【正文】 BOUND19200 來表示。 圖 主程序結(jié)構(gòu)圖 首先是初始化模塊包括以下幾個方面： （ 1）系統(tǒng)初始化，用的是 InitializeSystem（）來表示。 主程序的設(shè)計模塊主要可以分成三個模塊來實現(xiàn)：初始化模塊，主要包括系統(tǒng)初始化，顯示屏初始化，芯片初始化，以及默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；顯示屏模塊，主要是調(diào)用顯示屏模塊中的函數(shù)來實現(xiàn)在顯示屏上顯示鉆具卡的名稱和 ID。然后通過尋卡來判讀是否有鉆具卡進入到讀寫器的工作范圍內(nèi)，如果沒有鉆具卡，則繼續(xù)處于尋卡狀態(tài)；如果掃描到鉆具卡的存在，顯示屏則顯示鉆具卡的名稱和 ID，而且上位機可以接收到鉆具卡的序列號，上位機可以對鉆具卡進行操作。因此，主程序中的設(shè)計大部分是與上位機的功能有關(guān)的，單片機中的程序主要包括了系統(tǒng)初始化， MF RC500 芯片初始化，響應(yīng)上位機發(fā)送的天線命令，響應(yīng)上位機的驗證 A 卡秘鑰的命令，響應(yīng)上位機的讀卡命令，響應(yīng) 上位機的寫卡命令，以及串行中斷，接收上位機的數(shù)據(jù)等函數(shù)。然后讀卡器 開啟天線，掃描是否有電子標(biāo)簽進入到讀卡器的工作范圍內(nèi)，并且執(zhí)行防沖撞函數(shù)，如果掃描到電子標(biāo)簽就顯示卡的類型（鉆具名稱），然后再顯示卡的序列號（鉆具卡的 ID）。其中帶有顯示屏的是讓讀寫器主動尋卡，只有當(dāng)卡進入到讀卡器的工作范圍內(nèi)時候，整個上位機才正常工作；而沒有顯示屏的是讓讀寫器被動尋卡。其中主程序中主要包括了系統(tǒng)的初 始化，相應(yīng)上位機的各種命令；顯示屏程序設(shè)計主要包括寫命令，寫數(shù)據(jù)，初始化，顯示不同卡型號的數(shù)據(jù)； ISO14443標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議程序設(shè)計主要包括尋卡，防沖撞，選卡，與上位機相對應(yīng)進行操作。 軟件設(shè)計 整個系統(tǒng)除了硬件設(shè)計之外，軟件設(shè)計也是相當(dāng)?shù)闹匾摹? （ 3） 微控制器的 P00(AD0)到 P07(AD7)與 P10 到 P17 引腳同時連接在 RC 500芯片的 D0 到 D7 上，采用地址數(shù)據(jù)復(fù)用方式的連接方式。 STC89C54RD+單片機中將可用的 Data flash(EEPROM)的地址分成了 64 個扇區(qū)，每個扇區(qū) 512 字節(jié)，一般最好只用 128 字節(jié)以下。 STC 系列單片機可以降低成本，提升性能，原有程序可以直接使用，硬件無需改動。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 微控制器設(shè)計 本次課題設(shè)計采用的是用 STC89C54RD+來作微控制器，主要完成了數(shù)據(jù)的采集，處理，存儲和控制整個硬件電路。 讀寫器的天線有很多種形狀，但常見的只有兩種形狀，就是圓環(huán)形和矩形的。 而且在整個讀寫器中，其工作 頻率是由一個 的石英晶體發(fā)出的，在工作過程中會產(chǎn)生高次諧波，所以在設(shè)計電路時在射頻模塊的發(fā)送端口 TX TX2 引腳和地 TVSS， DVSS 之間引入一個濾波器電路。一種是適用于射頻模塊和天線之間的距離比較近的系統(tǒng)，采用直接匹配的天線；另一種是距離較長的系統(tǒng)，采用 50 歐匹配的天線。 圖 天線線圈等效電路 整個等效電路是將電容 C 和天線線圈電路并聯(lián)，所以可以看成是一個振諧電路，振諧頻率就是 ,其值是由湯姆遜公式得來的： 從（ 1）式子中可以看出頻率 f 與 LC 有關(guān)。 由于現(xiàn)實所設(shè)計的大部分天線模塊的電路都可以等效成一個 RLC 諧振電路 ，所以可以將所有的天線模塊等效成一個如圖 這樣的等效電路。此外， RC 500 芯片的 TX1， TX2， DVSS,TVSS,AVSS,WMD等引腳都是與天線模塊相連接的。 天線主要包括了濾波器，接收電路，天線匹配電路，和天線線圈。至于最佳天線直徑，每一個讀寫器都有自己適合的天線最佳直徑，并不是天線直徑越大越好，也不是越小越好，而是在合適的直徑上。包括磁場強度，最佳天線直徑，近場耦合，調(diào)諧，電感的估算，天線的品質(zhì)因數(shù)等。下表是當(dāng)電子標(biāo)簽與天線之間的耦合系數(shù)為 的情況下，天線大小與距離之間的關(guān)系表。對于倉庫管理鉆具 的標(biāo)簽來說，應(yīng)該避免使用全向天線，使用的是方向性天線，方向性天線具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾等優(yōu)點。而且為了使天線能夠最大功率傳輸，天線的芯片的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。 （ 4） 除此之外，在該模塊中還設(shè)計了一個開關(guān)，用來控制整個系統(tǒng)的電源開關(guān)。 （ 2） 19 號引腳： TEN.只有當(dāng)該引腳必須接地的時候，芯片才能夠向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)然這個引腳是由微控制器控制的，當(dāng)微控制器有空閑接收的數(shù)據(jù) 的時候?qū)⒃撘_設(shè)置為低電平就可以了。 圖 CH341 芯片的主要功能 要想 CH341 芯片能夠?qū)崿F(xiàn)將 USB 接口轉(zhuǎn)換為串口的功能，有幾個引腳的連接是西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 非常重要的。 在并口的方式下， CH341 主要用于在不需要單片機 /DSP/MCU的環(huán)境下，直接輸入輸出數(shù)據(jù)。 在異步串口方式下， CH341 提供串口發(fā)送使能，串口接收就緒等控制信號，以及常用的 MODEM 聯(lián)絡(luò)信號，用于將普通的串口設(shè)備直接升級到 USB 總線。 CH341 是一個 USB 總線的轉(zhuǎn)接芯片，一般來說，該芯片有四個功能用途?，F(xiàn)如今有許多 PC 機沒有串口，將 CH341 芯片應(yīng)用到單片機中，實現(xiàn)將 USB 接口轉(zhuǎn)為串口的方法，可以解決一些 PC 機沒有串口的尷尬。 鉆具出入庫自動檢測系統(tǒng)設(shè)計 11 （ 5） 移動數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算識別該電子標(biāo)簽的身份，針對不同的設(shè)定作出相應(yīng)的處理和控制，最后發(fā)送指令信號給讀寫器完成最后的讀操作和寫操作。 （ 3） 讀寫器的接收天線接收到電子標(biāo)簽發(fā)出的調(diào)制信號，經(jīng)內(nèi)部的天線調(diào)節(jié)器將信號傳送到讀寫器的信號處理模塊。 電 子 標(biāo) 簽 讀 寫 器天 線存儲芯片耦合模塊控制模塊接口單元高頻模塊耦合模塊應(yīng) 用 系 統(tǒng)（ 電 腦 ）載 波 信 號反 射 信 號 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 整個系統(tǒng)的工作原理是： （ 1） 讀寫器通過發(fā)射天線向外發(fā)射特定頻率的無線電載波信號。 系統(tǒng)架構(gòu) 整個系統(tǒng)是以射頻識別技術(shù)為核心，電子標(biāo)簽中擁有存儲芯片和耦合模塊，讀寫器中包括了耦合模塊，高頻模塊，控制模塊和接口單元。現(xiàn)在有很多 PC 機沒有串口，采用第二種方法就能夠解決 PC 機沒有串口的尷尬。 （ 2） 讀卡芯片的選擇： 通過對市場上部分讀卡芯片的調(diào)研，飛利浦公司的 RC500 芯片是 高整合的 非接觸 IC 卡讀寫芯片 ，而且支持 ISO14443A 協(xié)議，還具有合適的并行接口，非常適合與微控制器連接。兩者相比較而言：前者算術(shù)功能強，軟件編程靈活，自由度大，容易我們掌握；后者集成 度高，成本也偏高。事實證明：該軟件是一款非常好的輔助編程軟件。在該軟件中用 C 語言來編寫程序可以做到事半功倍的效果，是本設(shè)計選擇軟件的不二之選。然而 C 語言就不一樣了， C 語言是一門國際通用的編程語言，具有較好的可讀性和可移植性。本次設(shè)計的軟件設(shè)計主要采用的是 Keil 作為編寫程序的軟件，主要生成 Hex 文件，然后通過 STC_ISP_V488 向硬件中燒寫程序，其中 STC_ISP_V488 是一款專門燒寫 STC89 系列單片機的軟件。 正是因為該芯片具有這些特點，用 MF RC500 非常容易設(shè)計 TYPE A型的讀寫器。 （ 1） 擁有唯一的序列號； （ 2） 集成有 64 字節(jié)的收發(fā) FIFO 緩存器； （ 3） 集成了編碼調(diào)制和解調(diào)解碼的收發(fā)電路； （ 4） 天 線驅(qū)動電路僅需要少量的外圍元件，可以近距離操作（ 100mm） 。該芯片還支持許多種并口信號，包括獨立的讀和寫選通信號，共用的讀和寫選通信號，帶握手的共用讀和寫選通信號。 最后該芯片還 支持并行接口。 r 只讀 保存標(biāo)志，其值僅有內(nèi)部狀態(tài)決定。 表 寄存器位的狀態(tài)和設(shè)計 縮寫 狀態(tài) 描述 r/w 讀和寫 通過微控制器讀和寫，它們的內(nèi)容不會被內(nèi)部狀態(tài)機影響。主要包括了命令和狀態(tài)，控制和狀態(tài)， 發(fā)送器和編碼器控制，接收器和編碼器控制，時序和信道冗余， FIFO 定時器和 IRQ 腳配， RFU,測試控制等八頁寄存器，每頁都有八個寄存器。每個引腳都有自己的功能，正是這些引腳的選擇不同，才會體現(xiàn)出該芯片的功能。首先其 32 個管腳主要有三種類型，分別是輸入型，輸出型，電源型。該芯片相對于其他的芯片來 說，應(yīng)用范圍更加廣泛，資料更加齊全，更適合做本次設(shè)計的讀寫芯片。該芯片內(nèi)部包括并行微控制器接口，雙向。 （ 1） 一卡通服務(wù)：擁有一人一卡一序列號，錢包初始化，充值，扣錢等功能； （ 2） 考勤管理：用戶名稱，打卡時間，打卡次數(shù)等功能； （ 3） 倉庫管理：管理員登錄，物品名稱，出入情況等； （ 4） 校園圖書館管理：用戶名，借閱時間，借閱書籍等功能； （ 5） 門禁系統(tǒng)管理：用戶名，用戶權(quán)限，用戶地址等功能； RC500 MF RC500 是飛利浦（ Philips）公司中應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成讀卡 IC 系統(tǒng)中的一員，該讀卡 IC 系列利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。 圖 常見的電子標(biāo)簽 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 應(yīng)用軟件系統(tǒng) 移動數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)就相當(dāng)于是一個應(yīng)用軟件系統(tǒng)，而本次課題設(shè)計的上位機測試軟件就是一個應(yīng)用軟件系統(tǒng)，由于時間的關(guān)系，該軟件系統(tǒng)不是自己設(shè)計的，是在網(wǎng)上尋找的一個射頻讀卡器的應(yīng)用軟件系 統(tǒng)，所以在功能上與本課題涉及到的鉆具沒有太大的關(guān)系，但是這并不關(guān)系到讀寫器與應(yīng)用軟件系統(tǒng)的通信，因為整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計都是參照該應(yīng)用軟件來設(shè)計的，所以制作的硬件設(shè)備基本上能夠與該軟件系統(tǒng)進行通信，甚至使用其功能。 電子標(biāo)簽根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的種類。 RFID 電子標(biāo)簽在制作時具有唯一的卡片序列號，而且該序列號無法復(fù)制，不可能出現(xiàn)兩張一模一樣的 RFID 電子標(biāo)簽，所以該標(biāo)簽具有很強的防偽性。 RFID 標(biāo)簽具有很多種優(yōu)點，包括存儲的信息量大，信息接收傳播性強，非常持久，種類繁多等。 圖 社會上的各種讀寫器 電子標(biāo)簽 這 里的電子標(biāo)簽是指純粹的標(biāo)簽，常常又被叫做智能標(biāo)簽。一般的讀寫器可以包括手持式的讀寫器和固定式的讀寫器。射頻識別技術(shù)發(fā)展到如今的地步，有許多種芯片可以制成不同的讀寫器。 RFID 讀寫器通過天線與電子標(biāo)簽進行無線通信，可以實現(xiàn)對電子標(biāo)簽的讀操作和寫操作。除此之外，一般還要在 PC 機上建立一個應(yīng)用軟件系統(tǒng)，主要是用來對收集到的數(shù)據(jù)進行處理。一般可以分為低頻 （ 125K~） ，高頻 （ ） ，超高頻等技術(shù)。該系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用到石油鉆井市場中，還可以應(yīng)用到食品溯源，倉庫管理，小區(qū)停車等。 （ 4） 讀寫識別卡信息：可以利用應(yīng)用軟件系統(tǒng)對識別卡進行讀和寫的操作。本設(shè)計最后能夠達到的系統(tǒng)指標(biāo)主要有： （ 1） 顯示系統(tǒng)：能夠在 LCD 顯示屏上看到鉆具卡的信息； （ 2） 識別卡的信息：當(dāng)識別卡進入到系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)時，顯示屏上能夠正確顯示卡的型號（鉆具名稱）和 ID（鉆具編號）。還可以利用應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)對該識別卡進行讀或?qū)懙牟僮?。不僅涉及到了該系統(tǒng)的總體架構(gòu)，系統(tǒng)工作原理，以及對硬件的設(shè)置，軟件的編程，產(chǎn)品的調(diào)試。 最后是超高頻段的 RFID 主要應(yīng)用的領(lǐng)域有： （ 1） 供應(yīng)鏈上的管理和應(yīng)用； （ 2） 集裝箱的管理和應(yīng)用； （ 3） 航空和鐵路包裹的管理和應(yīng)用； （ 4） 后勤管理系統(tǒng)的應(yīng)用。 首先是低頻段的 RFID 主要應(yīng)用的領(lǐng)域有： （ 1） 畜牧業(yè)的管理系統(tǒng)； （ 2） 自動收費系統(tǒng)和車輛管理系統(tǒng)； （ 3） 自動加油系統(tǒng)的應(yīng)用； （ 4） 門禁和安全管理系統(tǒng)等。 技術(shù)的主要應(yīng)用 隨著人們對 RFID 技術(shù)的不斷嘗試和使用，射頻識別技術(shù)的理論知識得到豐富和完善，在人們生活中應(yīng)用越來越多。該系統(tǒng)的設(shè)計，不僅可以方便管理員對石油鉆具的管理和保護，還可以將該系統(tǒng)應(yīng)用到其他行業(yè)中。此外， RFID 技術(shù)已經(jīng)漸漸進入我們的社會生活中，將該技術(shù)應(yīng)用到鉆具的科學(xué)化管理中也是我們油田事業(yè)發(fā)展的一種標(biāo)志。只有用新的管理模式對這些鉆具做到“一對一”的管理，以及跟蹤分析，才能更好地利用這些資源。 物聯(lián)網(wǎng)已被確定為中國 戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)之一，而射頻識別技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最關(guān)鍵的技術(shù)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，射頻識別技術(shù)也將得到很好的利用。近年來， RFID 技術(shù)帶來的產(chǎn)品不斷的進入到我們的社會生活中，其中非接觸式的 IC 卡系統(tǒng)就是一個顯著地例子。此外，沒有對這些鉆具進行跟蹤分析，很可能導(dǎo)致許多鉆具在使用的過 程中或者在使用后就不見了，下次再需要的時候又要浪費時間來對這套鉆具進行配套。人們?yōu)榱斯?jié)約成本，時間等一系列因素，要求無論鉆井隊伍在遇到什么樣的鉆井深度和井身機構(gòu)的情況下，都只使用一套鉆具，將全部自認(rèn)為最好的鉆具混在一起形成一套鉆具，而不考慮鉆具之間的配合是否合適。 傳統(tǒng)管理模式的弊端 目前，在國內(nèi)鉆井市場日益激烈的情況下，人們對鉆具的管理要求也越來越嚴(yán)格。早期的 IC 卡是接觸式的，有許多缺點，包括接觸磨損，效率低，難維護等問題。所以，將RFID 技術(shù)應(yīng)用到我們的鉆具管理模式中已經(jīng)成為了鉆進市場中的一種迫切需求。但是，在傳統(tǒng)的管理模式中，管理員很難做到對每一種鉆