【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器（或 閱讀器 ）和很多 應(yīng)答器 （或標(biāo)簽）組成。 本文提出了一種基于 MFRC500 的 MIFARE 卡讀寫器設(shè)計方案， MIFARE 卡讀寫器使用射頻識別技術(shù)，在 5~10cm 范圍內(nèi)非接觸讀寫數(shù)據(jù)，讀寫時間不大于 秒，上位機通過讀寫器完成對卡中數(shù)據(jù)的設(shè)置，三次認(rèn)證機制增強系統(tǒng)的可靠性，完善的防沖突機制實現(xiàn)一機多卡功能。采用 STC89C52 對 MFRC500 的控制，實現(xiàn)對 MIFARE 卡的讀寫操作。本系統(tǒng)具有體積小巧，功耗低，通信可靠穩(wěn)定等特點。 RFID國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 RFID 技術(shù)的發(fā)展可按 10 年期劃分如下： 1941～ 1950 年，雷達的改進和應(yīng)用催生了 RFID 技術(shù)， 1948 年奠定了 RFID 技術(shù)的 理論基礎(chǔ)。 1951～ 1960 年，早期 RFID 技術(shù)的探索階段，主要處于實驗室實驗研究。 1961～ 1970 年， RFID 技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。 1971～ 1980 年， RFID 技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種 RFID 技術(shù)測試得到加速，出現(xiàn)了一些最早的射頻識別應(yīng)用。 1981～ 1990 年， RFID 技術(shù)及產(chǎn)品進入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。 1991～ 20xx 年， RFID 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題同趨得到重視， RFID 產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用，逐漸成為人們生活中的一部分。 20xx 年至今， RFID 產(chǎn)品 種類更加豐富，有源電子標(biāo)簽、無源電子標(biāo)簽及半導(dǎo)體無源電 子標(biāo)簽均得到發(fā)展，電子標(biāo)簽成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴大。 RFID 技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、電子標(biāo)簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識別、適應(yīng)高速移動物體的 RFID 正在成為現(xiàn)實。 從全球的范圍看，美國已經(jīng)在 RFID 標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 1. 緒論 2 走在了世界的前列 ； 在射頻識別技術(shù)的應(yīng)用方面，歐洲與美國基本處于同一階段 ； 日本雖然己經(jīng)提出 UID 標(biāo)準(zhǔn)，但主要得到的是本國廠商的支持，如要成為國際標(biāo)準(zhǔn)還有很長的路要走 ； 在韓國 RFID 技術(shù)的重要性得到了加強，政府給予了高度重視。 隨著 RFID 技術(shù)的重要性日益體現(xiàn)，我國政府也希望在這項技術(shù)上有所創(chuàng)新。 1993 年，我國提出 “ 金卡工程 ” ，是一個以電子貨幣應(yīng)用為重點的各類卡應(yīng)用系統(tǒng)工程。 20xx 年 2月，我國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會宣布成立 “ 電子標(biāo)簽 (RFID)” 國家標(biāo)準(zhǔn)工作組，負(fù)責(zé)起草、指定我國有關(guān) “ 電子標(biāo)簽 ” 的國家標(biāo)準(zhǔn)。 20xx 年 6 月《中國射頻識別 (RFID)技術(shù)政策白皮書》在北京發(fā)布，該白皮書為 RFID 技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來幾年的發(fā)展提供了系統(tǒng)性的指南。 20xx年 10 月 863 計劃投入經(jīng)費一億兩千八百萬人 民幣用于射頻識別技術(shù)與應(yīng)用。 RFID技術(shù) 概念 RFID技術(shù)概念 RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。 RFID 技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。 RFID 是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器 (或閱讀器 )和很多應(yīng)答器 (或標(biāo)簽 )組成。 RFID的分類 RFID 按應(yīng)用頻率的不同分為低頻 (LF)、高頻 (HF)、超高頻 (UHF)、微波 (MW)，相對應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻 135KHz 以下、高頻 、超高頻 860M~960MHz、微波 。 RFID 按照能源的供給方式分為無源 RFID，有源 RFID，以及半有源 RFID。無源 RFID讀寫距離近，價格低；有源 RFID 可以提供更遠(yuǎn)的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠(yuǎn)距離讀寫的應(yīng)用場合。 RFID技術(shù)的基本工作原理 RFID 技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進入 磁場 后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（ Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（ Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。 一套完整的 RFID 系統(tǒng)， 是由閱讀器 (Reader)與電子標(biāo)簽 (TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及 應(yīng)用軟件 系統(tǒng)三個部份所組成 ， 其工作原理是 Reader 發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給 Transponder， 用以驅(qū)動 Transponder 電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時 Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給 應(yīng)用程序 做相應(yīng)的處理 。 以 RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成：感應(yīng) 耦合 (Inductive Coupling) 及后向散射耦合 (Backscatter Coupling)兩種。 一般低頻的 RFID 大都采用第一種式 ， 而較高頻大多采蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 1. 緒論 3 用第二種方式。 閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀 /寫裝置，是 RFID 系統(tǒng)信息 控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換， 同時閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時序。在實際應(yīng)用中，可進一步通過 Ether 或 WLAN 等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是 RFID 系統(tǒng)的信息載體，目前應(yīng)答器大多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元。 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu) RFID系統(tǒng)組成 RFID 系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過程中，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境， RFID 系統(tǒng)的組成會有所不同，但從 RFID 系統(tǒng)的工作原理來看，系統(tǒng)一般都由信號發(fā)射機、信號接收機、發(fā)射接收天線幾部分組成。 （ 1）信 號發(fā)射機在 RFID 系統(tǒng)中，信號發(fā)射機為了不同的應(yīng)用目的，會以不同的形式存在，典型的形式是標(biāo)簽（ TAG） 。標(biāo)簽相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號，用來存儲需要識別傳輸?shù)男畔ⅲ硗?，與條碼不同的是，標(biāo)簽必須能夠自動或在外力的作用下，把存儲的信息主動發(fā)射出去。標(biāo)簽一般是帶有線圈、天線、存儲器與控制系統(tǒng)的低電集成電路。 （ 2）信號接收機在 RFID 系統(tǒng)中，信號接收機一般叫做閱讀器。根據(jù)支持的標(biāo)簽類型不同與完成的功能不同，閱讀器的復(fù)雜程度是顯著不同的。閱讀器基本的功能就是提供與標(biāo)簽進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩?。另外，閱讀器還提供相 當(dāng)復(fù)雜的信號狀態(tài)控制、奇偶錯誤校驗與更正功能等。標(biāo)簽中除了存儲需要傳輸?shù)男畔⑼?，還必須含有一定的附加信息，如錯誤校驗信息等。識別數(shù)據(jù)信息和附加信息按照一定的結(jié)構(gòu)編制在一起，并按照特定的順序向外發(fā)送。閱讀器通過接收到的附加信息來控制數(shù)據(jù)流的發(fā)送。一旦到達閱讀器的信息被正確的接收和譯解后，閱讀器通過特定的算法決定是否需要發(fā)射機對發(fā)送的信號重發(fā)一次，或者知道發(fā)射器停止發(fā)信號，這就是 “ 命令響應(yīng)協(xié)議 ” 。使用這種協(xié)議，即便在很短的時間、很小的空間閱讀多個標(biāo)簽，也可以有效地防止 “ 欺騙問題 ” 的產(chǎn)生。 （ 3）天線是標(biāo)簽 與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。在實際應(yīng)用中，除了系統(tǒng)功率，天線的形狀和相對位置也會影響數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收，需要專業(yè)人員對系統(tǒng)的天線進行設(shè)計、安裝。 RFID的 工作流程 閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合 法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 1. 緒論 4 構(gòu)動作。 在耦合方式 (電感 電磁 )、通信流程 (FDX、 HDX、 SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法 (負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波 )以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動射頻卡并提供能量；對發(fā)射信號進行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來自射 頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統(tǒng)的高頻接口設(shè)計具有一些差異 。 論文的結(jié)構(gòu)安排 基于此背景，本論文針 對 MIFARE 射頻卡的特點，采用 Philips 公司支持 lSO／IEC14443A 近耦合 協(xié)議的最新通用射頻集成電路 MFRC500 設(shè)計了一款射頻卡讀寫器。共分為 五 章內(nèi)容， 整體框架 結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章是緒論 ，闡述了本課題研究的 的背景和意義并介紹了 RFID 技術(shù)的基本工作原理 和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 第二章 是 RFID 的相關(guān)理論， 闡述了射頻卡 的 基本概念及理論 ， 重 點 介紹了 MIFARE射頻卡的特點、工作原理、存儲結(jié)構(gòu)及存儲控制 。 第三章是 MFRC500 芯片，闡述 了所采用的射頻接口芯片 MFRC500 的特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要引腳描述。 第 四 章 是 讀寫器硬件系統(tǒng) 設(shè)計與制作， 提出了射頻卡讀寫器的核心部分的即硬件電路系統(tǒng) ，包括 MCU 主控制模塊、 射頻模塊、讀寫器天線 、存儲模塊時鐘模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、 通訊模塊及聲光報警模塊 ，并在其間簡單描述了鍵盤的 通信協(xié)議。 第 五 章 是 讀寫器軟件 系統(tǒng)設(shè)計， 給出了硬件 相關(guān) 模塊的軟件設(shè)計及操作方法，并著重闡述了讀寫器對射頻卡的軟件操作流程。 最后對該論文做總結(jié)，給出結(jié)論、致謝、附錄及參考文獻。 蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 2. RFID 系統(tǒng)的相關(guān)理論 5 2． RFID系統(tǒng) 的相關(guān)理論 MIFARE射頻卡概述及現(xiàn)狀 MIFARE 卡是目前世界上使用量最大、技術(shù)最成熟、性能最穩(wěn)定、內(nèi)存容量最大的一種感應(yīng)式智能 IC 卡。 而傳統(tǒng)的 射頻卡 則 誕生于 20 世紀(jì) 90 年代，也叫非接觸式 IC卡是 隨 射頻識別技術(shù)與 IC 卡技術(shù)的結(jié)合而出現(xiàn)的，自出現(xiàn)以來就成為這兩種技術(shù)的重要發(fā)展方向。當(dāng)卡片靠近讀寫器表面時即可完成對卡中數(shù)據(jù)的讀寫操作，成功地解決了無源和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一項重大突破。 MIFARE 卡主要芯片有 Philips MIFARE1 S50、 S70 等。國內(nèi)目前出現(xiàn)了 MIFARE 卡 的兼容產(chǎn)品 ， 但性能稍遜一籌。 接觸式與非接觸式 IC卡之比較 項目 接觸式 IC 卡 非接觸式 IC 卡 Memory 容量 大 多種選擇 安全性 高 高 Chip 來源 廣 廣 本土化能力 已可 已量產(chǎn) 成本 貴 非常貴 一卡多用 無 用途非常廣泛 Access 速度 較慢 快速 秒 使用壽命 長 10 年 表 21： 接觸式與非接觸式 IC 卡之比 非接觸卡的優(yōu)點 與接觸式相比較 ,非接觸式卡具有以下優(yōu)點 ： （ 1）可靠性高 非接觸式與讀寫器之間無機械接觸 ,避免了由于接觸讀寫而產(chǎn) 生的各種故障 ， 例如 ： 由于粗暴插卡 ， 非卡外物插入 ， 灰塵或油污導(dǎo)致接觸不良造成的故障。 此外 ， 非接觸式卡表面無裸露芯片 ， 無須擔(dān)心芯片脫落 ， 靜電擊穿 ， 彎曲損壞等問題 ， 既便于卡片印刷 ，又提高了卡片的使用可靠性 。 （ 2） 操作方便 由于非接觸通訊 ， 讀寫器在 10CM 范圍內(nèi)就可以對卡片操作 ， 所以不必插撥卡，非常方便用戶使用 。 非接觸式卡使用時沒有方向性 ， 卡片可以在任意方向掠過讀寫器表面 ， 既可完成操作 ， 這大大提高了每次使用的速度 。 （ 3） 防沖突 非接觸式卡中有快速防沖突機制 ， 能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾 ， 因此，讀寫器可以蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 2. RFID 的相關(guān)理論 6 “ 同時 ” 處理多張非接觸式 。 這提高了應(yīng)用的并行性 ， 無形中提高系統(tǒng)工作速度 。 （ 4） 可以適合于多種應(yīng)用 非接觸式卡的序列號是唯一的 ， 制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號固化 ， 不可再更改 。 非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗證機制 ， 即讀寫器驗證的合法性 ， 同時也驗證讀寫器的合法性 。 非接觸式卡在處理前要與讀寫器之間進行三次相互認(rèn)證 ， 而