1、射频识别课程设计专业班级：2013 级通信工程 2 班姓名：杜超 学号：201309110224姓名：陆平 学号：201309110225姓名：贺凯文 学号：201309110226姓名：牛新艳 学号：201309110227姓名：曹晓宁 学号：201309110228姓名：李世钰 学号：201309110229姓名：刘帅 学号：201309110230姓名：张波 学号：201311310210前言射频识别，RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立
2、机械或光学接触。RFID（Radio Frequency Identification）技术作为构建“物联网”的关键技术近年来受到人们的关注。RFID 技术早起源于英国，应用于第二次世界大战中辨别敌我飞机身份，20 世纪 60 年代开始商用。RFID 技术是一种自动识别技术，射频标签是产品电子代码（EPC）的物理载体，附着于可跟踪的物品上，可全球流通并对其进行识别和读写。 RFID 读写器也分移动式的和固定式的，目前 RFID 技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。本次 RFID 课程设计是围绕 ID 卡读卡器进行设计的。ID 卡读卡器是 RFID技术的具体应用。ID 卡读卡器是
3、用来读 ID 卡的，读卡器支持即插即用、在使用过程可以随意拔插，计算机 USB 口接入读卡器后，读卡器“滴“一声开始自检及初始化，再“滴“一声初始化成功，进入等待刷卡状态。本文分析了 ID 卡读卡器的基本工作机理并详细研究了 ID 卡的读卡原理和方法。在此基础上，进行了基于 ID 卡的软件和硬件开发。论述了主要元器件的选型方法以及各部分电路的工作原理。经过实际电路的制作和反复调试，实现了本次 RFID 课程设计。关键词：射频识别，读卡器，曼彻斯特码目录1.课程设计 4本次课程设计是围绕 ID 读卡器进行的。 .41.1 课程设计相关简介 .41.1.1 ID 卡简介 41.1.2 读卡器简介
4、.51.1.3 编码简介 .61.2 课程设计目的 .71.3 课程设计设备 .71.4 课程设计模块组成 .71.5 课程设计流程 .71.5.1 课程设计的设计流程 .71.5.2 课程设计系统的工作流程 .81.6 课程设计电路图 .82.课程设计硬件部分 92.1 硬件电路 .92.1.1 模块一：MCU(STC89S52)控制电路 92.1.2 模块二：射频基站(U2270B)电路 102.1.3 模块三：串行通信(MAX232)电路 112.1.4 模块四：电源电路 112.1.5 模块五：复位电路 122.1.6 模块六：蜂鸣器电路 132.2 硬件电路的焊接 143.软件程序设
5、计 .153.1 主程序 15总结 .25参 考 文 献 261.课程设计本次课程设计是围绕 ID 读卡器进行的。1.1 课程设计相关简介1.1.1 ID 卡简介ID 卡全称为身份识别卡（Identification Card），是一种不可写入的感应卡，含固定的编号，主要有台湾 SYRIS 的 EM 格式、美国 HIDMOTOROLA 等各类ID 卡。ID 卡与磁卡一样，都仅仅使用了“卡的号码”而已，卡内除了卡号外，无任何保密功能，其“卡号”是公开、裸露的。所以说 ID 卡就是“感应式磁卡”。 ISO 标准 ID 卡的规格为：85.5x54x0.800.04mm（高/宽/厚），市场上也存在一些
6、厚、薄卡或异型卡。常应用于考勤、门禁、一卡通等系统 。其表现形式相当广泛，与我们的生活生产息息相关。随着芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性等技术的综合发展，其应用性能将得到进一步的提高，使用范围将进一步延伸，将在门禁管理、资产回收、物料处理、医疗、宠物管理、工业自动化、联合票证等领域拥有更加广泛、高效、安全的应用。目前，市面使用的 ID 卡多以 JK4001、H4001、EM4001、TK28 等居多，其结构和工作原理都一样，故只掌握一种便可通用了。图 1.1 是 ID 卡工作原理框图。 ID 卡内部阵列存储空间结构如 1.2 所示：ID 卡内部 64 位信息由
7、 5 个区组成：9 个引导位“1”，10 个行奇校验位“P0-P9” ，4 个列奇校验位“PC0-PC3”,40 位数据位“D00-D93”和一个停止位 “0”。9 个引导位是出厂就掩膜到晶片内的，其值为 111111111。当它输出数据流时，首先是输出 9 个引导位，然后是 10 组由 4 个数据位和 1 个行奇校验位组成的数据串，之后是 1 组由4 个列奇校验位组成的数据串，最后是停止位“0”,“D00-D13”是一个 8 位的晶片版本号或 ID 识别码。“D20- D93” 是 4 组 32 位的晶片信息，即卡号。当 ID 卡得电初始化后，便依次将这 64 位数据反复输出，直到卡片离开基
8、站读写器失电为止。图 1.1 ID 卡工作原理框图图 1.2 ID 卡内部阵列存储空间结构1.1.2 读卡器简介本次课程设计所研究 ID 卡读卡器设计，是 RFID 技术的具体应用，其原理等同于 RFID 技术的原理。RFID 技术的基本工作原理：应答器进入磁场后，接收读卡器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；读卡器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。一套完整的 RFID 系统，是由读卡器(Reader)与电子标签(TAG)也就
9、是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是 Reader 发射一特定频率的无线电波能量给 Transponder，用以驱动电路将内部的数据送出，此时 Reader 便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。以 RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成，感应偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)两种, 一般低频的 RFID 大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。基本工作方式分全双工和半双式以及时序系统。在全双工和半双工系统中，在读卡器接通高频电/磁
10、场的情况下应答器的应答响应发送出去的。因为与读卡器本身的信号相比，在接收天线上的应答器的信号很弱的，只有使用合适的传输方法，才能有效区分应答器的信号与读卡器的信号。现实生活中，人们对应答器到读卡器的数据传输往往使用读卡器发射频率的谐波，负载调制，或者有副载波的负载调制，在市场上不难找到相对应的产品。时序方法则相反，阅读器的电/磁场短时间周期的断开，这些间隔被应答器识别出来，并被用于应答器到阅读器的数据传输。缺点就是:在阅读器发送间隙里时，应答器的能量供应中断，这就必须通过装入大容量的辅助性电容或辅助电池进行补偿。读卡器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是 RFID 系统信息控制和处
11、理中心。读卡器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。读卡器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。 在实际应用中，可进一步通过Ethernet 或 WLAN 等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是 RFID 系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。1.1.3 编码简介射频识别系统完全可以把它认为是一个数字通信系统，从读卡器向应答器的传输可以分为三个主要功能模块：依次是阅读器中的信号编码(信号处理)和调制器(载波电路)，传输介质(通路)，以及应答器中的解调器(载波
12、回路)和信号译码(信号处理)。信号编码系统的作用是使要传输的信息和它的信号表示尽可能最佳地与传输通道的性能相匹配。这种处理可以对信息提供某种程度的保护，以抗干扰或防信息碰撞，以及对信息某种特征的蓄意改变。常用的编码方式有：NRZ(反向不归零制)编码、曼彻斯特(manchester)编码、单极归零制编码（Unipolar RZ）、差动双相编码(DBR)、米勒编码(miller)、差动编码和脉冲-间隙(PP)编码。本设计所采用的是曼彻斯特(manchester)编码：在半个比特周期时的负边沿表示二进制 l，半个比特周期中的正边沿表示二进制 0。曼彻斯特编码在采用副载波的负载调制时经常用于从应答器到
13、阅读器的数据传输。1.2 课程设计目的（1）熟悉和掌握 RFID 的一般组成和工作原理；（2）认识 RFID 技术的特点及优势；（3）初步了解到 RFID 的应用现状和前景；（4）通过实验熟练掌握 RFID 课程设计的各工作部分的工作原理、低频，高频电路的一般调试方法；（5）进一步巩固实际动手能力，培养严谨的实验作风。1.3 课程设计设备PC 机，调试程序，硬件电路，数据线，ID 卡。1.4 课程设计模块组成ID 读卡器主要由 MCU(STC89S52)控制电路、射频基站(U2270)电路、串行通信(MAX232)电路、电源电路，蜂鸣器电路，复位电路等组成。（由于本次课程设计没有用到 1286
14、4 显示电路所以下面不做详细介绍。）1.5 课程设计流程 1.5.1 课程设计的设计流程 课程设计的设计流程：学习 RFID 和 ID 卡的相关知识，学习并看懂电路图，然后根据电路图焊接元器件，学习单片机的主程序，最后小组讨论交流，做出本次课程设计的报告。1.5.2 课程设计系统的工作流程 系统的工作流程：MCU 控制 U2270，对 ID 卡进行操作，然后根据所得到的数据对 MAX232 接口通信，把数据传给计算机。1.6 课程设计电路图电路图：2.课程设计硬件部分基于前面对读卡器原理的理论研究，设计了低频读卡器。本节将详细介绍读卡器的硬件电路设计、电路焊接等。2.1 硬件电路2.1.1 模
15、块一：MCU(STC89S52)控制电路MCU（Micro Controller Unit）系统微处理采用宏晶科技公司的 8 位单片机 STC89C52，该单片机是 8 位高性能 MCU，超低功耗；掉电模式下典型功耗#include #include #include #include #include sbit P12=P12; /蜂鸣器sbit P14=P14; /指示灯 sbit P13=P13;sbit P11=P11; /解码输入 sbit LCD_RS = P35; /寄存器选择输入 sbit LCD_RW = P36; /液晶读/写控制sbit LCD_EN = P34; /液晶
16、使能控制sbit LCD_PSB = P37; /串/并方式控制#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LCD_data P0 /数据口#define SPK P12 /蜂鸣器#define LED P14 /指示灯 #define LED2 P13#define INPORT P11 /解码输入 /用来区分脉冲宽度的参数#define TIME00 50#define TIME05 260#define TIME10 550uchar flag;unsigned long sum;int n=8;bit biti
17、n; /上一次的状态位unsigned char Buff30; /解码缓冲区unsigned char string10;unsigned char code dis1 = “临沂大学信息学院“; /8unsigned char code dis2 = “ 2013-2014-1“; /16unsigned char code dis3 = “ 期末考试“;/7unsigned char dis4 = “卡号：“; /6void lcd_pos(char X,char Y); /确定显示位置/*/* */* 延时函数 */* */*/void delay(int ms)int i,j;for
18、(j=0;j0;i-)amount=amount*16;sum+=amount;void printhex(unsigned char hex)/以十六进制格式输出 1 个字节unsigned char c;c=hex;c=c4;printchar(c);c=hex;c=cprintchar(c);/检测数据位unsigned char readbit()unsigned int mk=TIME10; /装入超时值TL0=TH0=0; /初始化计时器TR0=1; /开始计时while(-mk) /超时机制,防止死等if(bitin!=INPORT) /有跳变break;TR0=0; /停止计时
19、if(mk=0) /超时退出return 0;bitin=INPORT; /保存状态mk=TH0*256+TL0; /计算这样跳变的脉宽if(mkTIME05)/列奇校验位j=0;for(i=0;i4 Buff1=(Buff4 Buff2=(Buff6 Buff3=(Buff8 flag=1;SPK=0;LED=0;LED2=1;n=8;sum=0;lcd_pos(3,3);for(i=0;i4;i+) /串口输出并且 LCD 显示printhex(Buffi);string0=sum/1000000000+0x30;string1=sum%1000000000/100000000+0x30;string2=sum%100000000/10000000+0x30;string3=sum%10000000/1000000+0x30;string4=sum%1000000/100000+0x30;
