【正文】 工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 射頻識(shí)別系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾? 使用非接觸技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，很容易遇上干擾，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生意外的改變從而導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤。真實(shí)的信息隨著基帶編碼的數(shù)據(jù)流對(duì)副載波的調(diào)制被傳輸?shù)絻蓷l副載波譜線的邊帶中。對(duì)13. 56MHz 的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)使用的副載波頻率為 847kHz （ ） 、 424kHz （ 13. 56MHz/32） 或 212kHz（ ） ，已 調(diào)的副載波信號(hào)則用于切換負(fù)載電阻?？梢赃x擇振幅鍵控 （ ASK ） 、頻移鍵控 （ FSK） 或相移鍵控 （ PSK） 調(diào)制作為副載波調(diào)制方法。電感耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)制有著與閱讀天線上高頻電壓振幅鍵控 （ ASK） 調(diào)制相似的效果。射頻識(shí)別系統(tǒng)中常常采用 的調(diào)制方法 也就是這三種。而且調(diào)制對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂泻艽蟮挠绊懀{(diào)制的方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。未經(jīng)過(guò)調(diào)制的電磁波被稱作載波，調(diào)制的載波可以分為兩大類 ： 用正弦信號(hào)作為載波和用脈沖或一組數(shù)字信號(hào)作為載波。射頻識(shí)別系統(tǒng)一般采用曼徹斯特 （ Manchester） 編碼和 NRZ 編碼。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 在為射頻識(shí)別系統(tǒng)挑選合適的信號(hào)編碼系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮每種編碼的邊界條件，最重要的是調(diào)制后的信號(hào)頻譜，以及對(duì)傳輸故障的敏感度。解碼的任務(wù)也就是從基帶編碼的接收信號(hào)中恢復(fù)的原來(lái)的信息，并識(shí)別和標(biāo)識(shí)出傳輸錯(cuò)誤。傳輸介質(zhì) （ 信道 ） 把信息傳輸過(guò)一段預(yù)定的距離，射頻識(shí)別系統(tǒng)中采用的傳輸介質(zhì)是磁場(chǎng) （ 電感禍合 ） 或電磁波 （ 微波 ） 。這樣的處理對(duì)信息提供某種程度的保護(hù)，以防止信息受干擾或相碰撞，以及對(duì)某些信號(hào)特性的蓄意改變。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 射頻識(shí)別系統(tǒng)中信號(hào)的 編碼 與 調(diào)制 圖 是一個(gè)典型的數(shù)字通信系統(tǒng)模型，與數(shù)字通信系統(tǒng)相類似，射頻識(shí)別系統(tǒng)中閱讀器和應(yīng)答器之間的數(shù)據(jù)傳輸，需要三個(gè)主要的功能塊 :按從閱讀器到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸方向，它們是閱讀器 （ 發(fā)送器 ） 中的信號(hào)編碼 （ 信號(hào)處理 ） 和調(diào)制器 （ 載波信號(hào)處理電路 ） 、傳輸介質(zhì) （ 信道 ） 、以及應(yīng)答器 （ 接收器 ） 中的解調(diào)器 （ 載波回路 ） 和信號(hào)譯碼（ 信號(hào)處理 ） 。這在不同的無(wú)線電規(guī)則限制情況下，可以滿足大部分實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需要。缺點(diǎn)是讀卡器要發(fā)射更大的射頻功率，識(shí)別距離相對(duì)較近等。無(wú)源標(biāo)簽所需工作能量需要從讀卡器發(fā)出的射頻波束中獲取能量，經(jīng)過(guò)整流、穩(wěn)壓后提供電子標(biāo)簽所需的工作電壓。因此，更適于工業(yè)環(huán)境的跟蹤和追蹤應(yīng)用。這類只有接收到讀卡器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為 RTF（ Reader Talk First，即讀卡器先發(fā)言 ）方式 ； 與此相反，進(jìn)入讀卡器的能量場(chǎng)即主動(dòng)發(fā)送自身 ID號(hào)的電子標(biāo)簽被稱為 TTF（ Tag Talk First，即標(biāo)簽先發(fā)言 ） 方式。 按讀卡器和應(yīng)答器誰(shuí)先發(fā)送信息分類 RTF （ Reader Talks First，讀卡器先發(fā)言 ） 和 TTF （ Tag Talks First，標(biāo)簽先發(fā)言 ）是兩種讀卡器抗沖突協(xié)議方式。 被動(dòng)式系統(tǒng) （ 無(wú)源標(biāo)簽 ） 一般可提供 1 米左右的識(shí)別距離，主動(dòng)式系統(tǒng) （ 有源標(biāo)簽 ） 可以達(dá)到十幾米的 識(shí)別距離。在 UHF 頻段 （ 869MHz 和 902928MHz ） ，系統(tǒng)的識(shí)別距離遠(yuǎn)，可從幾米到幾十米。其中 125kHz 系統(tǒng)主要應(yīng)用在動(dòng)物識(shí)別和商品流通等領(lǐng)域。 射 頻識(shí)別系統(tǒng)分類 根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)的不同特點(diǎn)，射頻識(shí)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(chǔ)器是否可寫(xiě)，可分為只讀型和可讀寫(xiě)型 ； 根據(jù)讀卡器和應(yīng)答器誰(shuí)先發(fā)送信息，可分為 TTF 型和 RTF 型 ； 另外根據(jù)應(yīng)答器內(nèi)是否內(nèi)置電源可分為有源型和無(wú)源型?？刂茐K使用兩個(gè)密碼，為用戶提供多重控制方式。存取控制為 4 個(gè)字節(jié)，共 32 位，扇區(qū)中的每個(gè)塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 的存取條件是由密碼和存取控制共同決定的。 每個(gè)扇區(qū)的塊 3 為控制塊，包括了密碼 A、存取控制、密碼 B。 數(shù)據(jù)塊可作兩種應(yīng)用： （ 1）用作一般的數(shù)據(jù)保存，可以進(jìn)行讀、寫(xiě)操作。 Mifare1卡存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) M1 卡分為 16 個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)由 4 塊（塊 0、塊 塊 塊 3）組成，（我們也將 16 個(gè)扇區(qū)的 64 個(gè)塊按絕對(duì)地址編號(hào)為 0~63，存貯結(jié)構(gòu)如下圖 所示： 第 0 扇區(qū)的塊 0（即絕對(duì)地址 0 塊），它用于存放廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。此外，標(biāo)簽中各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問(wèn)條件。射頻識(shí)別標(biāo)簽是射頻識(shí)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(wú)源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種。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。 應(yīng)用系統(tǒng)軟件與閱讀器之間的數(shù)據(jù)交換是通過(guò) RS232 或 RS485 串口來(lái)進(jìn)行的。加密邏輯過(guò)程，如應(yīng)答器與閱讀器之間的加密、還有信號(hào)編碼，常常是交由附加的理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 ASIC 組件來(lái)完成的，以減輕處理器計(jì)算密集型過(guò)程的負(fù)擔(dān)。 對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)還有下列附加的功能 ： 執(zhí)行反碰撞算法 ； 對(duì)應(yīng)答器與閱讀器之間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密 ； 進(jìn)行應(yīng)答器和讀取器之間的身份驗(yàn)證。傳送到應(yīng)答器中去的數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送器分支，而來(lái)自于應(yīng)答器的數(shù)據(jù)通過(guò)接收器分支來(lái)接收。 發(fā)送部分和接收部分和起來(lái)稱為讀卡器的高頻接口，它負(fù)擔(dān)以下任務(wù) ： 產(chǎn)生高頻的發(fā)射功率，以啟動(dòng)應(yīng)答器并為它提供能量 ； 對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)答器 ； 接收并解調(diào)來(lái)自應(yīng)答器的高頻信號(hào) 。 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成 射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由以下三部分組成 ： 讀卡器 （ Reader） 一臺(tái)典型的讀卡器應(yīng)包含射頻信號(hào)發(fā)射單元器、高頻接收單元和控制單元。 電磁反向散射耦合 。 發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo) 簽之間的射頻信號(hào)的耦合 類型有兩種： 電感 耦合。 射頻識(shí)別系統(tǒng)原理 MIFARE 射頻卡由天線和 ASIC（ 專用集成電路 ） 組成，天線是只有兒組繞線的線圈，卡上的 ASIC 由一個(gè)高速 （ 波特率 106kbit/s 的 RF 接口，一個(gè)控制單元和一個(gè) 8K理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 位 EEPROM 組成。 一卡多用 用戶可以根據(jù)需要靈活定義各存儲(chǔ)扇區(qū)的密碼和訪問(wèn)條件，以便互不影響地分別滿足不同場(chǎng)合 、不同用途的要求。這些都將大大提高了卡和讀寫(xiě)器的可靠性與使用壽命。 可靠性高、壽命長(zhǎng) 卡與讀寫(xiě)器之間無(wú)機(jī)械接觸，故不存在接觸式 IC 卡讀寫(xiě)時(shí)出現(xiàn)的各種故障。而且射頻卡在使用時(shí)既沒(méi)有正反而之分也沒(méi)有方向性與角度限制，卡片可以隨意方向掠過(guò)讀寫(xiě)器表面，完成一次操作僅需 秒，這就大大提高了每次使用的速度。 第五章對(duì)整個(gè)課題工作作出總結(jié)。 第三章 提出讀寫(xiě)器硬件模塊的設(shè)計(jì)，著重介紹了天線匹配網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)。本文共六章，組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章是緒論， 闡述了本課題的研究背景與意義、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)、以及課題研究?jī)?nèi)容和論文結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)了一個(gè)射頻卡 讀寫(xiě)器。 20xx 年 10 月 863 計(jì)劃投入經(jīng)費(fèi)一億兩千八百萬(wàn)人民幣用于 ―射頻識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用 ‖。 20xx年 2 月，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)宣布成立 ―電子標(biāo)簽 （ RFID ） ‖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)工作組，負(fù)責(zé)起草、指定我國(guó)有關(guān) ―電子標(biāo)簽 ‖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。適用于各類計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計(jì)的 FM17XX 系列，是基于 IS014443 標(biāo)準(zhǔn)的系列非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片，可分別支持 頻率下的 typeA、 typeB、 15693 三種非接觸通信協(xié)議，支持 MIFARE 和 SH標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。它能對(duì)華虹 SHC110X 系列產(chǎn)品進(jìn)行操作，并能對(duì) M1 系列卡片進(jìn)行操作。研制出的SHC1507 非接觸讀寫(xiě)芯片，符合 IS014443Aamp。清華同方開(kāi)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(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的使用。 我國(guó)在 1993 年開(kāi)始實(shí)施金卡工程計(jì)劃，推動(dòng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，目前我國(guó)在射頻卡方面得到較好的發(fā)展： 新軍官證、學(xué)生證都采用了射頻卡技術(shù)。 國(guó)內(nèi) RFID 現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)由于研究 RFID 比較晚，因而在該領(lǐng)域落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是 RFID 芯片的設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面還比較落后。至今，已經(jīng)擁有了許多系列的智能卡集成電路、讀卡機(jī)集成電路。該年十月第一個(gè)停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)系統(tǒng)在馬來(lái)西亞被投入使用。 RFID 技術(shù)的重要性在韓國(guó)得到了加強(qiáng)，政府給予了高度重視。在射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用方面，歐洲與美國(guó)基本處于同一階段。從全球的理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 范圍看，美國(guó)已經(jīng)在 RFID 標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域走在世界的前列。在過(guò)去 10 年中，關(guān)于 RFID 技術(shù)的專利申請(qǐng)已經(jīng)有 6000 多件。因此對(duì) RFID 技術(shù)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用研究具有深遠(yuǎn)的理論意義。所以研究該技術(shù)已成為我國(guó)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于射頻卡具有以上無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛地應(yīng)用到公共交通收費(fèi) 、物流 、考勤、安防和一卡通等領(lǐng)域 。 射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(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)并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻標(biāo)簽，操作快捷方便； 安全防沖突，射頻卡的序列號(hào)是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號(hào)固化，不可更改，世界上沒(méi)有任何兩張卡的序列號(hào)相同； 射頻標(biāo)簽不怕油漬、灰塵污染等惡劣環(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)。s daily lives， and with wide application prospects. At present， making card technology for domestic RF card and the corresponding core technology of literacy equipment are still backward， which have greatly restricted RF card technology development in our ， the research about the RF card and reading equipment core technology is avery meaningful thing. In today39。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件和軟件兩大部分，硬件具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括 ： 低功耗射頻讀卡器供電電路設(shè)計(jì)、射頻讀寫(xiě)核心模塊設(shè)計(jì)、微控制單元電路設(shè)計(jì)、串行通信電路設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)、液晶屏顯示電路設(shè)計(jì)和天線及其匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) ； 軟件具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括 ： 上位機(jī)對(duì)射頻卡各種功能操作的程序設(shè)計(jì)和下位機(jī)對(duì)微控制器 MSP430 的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。因此，對(duì)射頻卡及其讀寫(xiě)設(shè)備內(nèi)核技術(shù)的研究是一件十分有意義的事情。理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 射頻識(shí)別技術(shù)是 最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)， 利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦 合實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞， 達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù) ， 現(xiàn)己涉及到人們生活的方方面面， 有著廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)九十年代的快速發(fā)展， 目前，國(guó)內(nèi)的射頻卡制卡技術(shù)及其相應(yīng)的讀寫(xiě)設(shè)備內(nèi)核技術(shù)，仍處于落后狀態(tài)，這極大地制約了我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展。 本文給出了一套射頻卡讀寫(xiě)設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵字 ： 射頻識(shí)別，讀卡器，射頻卡，天線 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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 identification technology now has involved many aspects of people39。s world， the mainstream of RF card is the MIFARE technology in Philips pany， which has been developed to international standards： ISO/IEC14443 TYPE A standards. Thus in this paper the smart RF card （ MIFARE cards in Philips pany） and the core technology of reading equipment core modules weredeeply studied. In this paper， the overall design of the RF card reading equipment has no specific