送出去 ，如果 認證 錯誤，則返回錯誤信息 ? 讀寫器收到返回信息后，經(jīng)過 解調(diào)和解碼 獲得標簽內(nèi)存 UID 等信息 ? 讀寫器芯片（ S6700） 將內(nèi)存 UID 等信息傳遞 給單片機 ? 單片機將 收到的 標簽信息 送給 PC 機 一卡通系統(tǒng) 軟件 ? 系統(tǒng) 軟件 收到信息后 查找注冊人員數(shù)據(jù)庫，從中調(diào)出刷卡人的個人信息顯示出來 或聲音提示，并記錄刷卡信息（如時間、地點 、 金額 ）等。 TRF7960 芯片的功能與特點 TRF7960 芯片是 2020 年初 TI 公司發(fā)布的全球最小的 高性能、低功耗、支持 多協(xié)議 的 高頻 RFID 射頻模擬前端芯片。它具有如下特點： （ 1） 高集成度： ? 整個電路只需要一個 的晶振； ? 芯片 可 提供 、 和 三種 時鐘輸出來作為單片一卡通系統(tǒng) MAX232 5V 穩(wěn)壓電源 耦合線圈天線 AT89S52 匹配 電路 S6700 電子 標簽 讀寫器 西北大學本科畢業(yè)論文 11 機 的時鐘選擇； ? 內(nèi)部集成了高的電源抑制比的 LDO，可直接驅(qū)動單片機來進行工作 ； ? 采用 5 x 5 毫米 32 引腳的 QFN（ IC 與電路板 )連接封裝大大減少了整個電路板的外圍器件和電路板空間。 （ 2） 多協(xié)議支持：支持 IS0/IEC 14443A/B、 IS0/IEC 1569 IS0/IEC180003以及 TI 的非接觸支付商務與 Tagit 應答器產(chǎn)品系列； （ 3） 低功耗：具有 7 種靈活的手動或自動配置設(shè)置，它們能關(guān)閉未使用的部分讀卡器以達到省電的目的，因此可以降低讀卡器的整體功耗。 TRF7960 可工作在 2． 7 至 V 輸入電源電壓之間。在斷電模式下，電流消耗低于 1uA，待機電流小于 120uA； （ 4） 支持振幅和相位兩種調(diào)制模式：有