【正文】 IC 卡系統(tǒng)的通信協(xié)議 ，通過 Keil C 軟件編程實現(xiàn)讀寫器與 非接觸式 IC 卡系統(tǒng)的通信 ,并完成校園卡考勤系統(tǒng)。 自動識別 。 非接觸式 IC 卡 。 automatic identification。 noncontact IC card。 參考文獻 .............................................................................................................. 23 附錄 主程序代碼 ................................................................................................ 24 1 1 緒論 研究背景 RFID 的歷史 RFID 技術，第一次應用于現(xiàn)實生 活中大約有 70 年歷史 了。它的原理類似于現(xiàn)今的主動式標簽，飛機場雷達發(fā)送信號，飛機上的標簽接收到信號后就會回復相對應的信號，于是便能判斷飛機是否為己方。下面的幾個階段反映了 RFID 技術的發(fā)展經歷： 萌芽時期： 1937~1940 年，美國海軍首次將射頻識別技術應用在軍事實踐上。 快速發(fā)展時期： 1961~1980 年， RFID 逐步離開實驗室，開始邁向人們日常生活中。 RFID 的現(xiàn)狀 隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展， RFID 技術得到了迅速地發(fā)展。許多全球知名企業(yè)都積極致力于關于 RFID 的軟硬件開發(fā)，并逐步占領國際市 場。與國外發(fā)達國家相比，我國 RFID 技術研究起步較晚，差距較大，如 RFID 軟件企業(yè)少、應用以中低頻為主、芯片依賴進口、安全性能不強等。其次，當前的 RFID 通信模式還僅限于 RFID 閱讀器與眾多標簽之間一對多的集中式通信，而 RFID 標簽之間無法進行通信。 近年來，基于 RFID 的環(huán)境反向散射技術取得了里程碑式的突破。所以， RFID 技術未來在以下幾個方面會得到更長足的關注和發(fā)展 [3]。 ?支持點對點通信 :：創(chuàng)新信道感知技術，使 RFID 設備間能夠在無源情況下建立網絡實現(xiàn)點對點通信，破除一對多的集中式通信的傳統(tǒng)模式。 研究目的及意義 無線 射頻識別技術被譽為 二十一 世紀 十個 最重要的技術之一， 經過多年的發(fā)展 已 逐漸滲透 到物流、 運輸和許多其他領域的應用識別上 。 與歐洲和美國及其他發(fā)達國家相比， RFID 產業(yè)在中 國的發(fā)展還處于初級階段 。所以，要想與世界接軌，我 3 國必須大力倡導無線射頻識別技術的研究、開發(fā)并推廣到應用，而射頻識別技術也將帶來更為巨大的社會效益和經濟效益 [4]。 研究方法 完成本論文是從查閱有關射頻識別讀寫器的國內外文獻開始的，首先對射頻識別技術有了初步的認識，繼而鞏固理論知識并深入探索，設計制作規(guī)劃。最后在導師的指導下完成軟件調試，最終完成讀寫器的設計。 4 2 RFID 系統(tǒng)組件原理 系統(tǒng)結構框圖 典型的射頻識別系統(tǒng)可以有圖 1 來表示： 圖 1 射頻識別系統(tǒng) 正如已經提到的，閱讀器和標簽組成一個射頻識別系統(tǒng)，其中，閱讀器主要組成部件有接口電路 、控制模塊、通信模塊和天線；射頻卡（標簽）主要部件有天線、電源、存儲器、功能模塊。 閱讀器理論基礎 閱讀器的功能 閱讀器是連接應用層和 RFID 標簽的橋梁，它以發(fā)射電磁波的形式為標簽工作提供能量來源。按照工作頻率不同，可以將閱讀器分為低頻閱讀器、高頻閱讀器、超高頻閱讀器和特高頻閱讀器。 6 射頻標簽理論基礎 射頻標簽的功能 在 RFID 系統(tǒng)中，射頻標簽的數(shù)量要遠多于閱讀器數(shù)量，是系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)載體，閱讀器的各項指標都要考慮到標簽的特點。一般來說，可以將標簽的功能歸納為以下幾點： （ 1） 存儲數(shù)據(jù)，儲存和物品相關信息如標識符、生產日期等等，這是標簽最為主要的功能 （ 2） 非接觸式讀寫，可以在一定的距離內被閱讀器識別 （ 3） 標簽可以從閱讀器發(fā)射的電磁場中獲取能量來保證自己的工作狀態(tài) （ 4） 安全加密，通過一定的安全協(xié)議來維持標簽與閱 讀器之間的安全通信 射頻標簽的分類 按照能量的獲取途徑的不同可以將標簽劃分成有源和無源及半無源標簽。它存儲容量較大，工作距離可以高達幾十米甚至上百米，可以應用在貴重資產的管理上。無源標簽自身沒有能量來源，它依靠反射閱讀器發(fā)送的電磁波來獲取工作的電能。無源標簽不需要攜帶電 池、成本低廉、結構簡單，所以在某些場合非常實用。半無源標簽就是它們結合的產物，這種標簽的集成電路板上也帶有電池，但只是一種輔助性的能量來源，半無源標簽通過吸收閱讀器發(fā)射的電磁波的能量來喚醒芯片進行工作傳輸數(shù)據(jù)，只有當標簽吸收的能量不足以完成工作時才會由電池提供能量 [7]。天線是使用 LC 諧振電路制成，具體參 7 數(shù)則是 通過射頻識別系統(tǒng)的載波頻率來確定。 RFID 的標簽識別協(xié)議 RFID 防沖突協(xié)議 在射頻識別傳輸系統(tǒng)中存在兩類信號干擾，一類是由多個閱讀器同時發(fā)出信號引起的閱讀器間的沖突干擾，另一類是由多個標簽同時響應閱讀器引起的標簽間的沖突干擾。閱讀器處理能力較強，存在基于時分多址（ TDMA）的防沖突協(xié)議。基于 TDMA 的閱讀器之間將整個時間段分割成多個間隔，只允許閱讀器在其分配到的時隙內傳輸信息，這樣就能避免干擾。 防沖突算法 （ 1） 純 ALOHA 算法 純 ALOHA 算法是比較簡單的基于 ALOHA 的標簽防沖突算法。圖中白色代表標簽信號，灰色部分代表沖突信號。這時閱讀器就要先進行檢測是否有沖突，如果沒有，那么閱讀器就會正確識別標簽并發(fā)送確認信息；如果存在沖突，那么閱讀器就向標簽發(fā)送錯誤信息。這種算法比較簡單，容易實現(xiàn)但性能 ALOHA算法較差。 （ 2） 時隙 ALOHA 算法 時隙 ALOHA 算法將純 ALOHA 算法的時間分為多個時隙： 圖 3 時隙 ALOHA 算法 時隙 ALOHA 算法模型如圖 3 所示，白色代表標簽信號，灰色代表沖突信號，每個標簽在時隙開始時刻發(fā)送標識符，所以要控制時隙的同步。 此外，在時隙 ALOHA 算法的基礎上，繼續(xù)改進，還形成基于幀的時隙ALOHA（ FSA）防沖突算法。在單時隙中，閱讀器能夠成功識別一個標簽，空時隙和沖突時隙均不能識別。 9 3 非接觸式 IC 卡介紹 非接觸式 IC 卡的特點、分類和國際標準 非接觸式 IC 卡的 特點 ，壽命長 非接觸式 IC 卡的 分類 IC 分：存儲卡、 CPU 卡、邏輯加密卡 ： 125KHz 的低頻卡， 的高頻或射頻卡，915MHz、 的超高頻卡、 的微波卡 ：無源卡和有源卡 分 ：讀寫卡和只讀卡。 目前，可供 射頻卡 使用的幾種標準有ISO781 ISO1053 錯誤 !未找到引用源。應用最多的是 ISO14443 和 ISO15693。 10 ISO1443 標準介紹 采用 ISO14443 協(xié)議的 射頻卡 ，常 被 分為 A、 B、 C、 D、 E 等類型 。 Type A 技術設計 簡單扼要，應用項目的開發(fā)周期可以很短，同時又能起到足夠的保密作用， 而且 可以適用于非常多的應用 場合。 物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成了整個 ISO14443 標準，它們都有相應的標準內容。 ISO144432 定義了頻率、射頻能量、編碼等內容。其中 Mifare1就只到這一層。 11 4 RFID 讀寫器硬 件設計 硬件電路器件的選擇 處理器的選擇 目前，在嵌入式處理器芯片中應用得最為廣泛的就是 ARM 內核 32 位芯片。它的優(yōu)點有： （ 1） 具有大量的通用寄存器； （ 2） 具有比較簡單的尋址方式； （ 3） 使用統(tǒng)一和固定長度的指令格式； （ 4） 地址自增和自減的尋址方式又簡化了程序中的循環(huán)處理； （ 5） “條件執(zhí)行”的 ARM 指令可以減少指令數(shù)目，提高效率。 ARM 公司開發(fā)了很多系列的ARM 處理器核，應用較多的是 ARM7 系列、 ARM9 系列、 ARM10 系列等等。所以本課題選用 SAMSANG公司的 S3C44B0X芯片，這是一款典型的 ARM7TDMI 芯片，功能齊全且性價比高，應用非常廣泛。該芯片頻率 72MHZ，帶有時鐘、復位和供電管理功能；低功耗，有 2 個 12 位模數(shù)轉換器， 1 毫秒轉換時間（ 16 通道）；串行調試和 JTAG 接口； 7 通道 DAM 控制器，幾十個快速 I/O 口及多達 9 個通信接口 [9]， S3C44B0X 引腳圖如圖 4 所示： 12 。有幾款射頻識別讀寫芯片應用較為廣泛，如 TI 公司的 TRF7960，內有編程選項，有獨立的內部電源； INSIDE 公司 PICOREAD,兼容 NFC 技術，功耗低，有自動監(jiān)測功能；飛利浦半導體公司 MFRC531 芯片，該公司是進入射頻識別市場較早的國際公司，生產的芯片性價比高，性能優(yōu)越等等，其它芯片不再作一一累述。