【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37附錄 C　 系統(tǒng)的 PCB 圖 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37附錄 D　 系統(tǒng)實(shí)物圖 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38附錄 E　 系統(tǒng)源程序 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1第１章　緒　論　研究的背景及意義射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱(chēng) RFID)技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始興起的一種天線的，非接觸方式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是近幾年來(lái)發(fā)展的前沿科技項(xiàng)目。該技術(shù)主要是利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸式的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。射頻識(shí)別技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于非接觸性，因此完成識(shí)別工作時(shí)無(wú)需人工干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)識(shí)別自動(dòng)化且不易損壞；可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻標(biāo)簽，操作快捷方便；射頻標(biāo)簽不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，且可以穿透非金屬物體進(jìn)行識(shí)別，抗干擾能力強(qiáng)。RFID 技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。研究 RFID 產(chǎn)業(yè)對(duì)提升社會(huì)信息化水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量、增強(qiáng)公共安全與國(guó)防安全等方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，具有戰(zhàn)略性的重大意義。射頻卡又叫非接觸式 IC 卡，誕生于 90 年代初，是世界上最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功地將射頻識(shí)技術(shù)和 IC 卡技術(shù)結(jié)合起來(lái)，解決了無(wú)源(卡中無(wú)電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域 的一大突破。由于存在著磁卡和接觸式 IC卡不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，使之一經(jīng)問(wèn)世，便立即引起廣泛的關(guān)注，并以驚人的速度得到推廣應(yīng)用。射頻卡與接觸式 IC 卡相比較，非接觸式卡具有以下優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，操作方便，快速，防沖突〔非接觸式卡中有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾〕 ，可以適合于多種應(yīng)用加密性能好。隨著社會(huì)的不斷向前推移，人們生活水平的不斷提高，也就意味著人們的消費(fèi)水平也有了很大的提高，商家的收費(fèi)系統(tǒng)也有很大的改進(jìn)，應(yīng)用于生活中許多消費(fèi)控制系統(tǒng)中，如汽車(chē)消毒收費(fèi)系統(tǒng)，公交刷卡，售飯收費(fèi)系統(tǒng)，門(mén)禁，電梯刷卡系統(tǒng)，交通收費(fèi)，停車(chē)收費(fèi)等。汽車(chē)已經(jīng)成為人類(lèi)生活中必不可少的一部分，私家車(chē)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，然而，汽車(chē)就像一個(gè)流動(dòng)的“房子” ，在汽車(chē)這個(gè)流動(dòng)的“房子”內(nèi)，必不可免的存在著有毒物質(zhì)的威脅，而且車(chē)廂內(nèi)的密閉性以及內(nèi)飾原料的不明確性，往往使得這些有毒物質(zhì)對(duì)人體的影響更大，2022 年 11 月，由多家知名媒體支持，國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心負(fù)責(zé)檢測(cè)的“健康汽車(chē)”大型車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)活動(dòng)，經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的分批次檢測(cè)后正式結(jié)束。發(fā)現(xiàn)了很多有毒物質(zhì)超標(biāo)，尤其是新車(chē)，所以汽車(chē)消毒也是人們生活中必不可少的一部分，其中汽車(chē)消毒機(jī)就是利用石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2了此射頻識(shí)別技術(shù)，收費(fèi)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的對(duì)汽車(chē)消毒?！?guó)外研究現(xiàn)狀射頻識(shí)別技術(shù)在國(guó)外發(fā)展的速度很快，RFID 產(chǎn)品種類(lèi)很多，象德州儀表、Motoro1a、Phllips 等等世界著名廠家都生產(chǎn) RFID 產(chǎn)品，并且它們的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，自成系列。射頻識(shí)別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域：汽車(chē)、火車(chē)等交通監(jiān)控；高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)；停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)；物品管理；流水線生產(chǎn)自動(dòng)化；安全出入檢查；倉(cāng)儲(chǔ)管理；動(dòng)物管理；車(chē)輛防盜等等。RFID 的應(yīng)用仍在層出不窮。如澳大利亞將它的 RFTD產(chǎn)品用于澳機(jī)場(chǎng)旅客行李管理中并發(fā)揮了出色的作用，歐共體宣布 1997 年開(kāi)始生產(chǎn)的新車(chē)型必須具有基于RFID 技術(shù)的防盜系統(tǒng)，瑞士國(guó)家鐵路局在瑞士的全部旅客列車(chē)上安裝 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實(shí)時(shí)的掌握火車(chē)運(yùn)行情況，不僅利于管理，還大大減小發(fā)生事故可能性，1996 年 1 月韓國(guó)在漢城的 600 輛公共汽車(chē)上安裝 RFID 系統(tǒng)用于電子月票，還計(jì)劃將這套系統(tǒng)推廣到鐵路和其它城市，德國(guó)漢莎航空公司試用非接觸的射頻卡作為飛機(jī)票，改變了傳統(tǒng)的機(jī)票購(gòu)銷(xiāo)方式，簡(jiǎn)化了機(jī)場(chǎng)人關(guān)的手續(xù)，德國(guó)BMW 公司將射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用在汽車(chē)生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過(guò)程控制中，Motoro1a 公司在超凈車(chē)間里利用 RFID 系統(tǒng)來(lái)控制流水線的零件流向等等?！?guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)在政府在 1993 年制定的金卡工程實(shí)施計(jì)劃及全國(guó)范圍的金融卡網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的10 年規(guī)劃，是一個(gè)旨在加速推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的重大國(guó)家級(jí)工程。由此各種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛。現(xiàn)在，射頻識(shí)別技術(shù)做為一種新興的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，也將在中國(guó)很快地普及，可以說(shuō)我國(guó)射頻識(shí)別產(chǎn)品的市場(chǎng)是十分巨大的，舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明，利用射頻識(shí)別技術(shù)的不停車(chē)高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是將來(lái)的發(fā)展方向，人工收費(fèi)包括 IC 卡的停車(chē)收費(fèi)方式也終將被淘汰。隨著經(jīng)濟(jì)交流、旅游的發(fā)展、我國(guó)的高速公路發(fā)展勢(shì)頭十分強(qiáng)勁、對(duì)自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的需求會(huì)日益增長(zhǎng)、我國(guó)的國(guó)土面積大、公路多、車(chē)輛多，預(yù)計(jì)在未來(lái)十年內(nèi)將有數(shù)十億元的需求。國(guó)內(nèi)已有幾家公司在引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)自己的射頻識(shí)別系統(tǒng)?，F(xiàn)在，在錦山的一條高速公路上已應(yīng)用了非接觸射頻卡自動(dòng)收費(fèi)，上海的公共汽車(chē)使用了電子月票，北京的機(jī)場(chǎng)高速公路上、深圳的皇崗口岸也使用了射頻識(shí)別系統(tǒng)收費(fèi)等等。高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是 RFID 技術(shù)最成功的應(yīng)用之一。目前中國(guó)的高速公路石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3發(fā)展非?？?，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先決條件就是有便利的交通條件，而高速公路收費(fèi)卻存在一些問(wèn)題，一是交通堵塞，收費(fèi)站口，許多車(chē)輛要停車(chē)排隊(duì)，成為交通瓶頸問(wèn)題；二是少數(shù)不法的收費(fèi)員貪污路費(fèi)、使國(guó)家損失了相當(dāng)?shù)呢?cái)政收入。RFID 技術(shù)應(yīng)用在高速公路自動(dòng)收費(fèi)上能夠充分體現(xiàn)它非接觸識(shí)別的優(yōu)勢(shì)。讓車(chē)輛高速通過(guò)收費(fèi)站的同時(shí)自動(dòng)完成收費(fèi)。同時(shí)可以解決收費(fèi)員貪污路費(fèi)及交通擁堵的問(wèn)題。射頻識(shí)別技術(shù)在中國(guó)處于一個(gè)剛剛起步的階段，但是它的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，它的前景非常誘人。在信息社會(huì)，對(duì)于各種信息的獲取及處理要求快速、準(zhǔn)確、在不久的將來(lái) RFID 技術(shù)就將同其它識(shí)別技術(shù)一樣深入我們的生活、改善我們的生活。對(duì)于這樣一個(gè)新技術(shù)，我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)宣傳力度，希望能夠盡早普及它，利用它，提高我們的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益?！”疚闹饕芯抗ぷ魃漕l識(shí)別技術(shù)是一個(gè)涉及范圍相當(dāng)廣的課題，它包含了數(shù)字編碼理論、密碼學(xué)、校驗(yàn)與糾錯(cuò)理論、單片機(jī)接口技術(shù)、MCU 編程等領(lǐng)域。該課題的研究方案主要是基于對(duì)射頻識(shí)別相關(guān)理論和技術(shù)的深入研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套射頻卡收費(fèi)管理系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)，采用硬件和軟件的協(xié)同設(shè)計(jì)，完成其初步的驗(yàn)證工作及其系統(tǒng)優(yōu)化和調(diào)試等。既不局限于單個(gè)用戶的汽車(chē)消毒，又不超出當(dāng)前國(guó)內(nèi)城市居民的經(jīng)濟(jì)水平。本設(shè)計(jì)包括射頻卡收費(fèi)控制器的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)，本文所研究的主要工作如下：(1)文中提供了 M101 射頻模塊作為實(shí)現(xiàn)射頻卡收費(fèi)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)。(2)文中提供了射頻卡收費(fèi)控制模塊的硬件框圖設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了 STC89C52 單片系統(tǒng)電路、繼電器動(dòng)作電路、報(bào)警燈動(dòng)作電路、MAX232 串口工作電路、USB 工作電路、數(shù)碼管顯示電路、射頻卡模塊電路、電源電路等硬件電路原理圖。(3)文中提供了射頻卡汽車(chē)消毒機(jī)收費(fèi)主程序，并詳細(xì)論述了該軟件流程策劃方案。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4第 2 章　射頻卡的識(shí)別系統(tǒng)　射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類(lèi)RFID 系統(tǒng)的分類(lèi)方法主要有以下幾種：按工作方式分類(lèi)可分為主動(dòng)式系統(tǒng)和被動(dòng)式系統(tǒng)。主動(dòng)式系統(tǒng)中射頻系統(tǒng)使用自身的能量主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫(xiě)器，被動(dòng)式系統(tǒng)中射頻卡是在收到讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻信號(hào)后才被喚醒。這樣可以避免互相之間的干擾。按射頻卡有無(wú)電池可分為無(wú)源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)。無(wú)源系統(tǒng)一般識(shí)別距離短，使用壽命較長(zhǎng)。有源系統(tǒng)一般識(shí)別距離長(zhǎng)，使用壽命取決于電池容量里。按讀寫(xiě)方式將射頻卡分為三種：可讀寫(xiě)(RW)、一次寫(xiě)入多次讀出 (WORM)和只讀(R0) 。RW 卡成本 LLWORM 卡和 R0 卡高，WORM 卡是用戶可以一次寫(xiě)入數(shù)據(jù)，寫(xiě)入后數(shù)據(jù)不能改變。RO 卡存入數(shù)據(jù)后不能更改。按工作距離分為遠(yuǎn)程、近程和超近程系統(tǒng)。識(shí)別距離在 100cm 以上的系統(tǒng)稱(chēng)遠(yuǎn)程系統(tǒng)：識(shí)別距離 10cm 至 100cm 的系統(tǒng)稱(chēng)近程系統(tǒng)：識(shí)別距離 至 10cm 的系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)超近程系統(tǒng)。 射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)為無(wú)源系統(tǒng)，即射頻卡內(nèi)不含電池，射頻卡的能量是由讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻脈沖提供。非接觸式射頻卡系統(tǒng)是基于射頻法的系統(tǒng)。射頻法是運(yùn)用 LC 振蕩回路工作的 RFID 系統(tǒng)工作過(guò)程如下：(1)讀寫(xiě)器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場(chǎng)，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線尺寸。(2)射頻卡進(jìn)入這個(gè)區(qū)域時(shí)，接收到讀寫(xiě)器的射頻脈沖，經(jīng)過(guò)橋式整流后給電容充電。電容電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后作為工作電壓。(3)數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接受指令完成存儲(chǔ)、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。(4)如需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)調(diào)制后從收發(fā)模塊發(fā)送出去。(5)讀寫(xiě)器接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來(lái)決定數(shù)據(jù)的有效性，然后進(jìn)行處理，必要時(shí)可通過(guò) RS232，RS485 或無(wú)線接口將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)。讀寫(xiě)器發(fā)送的射頻信號(hào)除提供能量外，通常還提供時(shí)鐘信號(hào)，使數(shù)據(jù)保持同步。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5 射頻 M1 卡（MIFARE 卡）MIFARE 技術(shù)是 Philips 公司推出的一種射頻／雙界面卡技術(shù)，目前已被ISO/IEC 制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：ISO/IEC 14443A 標(biāo)準(zhǔn)。 MIFARE 射頻卡目前占據(jù)世界射頻卡市場(chǎng) 80％的份額。MIFARE 射頻卡的核心是 Philips 公司的 MIFARE 1 IC S50 系列微晶片，它確定了卡片的特性以及卡片讀寫(xiě)器的諸多性能。MIFARE 射頻卡采用先進(jìn)的芯片制造工藝制作，內(nèi)建有高速的 CMOS EEPROM、MCU 等?？ㄆ铣?IC 微晶片及一副高效率天線外，無(wú)任何其他元件。射頻卡工作頻率為 ，標(biāo)準(zhǔn)操作距離為100mm，與卡片讀寫(xiě)器的通信速率高達(dá) 106Kbit/s。MIFARE 射頻卡具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信加密技術(shù)，需要雙向驗(yàn)證密碼系統(tǒng)，且具有防重疊功能，即能在同一時(shí)間處理讀寫(xiě)器天線的有效工作距離內(nèi)的多張卡片。MIFARE 射頻卡與讀寫(xiě)器通信使用握手式半雙工通信協(xié)議，卡片上有高速的CRC 協(xié)處理器，符合 CCITT 標(biāo)準(zhǔn)。MIFARE 1 S50 射頻卡卡片上內(nèi)建 8K(bit)存儲(chǔ)容量 EEPROM 并被劃分為 16 個(gè)扇 區(qū)，每個(gè)扇區(qū)劃分為 4 個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊。卡片上還內(nèi)建有增值/減值的專(zhuān)項(xiàng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，非常適合公交/地鐵等行業(yè)的檢票/收費(fèi)系統(tǒng)?？ㄆ系臄?shù)據(jù)讀寫(xiě)可超過(guò)10 萬(wàn)次以上，數(shù)據(jù)保存期可達(dá) 10 年以上，且卡片抗靜電保護(hù)能力達(dá) 2022V 以上。　M1 卡的電氣特性●　 容量為 8K 位 EEPROM●　 分為 16 個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為 4 塊，每塊 16 個(gè)字節(jié)，以塊為存取單位●　 每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問(wèn)控制●　 每張卡有唯一序列號(hào)，為 32 位●　 具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作●　 無(wú)電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路●　 數(shù)據(jù)保存期為 10 年，可改寫(xiě) 10 萬(wàn)次，讀無(wú)限次●　 工作溫度：20℃50 ℃ (濕度為 90％)●　 工作頻率：●　 通信速率：106 KBPS●　 讀寫(xiě)距離：10 cm 以?xún)?nèi) (與讀寫(xiě)器有關(guān))●　 制作標(biāo)準(zhǔn)：ISO 14443，ISO 10536●　 芯片：Philips MIFARE 1 S50石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)6　射頻 M1 卡的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)M1 卡片的存儲(chǔ)容量為 8192 bit X 1 位字長(zhǎng)(即 1KX8 位字長(zhǎng))，采用 EEPROM 作為存儲(chǔ)介質(zhì)，整個(gè)結(jié)構(gòu)劃分為 16 個(gè)扇區(qū)，編為扇區(qū) 0—15。每個(gè)扇區(qū)有 4 個(gè)塊(Block)，分別為塊 0，塊 1，塊 2 和塊 3。每個(gè)塊有 16 個(gè)字節(jié)。一個(gè)扇區(qū)共有 16 Byte X4=64 Byte。每個(gè)扇區(qū)的塊 3(即第四塊)包含了該扇區(qū)的密碼 A(6 個(gè)字節(jié))、存取控制(4 個(gè)字節(jié) )、密碼 B(6 個(gè)字節(jié))，是一個(gè)特殊的塊，具體結(jié)構(gòu)如表 21 所示。其余三個(gè)塊是一般的數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊有兩種應(yīng)用方法，一種是用作一般的數(shù)據(jù)保存用，直接讀寫(xiě)。另一種用法是用作數(shù)值塊，可以進(jìn)行初始化值、加值、減值、讀值的運(yùn)算。系統(tǒng)配用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的功能。但扇區(qū) 0 的塊 0 是特殊的，是廠商代碼，已固化，不可改寫(xiě)。表 21　塊 3 的控制結(jié)構(gòu)A0 A1 A2 A3 A4 A5 FF 07 80 69 B0 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。密碼A不可以被讀出，但在知道密碼A的條件下可以為其寫(xiě)入新值；在