【正文】 的射頻卡系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)組成，分別為射頻識別卡系統(tǒng)、射頻讀寫器系統(tǒng)。然后收銀員進(jìn)行收錢。（2）讀卡器工作：讀卡器記錄所有射頻卡代表的商品價(jià)值信息并將信息傳給電腦進(jìn)行處理。 射頻卡系統(tǒng)的構(gòu)建 按照射頻卡系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為兩個部分：射頻識別卡部分，射頻讀寫器部分。6圖11射頻卡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖各部分所完成的具體功能如下：(1)射頻識別卡：射頻識別卡（射頻卡）也稱電子標(biāo)簽，相當(dāng)于商品的電子身份證。(2)射頻讀寫器：讀寫器也稱為讀卡器或接收器，它由發(fā)射單元、接收單元、信號處理控制模塊、天線和電源等組成。 另外，一個完整的射頻識別系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)等輔助控制設(shè)備。不同的用途其選取也不同，但是它們的基本原理是相同的。方案一：有源射頻卡系統(tǒng)。有源射頻卡通常有部分電路處于工作狀態(tài)，有時(shí)處于“睡眠”狀態(tài)。在睡眠狀態(tài)有源射頻卡的功耗一般很小，因此一個拇指大小的鈕扣電池可以保持很長的工作時(shí)間。方案二：無源射頻卡系統(tǒng)。無源射頻卡在讀寫器的響應(yīng)范圍之外是處于無源狀態(tài)，沒有自己的供電電源（電池） ，只是在讀寫器的響應(yīng)范圍之內(nèi)，這類射頻卡才會從讀寫器的射頻場中獲取能量供數(shù)字電路部分使用。然而，與有源射頻卡相比，有源射頻卡的壽命通常要受電池壽命的限制而成為一大缺陷，而無源射頻卡的壽命一般可長達(dá)幾十年。 綜合以上比較，本設(shè)計(jì)由于是對商品信息記錄的所以最后采用無源射頻卡。 非接觸式與接觸式的選擇8接觸式卡與一般磁卡相比，更加安全可靠，除了存儲容量大，還可一卡多用， 同時(shí)可靠性比磁卡高，壽命長；讀寫機(jī)構(gòu)比磁卡讀寫機(jī)構(gòu)簡單可靠，造價(jià)更便宜，維護(hù)方便，容易推廣。非接觸式卡完全密封的形式及無接觸的工作方式， 使之不受外界不良因素的影響，從而使用壽命完全接近芯片的自然壽命，因而卡本身的使用頻率和期限以及操作的便利性都大大的高于接觸式卡。例如：由于粗暴插卡、非卡外物插入、灰塵、油污導(dǎo)致接觸不良等原因造成的故障；第二點(diǎn)是操作方便、快捷：由于非接觸通訊，讀寫器在10cm范圍內(nèi)就可以對卡片操作，所以不必象接觸式卡那樣進(jìn)行插拔工作非接觸卡使用時(shí)沒有方向性，卡片可以任意方向掠過讀寫器表面，可大大提高每次使用的速度；第三點(diǎn)是防沖突：射頻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，因此讀寫器可以同時(shí)處理多張非接觸式射頻卡；第四點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣：射頻卡的存儲器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使它一卡多用；可應(yīng)用于不同的系統(tǒng)，用戶根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)定不同的密碼和訪問條件；第五點(diǎn)是加密性能好：射頻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；射頻卡與讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫器驗(yàn)證射頻卡的合法性，同時(shí)射頻卡也驗(yàn)證讀寫器的合法性。 射頻讀寫器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)讀寫器終端在射頻卡系統(tǒng)中起著橋梁紐帶的作用。如上所述，讀寫器與控制器之間通信，執(zhí)行控制器的命令，完成數(shù)據(jù)的上傳或下載。對于一個非接觸式數(shù)據(jù)載體的讀寫操作，一般是嚴(yán)格按照“主從”原則來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這意味著讀寫器和射頻卡的所有動作均應(yīng)有通信協(xié)議或軟件來控制。因此，讀寫器的基本任務(wù)是啟動數(shù)據(jù)載體（射頻卡）與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)非接觸的無線通信，防沖突及身份驗(yàn)證均由讀寫器自動完成。所有RFID系統(tǒng)的讀寫器均可簡化為三大基本功能模塊：由收發(fā)系統(tǒng)組成的高頻接口、控制系統(tǒng)以及和外界其它設(shè)備通信用的各種標(biāo)準(zhǔn)接口，如USB接口、RS232接口、RS485接口、與Inter連接的網(wǎng)口以及與打印機(jī)相連的并口等。讀寫器終端的射頻口部分完成下列任務(wù)：(1)產(chǎn)生射頻發(fā)射功率，以啟動射頻卡并為它提供能量；(2)對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；(3)接受并解調(diào)來自射頻卡的射頻信號。傳送到射頻卡中去的數(shù)據(jù)通過發(fā)送器分支，而來自射頻卡的數(shù)據(jù)通過接收器(即讀寫器)分支來接收。10為了完成這些復(fù)雜的任務(wù)，在絕大多數(shù)情況下控制單元都擁有微處理器作為核心部件。基于性能上的原因，對ASIC的訪問是通過微處理器總線(面向寄存器的)實(shí)現(xiàn)的。同普通的PC機(jī)一樣可以使用NRZ編碼（8位異步）。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。讀寫器終端的天線部分用于產(chǎn)生磁通量Φ，而磁通量用于向射頻卡提供電源并在讀寫器和射頻卡之間傳送信息。根據(jù)頻率范圍，使用不同的方法將天線線圈連接到讀寫器發(fā)送器的輸出端，通過功率匹配將天線線圈直接連接到功率輸出級，或通過同軸電纜來饋送到天線線圈。最簡單的顯示器可以使用 LED 發(fā)光二極管，設(shè)計(jì)簡單，易于安裝成本，低體積小，但是信息無法全部顯示。本系統(tǒng)采用電腦顯示器，它的讀寫操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的，顯示清晰，它直接由數(shù)據(jù)線與主機(jī)相連接。 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)方案一：PIC 系列單片機(jī)。它的指令速度比同類單片機(jī)的提高五倍左右，程序存儲器可節(jié)約一半。PIC 系列單片機(jī)的特點(diǎn)：第一、PIC 最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。比如，一個摩托車的點(diǎn)火器需要一個 I/O 較少、RAM 及程序存儲空間不大、可靠性較高的小型單片機(jī)，若采用 40 腳且功能強(qiáng)大的單片機(jī)，投資大不說，使用起來也不方便。其中，PIC12C508 單片機(jī)僅有 8 個引腳，是世界上最小的單片機(jī)該型號有 512 字節(jié) ROM、25 字節(jié) RAM、一個 8 位定時(shí)器、一根輸入線、5 根I/O 線，市面售價(jià)在 3－6 元人人民幣。PIC 的高檔型號，如 PIC16C74（尚不是最高檔型號）有 40 個引腳，其內(nèi)部資源為 ROM 共 4K、192 字節(jié) RAM、8 路 A/D、3個 8 位定時(shí)器、2 個 CCP 模塊、三個串行口、1 個并行口、11 個中斷源、33個 I/O 腳；第二、精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。采用 PIC 的低價(jià) OTP 型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開發(fā)完成12后立刻使該產(chǎn)品上市；第四、PIC 有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。PIC 在推出一款新型號的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。PIC 以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。雖然 PIC 在這方面已不能與新型的 TI－MSP430相比，但在大多數(shù)應(yīng)用場合還是能滿足需要的。AT89 系列單片機(jī)是 ATEML 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)。AT89 系列的引腳排列、定義與 MCS51 完全一致，可以直接替換。在單片機(jī)部有 Flash 存貯器，功耗特別低，F(xiàn)lashROM 的容量從TA89C1051 的 1K 到 AT89S55 的 20K。但 80C31 片內(nèi)并無程序存儲器，需外接 ROM。在空閑模式下凍結(jié) CPU 而 RAM 定時(shí)器、串行口和13中斷系統(tǒng)維持其功能。AT89 系列單片機(jī)的特點(diǎn)：第一、AT89 系列采用的是 MCS51 的核心，十分容易為廣大用戶所接受，所以更容易推廣； 第二、AT89 系列單片機(jī)內(nèi)部基本保持了 80C31 的硬件 I/O 功能；第三、AT89 系列單片機(jī)的 Flash 存貯器技術(shù)，可重復(fù)擦/寫 1000 次以上，可反復(fù)使用；第四、AT89 系列單片機(jī)更適合小批量系統(tǒng)的應(yīng)用，容易實(shí)現(xiàn)軟件的升級。14第二章 無線射頻識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)無線射頻識別系統(tǒng)是一套完整的硬件系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)射頻識別的核心部件是射頻卡、天線及其射頻模塊。本章將首先介紹非接觸式射頻卡系統(tǒng)的工作原理和工作流程，然后再對非接觸式射頻卡的內(nèi)部電路和部件進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。射頻卡（RF）是運(yùn)用LC振蕩回路工作的。如果人們將振蕩回路移入交變場附近，那么，能量便通過振蕩回路的線圈感應(yīng)出交變磁場能量（感應(yīng)定律）。此振蕩過程從交變磁場取得能量。這種線圈電流的短時(shí)上升（或線圈電壓下降）被稱作降落（Dip）。振蕩線圈的磁場當(dāng)距離增加時(shí)減弱。不能對進(jìn)入振蕩器磁場的進(jìn)入速度施加限制，只能考慮以無限小的速度接近振蕩回路時(shí)所產(chǎn)生的一種無限小的降落。這是通過這樣的方法來實(shí)現(xiàn)的：使產(chǎn)生磁場的頻率不是恒定的，而是“掃頻”的。177。15如果掃頻的振蕩頻率正好命中了在射頻卡里振蕩回路的諧振頻率，其振蕩回路就開始起振，并由此在振蕩器線圈的電流中產(chǎn)生一個明顯的降落。射頻卡的頻率容許的偏差要受到制造容許偏差或金屬環(huán)境的限制，但是，對識別的可靠性來說是沒有問題的。圖21 非接觸式射頻卡系統(tǒng)工作原理 射頻卡系統(tǒng)的工作流程射頻卡系統(tǒng)的工作流程如圖22所示。本設(shè)計(jì)采用的射。其次，當(dāng)共振使卡內(nèi)的電容有了負(fù)荷，在電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可作為電源為集成電路提供工作電壓。然后，根據(jù)解碼信息判斷讀寫終端發(fā)來的命令要求，若是讀取卡內(nèi)信息則控制邏輯電路從存儲器中讀取有關(guān)信息；若是修改卡內(nèi)信息則有關(guān)控制邏輯啟動電壓泵將2V工作電壓提升到15V，以便對卡內(nèi)的存儲器（EEPROM）中內(nèi)容進(jìn)行重16新寫入編程。讀寫終端對接收到的信息進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)的讀寫器工作于低頻頻段（）。天線用于發(fā)射和接收電磁波；模擬電路主要是由檢波電路和調(diào)制電路組成，用于獲取直流能量并將相關(guān)信息通過調(diào)制發(fā)送出去：數(shù)字電路是射頻卡的大腦用于控制相關(guān)協(xié)議、指令及處理功能、管理內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)以及執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。17圖23 典型非接觸式射頻電路1．天線射頻卡天線主要用于接收射頻卡的射頻能量及信息，并發(fā)射射頻卡的相關(guān)信息，它是射頻卡和讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁，是整個射頻識別系統(tǒng)的源泉。近場感應(yīng)線圈天線：近場感應(yīng)線圈天線通常由多匝電感線圈所組成，電感線圈和與其相并聯(lián)的電容構(gòu)成并聯(lián)諧振回路以耦合最大的射頻能量。遠(yuǎn)場輻射天線：遠(yuǎn)場輻射天線主要由電場偶極子天線、對稱振子天線以及微帶天線所組成。因此，工作頻率的大小決定著天線尺寸的大??；天線的大小又常常決定著射頻卡的大?。狠^高的工作頻率具有較小的射頻卡尺寸。本設(shè)計(jì)制作的射頻卡讀寫器采用近場感應(yīng)線圈天線。檢波電路可以將射頻能量18轉(zhuǎn)換成直流能量，并可獲取讀寫器發(fā)來的相關(guān)指令信息；調(diào)制電路則是將射頻卡的相關(guān)應(yīng)答信息調(diào)制到射頻卡接收到的射頻信號上，并反射回讀寫器。3．?dāng)?shù)字電路部分射頻卡的數(shù)字電路部分通常是一個數(shù)字電路芯片。數(shù)字存儲器一般又可分為如下三類：ROM只讀存儲器用于存儲操作系統(tǒng)以及為保障其順利工作所必需的其它指令；RAM隨機(jī)存取存儲器用于保存射頻卡的唯一序號和存儲象密碼之類的機(jī)制；EEPROM電可擦除可編程只讀存儲器用于存儲被識別的相關(guān)信息，其存儲時(shí)間可長達(dá)幾十年。EEPROM的主要缺點(diǎn)是寫入信息時(shí)需要較高的供電電壓，正有被RAM或FRAM閃存取代的趨勢。 射頻卡、天線及其射頻模塊的型號選擇射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展的很快，射頻識別產(chǎn)品種類眾多，像Motorola、Philips等等世界著名大廠都生產(chǎn)射頻識別產(chǎn)品，并且它們的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，自成系列。TIRIS是美國德州儀器公司所開發(fā)出的無線感應(yīng)辨識系統(tǒng)，其工作原理是：，充電時(shí)間一般在1550ms左右，此時(shí)若有感應(yīng)器在此磁場范圍內(nèi)，就會利用磁能轉(zhuǎn)換的原理，將接受到的電磁波轉(zhuǎn)換為其所需的電能，并將感應(yīng)器內(nèi)所存有的數(shù)據(jù)以FM調(diào)頻的方式傳送回去，此時(shí)射頻模塊停止發(fā)射電磁波，并經(jīng)由天線接收感應(yīng)器傳回的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行譯碼動作，如此便完成讀卡的動作?？梢?，先進(jìn)的TIRIS技術(shù)已經(jīng)為我們提供全套的射頻收發(fā)解決案，并將其封裝在集成電路芯片中，非常方便我們的使用和二次開發(fā)，本系統(tǒng)的硬件解決方案中射頻部分的實(shí)現(xiàn)就是利用TIRIS技術(shù)。本系統(tǒng)分別選用RFM001射頻模塊、卡片封裝的RITRPW4FF射頻卡和SA110天線。該產(chǎn)品具有只讀（ROM）和可讀寫（R/W）兩種版本，本文選用可讀寫型，這樣便于重復(fù)利用以及記錄商品是否已付錢等信息。表24 RITRPW4FF具體性能指標(biāo)性 能 參 數(shù)存儲器 80Bits 可讀/寫工作頻率 調(diào)制方式 FSK 傳送協(xié)議 HDX（半雙工）電源 來自讀寫器（無線）典型讀寫區(qū)域 =100cm典型編程范圍 指定可讀空間的 30%典型讀時(shí)間 70ms20典型編程時(shí)間 309ms操作與存放溫度 25～+50 攝氏度材質(zhì) PVC2. 數(shù)據(jù)在 RITRPW4FF 射頻卡中的存儲格式包含Start Byte共有14bytes數(shù)據(jù)，如表25所示。以下圖26是基站讀取數(shù)據(jù)的時(shí)序，由射頻卡發(fā)出的數(shù)據(jù)采用FSK調(diào)制。21圖27 1個字節(jié)的傳輸格式3. 射頻卡的寫入格式要將用戶數(shù)據(jù)寫入RITRPW4FF射頻卡，應(yīng)遵循表33所示格式。所以對于10個Byte的用戶數(shù)據(jù)，前面8個字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)，后面2個字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)碼。表28 用戶數(shù)據(jù)寫入格式數(shù)據(jù)功能 數(shù)據(jù)位置 數(shù)據(jù)值 持續(xù)時(shí)間寫操作命令 第 1 byte BBH 16ms寫操作密碼 第 2 byte EBH 16ms寫入數(shù)據(jù) 第 312 byte 10 byte 用戶數(shù)據(jù) 160ms結(jié)束標(biāo)志 第 13 byte 00H 16ms結(jié)束標(biāo)志 第 14 byte 03H 16ms圖29 位寫入格式4. 天線天線采用SA110，該天線用漆包線繞成，外形呈圓形，屬于近場耦合線圈天線。其外形見圖210所示與引腳定義見表211所示。單片機(jī)控23制和協(xié)調(diào)讀寫器各功能模塊的工作；射頻模塊和天線實(shí)現(xiàn)了讀寫器和射頻卡之間的通信；外圍電路包括電源電路、EEPROM、 RS232接口、鍵盤電路和LED顯示電路等功能模塊。圖 212 為單片機(jī) 89C2051 輸出顯示的一個