【文章內(nèi)容簡介】 圖7 射頻識別系統(tǒng)原理圖 2. 射頻識別系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)射頻識別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)見圖8，主要是由兩部份組成：讀寫器和射頻卡。讀寫器同射頻卡之間通過無線方式通訊，因此它們都有無線收發(fā)模塊及天線（或感應(yīng)線圈）。射頻卡中有存儲器，內(nèi)存容量為幾個比特到幾十千比特。可以存儲永久性數(shù)據(jù)和非永久性數(shù)據(jù)。永久性數(shù)據(jù)可以是射頻卡序列號，它是用來作為射頻卡的唯一身份標識，不能更改；非永久性數(shù)據(jù)寫在E2PROM等可重寫的存儲器內(nèi)，用以存儲用戶數(shù)據(jù)。射頻卡可以根據(jù)讀寫器發(fā)出的指令對這些數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的實時讀寫操作?？刂颇K完成接收、譯碼及執(zhí)行讀寫器的命令，控制讀寫數(shù)據(jù)，負責數(shù)據(jù)安全等功能。射頻卡分無源卡和有源卡兩種，有源卡內(nèi)置天線和電池，而無源卡只有內(nèi)置天線沒有電池，其能量由讀寫器提供，由于無源卡無需電池因此其尺寸較小且使用壽命長，應(yīng)用越來越廣泛。讀寫器內(nèi)的控制模塊往往具有很強的處理功能，除了完成控制射頻卡工作的任務(wù)，還要實現(xiàn)相互認證、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)糾錯、出錯報警及與計算機通信等功能。計算機的功能是向讀寫器發(fā)送指令，并與讀寫器之間進行數(shù)據(jù)交換。圖8 RFID系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖8為RFID系統(tǒng)的工作過程，這是一個無源系統(tǒng)，即射頻卡內(nèi)不含電池，射頻卡工作的能量是由射頻讀寫模塊發(fā)出的射頻脈沖提供。(1)射頻讀寫模塊在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線尺寸。(2)射頻卡進入這個區(qū)域時，接收到射頻讀寫模塊的射頻脈沖，經(jīng)過橋式整流后給電容充電。電容電壓經(jīng)過穩(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)并送到邏輯控制部分。邏輯控制部分接收指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其它操作。(4)如果需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)調(diào)制然后從收發(fā)模塊發(fā)送出去。(5)讀寫模塊接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后進行處理，必要時可以通過RS232或RS422或RS485或RJ45或無線接口將數(shù)據(jù)傳送到計算機。讀寫器發(fā)送的射頻信號除提供能量外，通常還提供時鐘信號，使數(shù)據(jù)同步，從而簡化了系統(tǒng)的設(shè)計。有源系統(tǒng)的工作原理與此大致相同，不同處只是卡的工作電源由電池提供的。 軟件結(jié)構(gòu)的實現(xiàn) 系統(tǒng)的整體軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的重要部分，在硬件電路的基礎(chǔ)上，加上軟件編程才可以實現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)期的功能。在本系統(tǒng)中，軟件的設(shè)計主要包括：數(shù)據(jù)采集模塊、存儲模塊、顯示模塊、門控模塊、報警模塊、鍵盤模塊和上位機軟件的設(shè)計幾個方面。本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。1. 數(shù)據(jù)采集模塊：讀卡器ISO/IEC15693通過天線讀取RFID卡的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送出去。2. 存儲模塊：AT89C51接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳送給AT24C04進行存儲。3. 顯示模塊：AT89C51接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與AT24C04里存儲的數(shù)據(jù)進行對比，若兩者完全相同，則液晶顯示正確的信息；若不相同，則液晶顯示錯誤的信息。4. 門控模塊：AT89C51接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與AT24C04里存儲的數(shù)據(jù)進行對比，若兩者完全相同，則進行開門操作；若不相同，則不開門。5. 報警模塊：AT89C51接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與AT24C04里存儲的數(shù)據(jù)進行對比，若不相同則報警。6. 鍵盤模塊：通過鍵盤輸入密碼，并根據(jù)輸入密碼的有效性做相應(yīng)的操作。 基于RFID的門禁系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊存儲模塊顯示模塊門控模塊報警模塊鍵盤模塊顯示模塊結(jié)束報警模塊 圖9 軟件結(jié)構(gòu)框圖 串口發(fā)送/接收部分的調(diào)試：將電路板與計算機連接以后，用一段簡單的程序進行調(diào)試。發(fā)現(xiàn)在調(diào)試的過程中，串口不能正常通信，經(jīng)過查證后發(fā)現(xiàn)是電容正負極接反了，修正以后，便能正常通信了。注：電容的選擇要注意。存儲部分的調(diào)試：將AT24C04與單片機連接好后，編寫一段簡單的存儲程序，將字符存入到24C04里，并取出查看存儲數(shù)據(jù)的正確性。通過調(diào)試后，并未發(fā)現(xiàn)問題。存儲電路調(diào)試成功。讀卡器部分的調(diào)試：將讀卡器接口與單片機相連后，用串口調(diào)試助手檢測讀卡器。在用串口助手向讀卡器發(fā)送讀卡命令時，當有卡（MIFIRE S50、S70卡）進入讀卡器讀卡范圍內(nèi)時，會向串口助手返回卡序列號，以此證明讀卡器可用。 系統(tǒng)功能的具體實現(xiàn) 系統(tǒng)軟件調(diào)試在進行軟件調(diào)試之前要先進行人工檢查代碼，要仔細認真的檢查，在程序中要多添加注釋，以便檢查方便。在人工檢查無誤后，才可以進行動態(tài)檢查，也就是上機調(diào)試。通過編譯可以得到語法錯誤的信息，根據(jù)提示信息找出程序中出錯之處并改正。有時提示的出錯信息并不是真正出錯的行，這就要求我們善于分析，找出真正的錯誤，而不要單純從字面意義上找出錯信息，要懂得變通的理解并解決問題。軟件調(diào)試時，也要模塊式進行。調(diào)試時可用單步運行和斷點運行方式，通過檢查系統(tǒng)的CPU現(xiàn)場情況、RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求。同時，還可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的硬件設(shè)計錯誤和軟件算法錯誤。待各個模塊調(diào)好后再進行系統(tǒng)程序聯(lián)調(diào)。這個階段若出現(xiàn)故障，可以檢查算法上是否有沖突、參數(shù)傳遞是否正確等。在使用WAVE軟件時，調(diào)試的方法和技巧最為重要，不同的情況采用不同的調(diào)試方法，有助于程序的實現(xiàn)。在設(shè)計過程中顯示運行結(jié)果一般用全速調(diào)試，調(diào)試時主要使用了跟蹤調(diào)試、斷點調(diào)試。1．跟蹤調(diào)試：跟蹤應(yīng)用程序用戶能夠在運行應(yīng)用程序時，看到PC指針在應(yīng)用源代碼程序中的確切位置。跟蹤型：單步執(zhí)行一條語句程序，有利于觀察變量。但是，如果調(diào)用一個函數(shù)，則進入函數(shù)中，在函數(shù)中單步執(zhí)行每一條語句。跟蹤使用熱鍵F7。單步型：單步執(zhí)行每條語句程序，如果調(diào)用一個函數(shù)，則不進入函數(shù)中。單步使用熱鍵F8。2．斷點調(diào)試如果已知程序中某塊代碼實際運行正常的情況下，仍用跟蹤調(diào)試，將大大浪費時間，而且很枯燥，因此調(diào)試中第二個重要工具是在源代碼中某一處設(shè)置斷點，大多數(shù)調(diào)試程序通過使用斷點中止程序執(zhí)行。在程序調(diào)試中用到使用斷點調(diào)試，即在指定行上設(shè)置斷點后，全速執(zhí)行程序，看是否能進行到設(shè)置斷點所在行。如果用斷點調(diào)試，由比較容易觀察出程序變量的改變及程序運行的結(jié)果。設(shè)置斷點熱鍵Ctrl＋F8。3．查看變量WAVE軟件可以通Watch窗口進行查看變量。通過添加觀察項菜單可以將用戶希望觀察的變量添加到觀察窗口及數(shù)據(jù)窗口觀察。在設(shè)計過程中常用觀察窗口觀察程序中的變量，修改程序中的錯誤。 系統(tǒng)整體調(diào)試 將各個部分的硬件模塊合并成一個整體，把軟件各個部分程序合并到一個主程序中。通過偉福訪真器和偉福調(diào)試軟件WAVE6000開始整體調(diào)試，硬件部分用萬用表來測試硬件每部分的接通性。軟件部分的測試主要方法是通過設(shè)置斷點、單步執(zhí)行等方法來測試程序的正確性。在確定軟硬件無問題后，將程序通過燒寫器把程序燒到單片機中。將程序燒寫到控制芯片AT89C52，打開電源，電源指示燈亮，整個系統(tǒng)啟動。運行上位機，向下位機發(fā)送讀卡命令，下位機接收到讀卡命令后，當有RFID卡進入到讀卡器的讀卡范圍內(nèi)時，若RFID卡為有效卡便會在執(zhí)行開門操作的同時在液晶上顯示正確信息；若不是有效卡則在報警的同時在液晶上顯示錯誤信息。當通過鍵盤輸入密碼后，系統(tǒng)會判斷密碼的有效性，若是有效密碼則開門并在液晶上顯示正確信息；若無效則報警并顯示錯誤信息。整個系統(tǒng)完成。本系統(tǒng)能在打開電源并運行上位機后，能自動向下位機發(fā)送讀卡命令，當有RFID卡進入到讀卡器的讀卡范圍內(nèi)時，則會自動讀取卡序列號，并將卡序列號傳送給上位機，上位機判斷卡的有效性。若該卡是有效卡，系統(tǒng)會執(zhí)行開門并在液晶上顯示正確的信息；若該卡是非法卡，則會報警并顯示錯誤的信息。本系統(tǒng)能夠有效、方便、安全地控制重要場所的出入訪問，具有可靠性高、保密性強、方便快捷等特點。整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程：發(fā)送到SDA線上的每個字節(jié)必須為8位。每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制，每個字節(jié)的后面必須跟一個響應(yīng)位。首先傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)的最高位（MSB）。如果從機要完成一些其他功能后（例如一個內(nèi)部中斷服務(wù)程序）才能接收或發(fā)送下一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)?？梢允褂脮r鐘線SCL保持低電平迫使主機進入等待狀態(tài)。當從機準備好接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)釋放時鐘線SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。在一些情況下，可以用與I2C總線格式不一樣的格式（例如兼容CBUS的器件）。甚至在傳輸一個字節(jié)時，用這樣的地址起始的報文可以通過產(chǎn)生停止條件來終止，此時不會產(chǎn)生響應(yīng)。數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應(yīng)，相應(yīng)的響應(yīng)時鐘脈沖由主機產(chǎn)生。在響應(yīng)時鐘脈沖期間，發(fā)送器釋放SDA線（高）。在響應(yīng)的時鐘脈沖期間，接收器必須將SDA線拉低，使它在這個時鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平。當然，必須考慮建立和保持時間。當從機不能響應(yīng)從機地址時（例如它這在執(zhí)行一些實時函數(shù)不能接收或發(fā)送），從機必須使數(shù)據(jù)保持高電平。主機然后產(chǎn)生一個停止條件終止傳輸或者產(chǎn)生重復(fù)起始條件開始新的傳輸。如果從機—接收器響應(yīng)了從機地址但是在傳輸了一段時間后不能接收更多數(shù)據(jù)字節(jié)，主機必須再一次終止傳輸。這個情況用從機在第一個字節(jié)后沒有產(chǎn)生響應(yīng)來表示。從機使數(shù)據(jù)線保持高電平，主機產(chǎn)生一個停止或重復(fù)起始條件。如果傳輸中有主機接收器，它必須通過在從機產(chǎn)生時鐘的最后一個字節(jié)不產(chǎn)生一個響應(yīng)，向從機—發(fā)送器通知數(shù)據(jù)結(jié)束。從機—發(fā)送器必須釋放數(shù)據(jù)線，允許主機產(chǎn)生一個停止或重復(fù)起始條件。所有的主機在SCL線上產(chǎn)生它們自己的時鐘來傳輸I2C總線上的報文。數(shù)據(jù)只有在時鐘的高電平周期有效。因此，需要一個確定的時鐘進行逐位仲裁。同步時鐘通過線與連接I2C接口到SCL線來執(zhí)行。這就是說：SCL線的高到低切換會使器件開始數(shù)它們的低電平周期，而且一旦器件的時鐘變低電平，它會使SCL線保持這種狀態(tài)直到到達時鐘的高電平。但是，如果另一個時鐘仍處于低電平周期。這個時鐘的低到高切換不會改變SCL線的狀態(tài)。因此，SCL線被有最長低電平周期的器件保持低電平。因此，低電平周期短的器件會進入高電平的等待狀態(tài)。當所有有關(guān)的器件數(shù)完了它們的低電平周期后，時鐘線被釋放并變成高電平。之后，器件時鐘和SCL線的狀態(tài)沒有差別。而且所有器件會開始數(shù)它們的高電平周期。首先完成高電平周期的器件會再次將SCL線拉低。這樣，產(chǎn)生的同步SCL時鐘的低電平周期由低電平周期長的器件決定，而高電平周期由高電平周期最短的器件決定。最后整個系統(tǒng)的搭建就基本完成，此時本系統(tǒng)具體實現(xiàn)的功能如下：1. 數(shù)據(jù)采集：讀卡器ISO/IEC15693通過天線讀取RF