【正文】 段在全球范圍內(nèi)的使用。這很不利于該項技術的推廣應用。就連比較推崇超高頻系統(tǒng)的全球零售業(yè)巨頭沃爾馬最近也做出推遲使用超高頻標簽的決定，可見超高頻還要很長的一段路要走。 射頻技術發(fā)展及對未來的展望 自 1948 年 Harry Srockman 提出的“利用能量反射的方式進行通信” 奠定射頻識別技術理論 基礎以來，在 1950～ 2021 年，該技術得到了空前的發(fā)展，各式各樣的RFID 產(chǎn)品已然成為人們生活的一部分，并逐漸取代了傳統(tǒng)的接觸式 IC 卡技術 [1]。于是由 UCC（北美統(tǒng)一碼協(xié)會）和 EAN 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 2 （歐洲 商品編碼協(xié)會）共同組建的專門負責 RFID 技術標準的機構(gòu) —— EPCglobal（全球電子產(chǎn)品碼協(xié)會）編應運而生了。這一態(tài)勢也促使我國加大了 RFID 技術的發(fā)展力度，尤其是大型企業(yè)對 RFID 技術的需求，更大大的推動了 RFID 技術在國內(nèi)的發(fā)展。射頻識別技術在各行各業(yè)中的實際應用大體可以分為以下幾類： 物流管理 目前 射頻識別技術在物流，特別是在供應鏈方面的應用，可以讓商場管理者很好的管理自己的庫存，使得不會出現(xiàn)商品脫銷的情況，針對商品的銷售情況還可以讓商家提前做出一些銷 售策略，通知商家什么時候該跟供應商聯(lián)系等。 ①如果被識別物體的形狀是規(guī)則的，那么標簽的安裝問題就比較容易解決，只要方向正確， 閱讀器在讀卡的時候就不會出現(xiàn)錯誤；對于形狀不規(guī)則的被識別物體，安裝完標簽后可能會影響系統(tǒng)的讀卡方向，導致讀卡出現(xiàn)錯誤。一般來說，液體、金 屬性質(zhì)的被識別物體一般采用的是低頻段或高頻段的系統(tǒng)，而對于其他的被識別物體（可導電的物體除外）一般采用的是超高頻段的系統(tǒng)。 ④ 由于標簽是一次性用品，廠家要不斷的投資生產(chǎn)，所以標簽的使用要視被識別物體本身的價 值而定。 ⑤ 由于一些特殊環(huán)境的外界干擾比較大，或者是系統(tǒng)本身的要求，所以在這一類環(huán)境中的安裝系統(tǒng)的時候，也要選取合適的頻段。利用這個顯著的特點，射頻識別技術可以做成一個很好的商品防偽系統(tǒng)；由于射頻識別具有很強的穿透性，所以即使是將標簽貼在商品的外包裝內(nèi)也可以讀取標簽的序列號，進行真 偽的辨認。 門禁 一些公司目前所使用的考勤機和現(xiàn)在校園內(nèi)的門禁系統(tǒng)就是射頻識別系統(tǒng)。拿校園內(nèi)的門禁系統(tǒng)來說，一般都是事先用讀卡器將學生對應的信息寫到射頻卡的某個塊中，而控制射頻芯片的單片機的 RAM 中存有該學生的信息，該學生將卡靠近閱讀器的時候，閱讀器讀取卡中的信息，并與單片機 RAM 中的信息進行比較，如果相同，單片機便控制門鎖開鎖；這 就射頻識別技術在門禁應用中的思想。目前射頻識別技術在軍事領域的應用，可以說美國是遠遠走在其他國家前面的。也可以將標簽或閱讀器安裝到戰(zhàn)略資源上，以確保對其的管理和安全狀況。先不論該傳言是否屬實，我相信射頻技術發(fā)展到現(xiàn)在是完全可以實現(xiàn)的。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 4 射頻設別技術的優(yōu)點 IC 卡按卡與外界數(shù)據(jù)傳送的 形式不同，分為接觸式 IC 卡和非接觸式 IC 卡?，F(xiàn)在常見的是接觸式 IC 卡，這類卡的讀寫操作速度較慢，操作也不方便，每次讀寫時必須把卡正確地插入到讀寫器的口槽才能完成數(shù)據(jù)交換。非接觸式 IC卡是基于電磁感應原理開發(fā)出來的產(chǎn)品。目前 Philips 公司的 Mifare 卡現(xiàn)在是國內(nèi)市場的主流產(chǎn)品，應用越來越廣。 Mifare 卡是一種智能卡 ,內(nèi)建有中央微處理機等，使卡的安全保密性、認證邏輯等微操作控制有序進行。隨著技術的進步， PHILIPS 公司現(xiàn)在生產(chǎn)了功能及性 能更好的讀卡芯片 (例如 :MFRC500)，我們就是以這種芯片為基礎來設計和開發(fā) Mifare射頻卡讀寫器。 ISO/IEC 14443A 標準是“識別卡 — 近耦合 IC 卡“ Type A” 的標準，用于工作頻率為 的非接觸式近耦合 IC 卡的標準，由物理特征、射頻接口、初始化和防碰撞及傳輸協(xié)議這幾部分組成。 本文工作及論文結(jié)構(gòu) 本文的主要工作安排如下： 第一章介紹了射頻識別技術的歷史、進程、在各行各業(yè)的應用及對未來的展望； 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 5 同時介紹了射頻識別技術相對與傳統(tǒng)技術的優(yōu)點；提出了畢業(yè)設計的內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu) 第二章介紹了 RFID 系統(tǒng)的工作原理及方案的討論選擇； 第三章講述了 RFID 讀寫模塊的硬件設計方案，硬件系統(tǒng)組成以及具體的電路連接； 第四章講述了基于硬件基礎上的軟件設計； 第五章著重介紹利用 Protues 和 Keil 兩款軟件，實現(xiàn)對系 統(tǒng)的仿真。并提出了一些尚待解決的問題。它是一個小型的 Mifare 卡讀寫設備的核心芯片，其功能包括了調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防碰撞。這是與射頻卡實現(xiàn)通信的核心模塊，也是讀寫器 Mifare 卡的關鍵接口芯片。在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)щ姷碾娮?泵 ，將電容內(nèi)的電話送到另一個電容內(nèi)儲存起來。整個系統(tǒng)的原理圖為： M C U M F R C 5 0 0 M 1卡 圖 21射頻系統(tǒng)原理圖 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 7 射頻芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹 下圖給出了射頻芯片的內(nèi)部電路中，我們在設計的時候需要實際操作的并不多，主要是 FIFO 寄存器、控制寄存器、命令寄存器、 E2PROM、 Crypto1 加密模塊、可編程定時器以及中斷控制。 但是該部分各個公司做的都不一樣，屬于核心機密，不 對外公開；可編程定時器和中斷控制的使用類似與單片機 ，定時器可用于看門狗、監(jiān)視等模塊的設計，中斷可以根據(jù)設計者的實際需要進行設置。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 8 狀 態(tài) 機命 令 寄 存 器可 編 程 定 時 器中 斷 控 制并 串 轉(zhuǎn) 換校 驗 位 c r c 產(chǎn) 生 和 校 驗幀 產(chǎn) 生 和 校 驗位 編 碼位 解 碼串 行 數(shù) 據(jù) 切 換調(diào) 制電 路3 2 * 1 6 字 節(jié)E P R O M訪 問控 制電 壓 檢 測 與p o nR e s e t 控 制振 蕩 器（ 1 3 . 5 6 M h z ）電 源 上 電檢 測驅(qū) 動 電 路并 行 接 口 控 制 電 路F I F O控 制 寄 存 器 B a n k密 鑰 緩 存 器C r y p t o l 加 密3 2 位 偽 隨 機 碼 產(chǎn) 生基 準 電 壓模 擬 調(diào) 試多 路 器解 調(diào) 器 （ 載 波 與副 載 波 解 調(diào) 器低 功 耗控 制N W R N R D N C S A L E D O ? ? . D 7V M I D A U X R X T V S S T X 1 T X 2 T V D D A V S SD V D DP S T P DI R Q圖 21 RC500內(nèi)部結(jié)構(gòu)框 方案分析與選擇 各方案的列舉 在世界范圍內(nèi)，隨 著射頻技術的發(fā)展及逐步推廣，特別是在全球物流和商品供應鏈方面的應用；而且采用射頻技術的企業(yè)方面也會以自己的實際需要和考慮該技術是否能給其帶來實惠作為選擇的標準。 針對單一頻率的射頻技術不能滿足目前以及潛在的市場，射頻技術行業(yè)主要在三個頻段上做出了對應的開發(fā)改進，這個三個頻段分為：低頻（ 125～ 134KHz）、高 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 9 頻（ ）、超高頻（ 860～ 960MHz）。 下面我將對工作于不同頻段的讀卡系統(tǒng)的特性做出一些分析討論。雖然該頻率下的磁場區(qū)分布比較均勻，但是場強下降的很快，所以識別距離很小，一般都在 以下。 對于低頻段讀卡器的設計，目前采用得最多的基站芯片是 U2270B 和 EM4095。而由于 EM4095 內(nèi)部有鎖相環(huán)，電源波動影響較??； EM4095產(chǎn)生休眠的控制方式簡單 ,而 U2270B要進入休眠狀態(tài)則要求關斷腳高于6V； EM4095 可以讀取大多數(shù)的低頻卡。數(shù)據(jù)寫入射頻卡的時候，一般由數(shù)據(jù)的“ 0”和“ 1”控制振蕩器的起振和停振，并由天線產(chǎn)生帶有間歇的射頻場，不同的寬度分別代表“ 0”和“ 1”，這樣就完成了將基站芯片發(fā)射的數(shù)據(jù)寫入射頻卡的過程 。 （ 2）高頻段 工作在該頻段下的感應器的外圍天線不需要再利用線圈進行繞制，可以通過腐蝕 PCB 板的方式進行制作。該頻段下的感應器獲取能量的方式和低頻段的一樣，都是通過電感耦合的方式從閱讀器的耦合線圈的輻射近場中獲得的。 該頻段的特性為： 除了金屬材料以外，可以穿 透大多數(shù)的材料，但是讀取距離往往都會降低，且感應器與金屬材料的物品要有一段距離； 該頻段在全球都得到認可，并沒有甚么特殊的限制； 該系統(tǒng)具有防碰撞處理部分，可以讀取多個射頻卡； 傳輸速度較快，而且價格不是很高。 在高頻這一塊，目前國內(nèi)所采用的主流芯片是 Philips（ NXP）的 RC5XX 系列、上海復旦的 FM17XX 系列以及 EM4094： 基于 FM17XX 系列的讀寫器 由于該系列是寬電壓產(chǎn)品，工作電壓可以適用范圍為 3～ ，所以當電壓過低 的時候（一般指 3V 以下）有可能出現(xiàn)讀卡不成功的情況（有就是我們經(jīng)常所說的盲區(qū)），雖說這和天線的設計也有著很大的關系，但是和芯片本身卻存在著更大的關系。 從總體上來說，基于 FM17XX 系列的讀卡器開發(fā)同 RC5XX 系列的讀卡器開發(fā)不管是在硬件電路發(fā)面，還是在軟件設計方面，都基本上相同。如果將本來是 RC5XX 的外圍電路作為 FM17XX 的外圍電路，那就有可能使開發(fā)出來的讀卡 器產(chǎn)生盲區(qū)；反過來將 FM17XX 系列的外圍電路作為 RC5XX系列的外圍電路，也有可能產(chǎn)生類似的情況。外圍的電路構(gòu)架不變，只需將相應的元器件的值改變就可以了，如果采用適當?shù)脑骷?，也可以解決 FM17XX 系列的盲區(qū)問題。而它的優(yōu)點就是能讀 Sony 卡，這是 RC5XX 系 列無法辦到的；其價格比之 RC5XX系列也比較低。該引腳可有 MCU 進行控制，當 EN 引腳為低電平時，射頻芯片進入睡眠模式，這樣可以大大降低射頻芯片的功耗，對提高電池的使用壽命也特別有用。 另外， RC500 芯片內(nèi)部發(fā)送器不需要增加有源電路就可以直接驅(qū)動外圍的天線，提供了比較可靠 的調(diào)制 /解調(diào)電路，用于與 ISO14443A 標準兼容的射頻卡，并且支持Crypto1 加密算法。 （ 3）超高頻段 在該頻段下工作是，感應器位于閱讀器天線輻射場的遠場內(nèi)，感應器與閱讀器的耦合方式為電磁耦合。由于閱讀器的天線采用的是定向的方式，所以閱讀器的讀取區(qū)域很難判斷。 該頻段的特性為： 超高頻段的電磁波不能通過很多材料，特別是灰塵、霧等懸浮顆粒 ； 讀取數(shù)據(jù)的速度很快，可以在很短的時間內(nèi)讀取很多的射頻卡； 該系統(tǒng)的天線設計方面有兩種方法：有線型和圓極化，可以根據(jù)實際需要進行選擇。 各方案的比較討論 （ 1）低頻段與高頻段的比較 從系統(tǒng)外圍電路設計的角度看，低頻段對外圍元件值不怎么敏感，只要元件取值的誤差控制在一定范圍內(nèi)，讀卡器的讀取距離不會受到很大的影響；而工作于高 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 12 頻段射頻識別系統(tǒng)對外圍電路的設計要求很高，元件的取值必須很精確，否則對讀卡器的性能會有很大的影響； 在傳輸數(shù)據(jù)的時候，高頻段比低 頻段的安全性能要高，因為高頻段的數(shù)據(jù)傳輸速度比低頻段的高很多，并且其中夾雜著認證信息和加密信息，外部即使截取工作于低頻段的讀卡器一般都只具有讀卡功能，寫卡則需要專門的寫卡設備；而高頻段的讀卡器具有讀 /寫的功能； 低頻段的一般具有防碰撞模塊，而高頻段有； 低頻段的射頻芯片一般不具有調(diào)制解調(diào)模塊，而高頻段有； 由于低頻段可利用的頻帶較窄，傳輸速度慢，信噪比低，所以發(fā)送的信號容易受到干擾；而高頻段則相反。 通過以上的分析，并沒有十全十美的東西，只有不斷的完善，而且關鍵在于如何去設計一個比較科學的系統(tǒng)，在性能和價格上取得一個比較高的性價比才是我們的目標。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 13 芯片選擇及介紹 通過上述分析，已經(jīng)確立采用高頻波段的射頻系統(tǒng)的方案，射頻芯片采用 philips公司的 MFRC500，單片機芯片選擇 ATMEL 公司的 ATMEGA16 下面就此兩款芯片做簡單介紹。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾 （ 2）產(chǎn)品特性 高性能、低功耗 的 8 位 AVR 微處 理器 先進 的 RISC 結(jié)構(gòu) 131 條指令 – 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期 32 個 8