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《信息识别技术》期末考试题目基于FRED技术的ID卡应用学名田亚婷专业班级电子信息1102学号541101030234院（系）电气信息工程学院完成时间2014-05-15AbstractInrecentyears,automaticidentificationtechnologydevelopedrapidly,especiallywiththerapiddevelopmentofelectronictechnologyandmanufacturingtechnologycontinuestoprogress,usingradioandradartechnologytoachieverapiddevelopmentofRFIDtechnologyinlogistics,commerceandtrade,accesscontrolsecurity,identificationtechnicalandmedicalfieldsofapplicationareextremelybroadsupportandapplications.IntroductionThissectiondescribesthedevelopmentandcurrentstatusofICcards,thefirstchapterdescribesthedesignofthismajorworkandtasks.Definedthemission,thesecondchapterintroducestheICcardsystem,thatis,ICcardandcardreaderworks,thenthedesignchoicesandarguments,decidedtouseAT89C2051MCUasasystemcontrollerratherthantheFPGA,andthendescribeofthisnon-contactICcardandthedesignofICcardsaregiventhehardwarechart.Inthethirdchapterintroducesthehardwareofthesystemfollowedbythedesign,thatis,theproductionoftheantenna,rectifiercircuits,voltageregulatorcircuits,microprocessorcircuits,switchcircuits.Thischapterdescribesthedesignofsoftwarecomponents,firstofallusethisdesigntothebasicknowledgeofSCMmadeadetailedintroduction,whichincludestimingcontrolregister(TCON),workregister(TMOD),interruptedtoallowcontrolregister(IE),serialcommunicationserialportregistersandcontrolregisters,andthenexpoundsontheICcardmicrocomputerprogrammingideasand,finally,thisdesignmadewithtranspondercodeprogram.Keyword:non-contactICcardreaderAT89C2051radiofrequencyidentificatio题目1本课题设计的主要工作和任务非接触式IC卡代表了IC卡发展的方向，同接触式IC卡相比其独有的优点使其能够在绝大部分场合代替接触式IC卡的使用，而在非接触式IC卡应用系统中非接触式IC卡是关键设备。根据课题设计的要求，本课题将设计一种电子标签，它本身无电源，通过天线从阅读器的射频场获取能量。这个标签含有的识别码，用来标识标签所涵盖的信息。当标签天线线圈靠近阅读器线圈时，标签被唤醒，通过射频耦合的方式获取能量，经过整流电路，将正负交替的正弦交流电压变换成单方向的脉动电压，然后通过稳压电路稳定输出电压，使输出电压不受其它因素的影响，在获得5V左右稳定的工作电源后，电子标签的单片机部分被激活开始工作，将所存储的信息转变为二进制数字信号输出，通过开关电路进行ASK调制，把已调信号传送到天线，电子标签与读写器之间通过天线实现数据传输。该IC卡完成后，能够作为学生身份识别卡，当IC卡靠近读卡器时，读卡器对IC卡上的信息进行识别，核对无误后显示该学生的学号。42IC卡系统方案设计与实现2.1IC卡介绍目前经常接触到的IC卡有两种：接触式IC卡和非接触式IC卡。接触式IC卡通过机械触点从读写器获取能量和交换数据；非接触式IC卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以又称射频卡。日前在社会上常见的事接触式IC卡，它具有存储量大，可实现一卡多用等功能。但是，这类卡的读写操作速度较慢，操作也不方便，每次读写时必须把卡插入到读写器中才能完成数据交换，这样在读写卡片频繁的场合就很不方便，而且读写器的触点和卡片上IC卡的触角暴露在外，容易损坏和搞脏而造成接触不良。非接触式智能卡又称射频卡，是近几年发展起来的新技术。它是根据高频电磁感应原理产生的，它的操作只需要将卡放在读写器一定距离内就能实现数据交换，他成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，将具有微处理器的集成电路芯片和天线封装与塑料基片之中。读写器采用兆频段及电磁感应技术，通过无线方式对卡片中的信息进行读写并采用高速率的半双工通信协议。其优点是应用范围广、操作方便。因此，在公交、门禁、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。目前我国引进的射频卡主要以PHILIPS公司的MIFARE卡为主。2.2读卡器基本原理非接触式IC卡读卡器以射频识别技术为核心，读卡器主要功能包括调制、解调、产生射频信号（本次设计因为是单向传输，所以读卡器不含调制电路）。其结构分为射频区和接口区：射频区内含解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机相连的端口，还具有与射频区相连的接收器、数据缓冲器和控制单元。这是与IC卡实现无线通信的核心模块，也是读卡器读取并且处理接受到的IC卡信息的关键接口部分。读卡器工作时，不断向外发出一组固定频率的电磁波，当有卡靠近时，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读卡器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容有了电荷。在这个电容的另一端，接有一个单向导电的电子汞，将电容作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去。读卡器的工作过程如下：（1）读卡器将载波信号经天线向外发送；（2）卡进入读卡器的工作区域后，卡内天线和电容组成的谐振回路接收5读卡器发射的载波信号，射频接口模块将其转换成电源电压、复位信号，使卡片激活；（3）存取控制模块将存储器中信息调制到载波上，经卡上天线送给读卡器；（4）读卡器对接收到的信号进行解调后送至单片机上进行比较处理。2.3总体方案论证2.3.1各模块方案的选择与论证控制器的选择：方案一：采用美国ATMEL公司生产的AT89C2051作为系统的控制器。AT89C2051单片机运算功能强、软件编程灵活、自由度大、可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等特点，使其在各个领域应用广泛。AT89C2051使我们熟悉的控制器，编程比较熟悉，易于掌握。方案二：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理优势得不到充分的体现，并且由于集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。由于AT89C2051控制器能够很好的实现该系统的各项功能，成本低，技术成熟，故采用方案一。2.3.2总体方案设计根据上述分析，本次制作的IC卡由天线、模拟电路部分、单片机控制部分组成。下图1为标签的系统结构图。天线用于发射和接收电磁波；模拟电路主要是开关电路、整流电路、稳压电路，用于获取能量并调制信号；单片机控制部分采用AT89C2051型号的单片机对卡内信息进行存储和发送。天线整流电路稳压电路微处理器89C2051开关电路6图2-1IC卡系统硬件结构当读卡器接通12V电源后稳压电路输出电压5V驱动13.56MHz晶振产生13.56MHz正弦波，产生的13.56MHz正弦波被输入到功放电路后经放大后在阅读器的天线线圈周围会产生高频的强电磁场。当IC卡线圈靠近阅读器线圈时，一部分磁力线穿过应答器的天线线圈。通过电磁感应，在应答器的天线线圈上产生一个电压Ui。将其整流后变为直流再送入稳压电路作为微处理器2051的电源。2051在通电之后会不停的通过p3.1口向外发送信号。2051发送的有高低电平变化的数字信号到达开关电路后，开关电路由于输入信号高低电平的变化就会相应的在接通和关断两个状态进行改变。开关电路高低电平的变化会影响应答器电路的品质因素和阻抗的大小。通过这些应答器电路参数的改变，会反作用阅读器天线的电压变化。3系统硬件设计与实现3.1天线的制作在RF装置中，工作频率增加到微波区域的时候，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。对于天线的要求：（1）足够的小以至于能够贴到需要的物品上；（2）有全向或半球覆盖的方向性；（3）提供最大可能的信号给标签的芯片；（4）无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配；（5）具有鲁棒性；（6）非常便宜。在选择天线的时候的主要需要考虑天线的类型、天线的阻抗以及天线的可读距离。73.1.1天线的类型RFID主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3种基本形式的天线.其中,小于1m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,它们主要工作在中低频段.而1m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的RFID天线,它们工作在高频及微波频段.这几种类型天线的工作原理是不相同的。根据本次课题的需求，我们采用线圈型天线。3.1.2线圈型天线的工作原理当IC卡天线线圈进入读卡器产生的交变磁场中,IC卡与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器,两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈.由RFID的线圈天线形成的谐振回路如图2所示,它包括RFID天线的线圈电感L、寄生电容Cp和并联电容C2′,其谐振频率为f=1/2π√L·C,(式中C为Cp和C2′的并联等效电容).RFID应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。本次设计用到的天线线圈谐振工作频率为13.56MHz。.图3-1IC卡天线等效电路图3.2整流电路整流电路是利用二极管的单向导电特性，将正负交替的正弦交流电压变换成单方向的脉动电压。在小功率的直流电源中，整流电路的主要形式有单向半波、单向全波和单向桥式整流电路。单向桥式电流使用得最为普遍。本次设计使用的整流电路为标准的桥式整流电路，由4个二极管构成，为了减小功率损耗，二极管最好选择导通压降为0.3V的锗二极管。此处C1的作用有LRUiCpU2C2RL8两个，一是滤除整流后电流中可能含有的高频成分；二是有一定的稳压作用。与VD1负极相连的导线作为电源的正极并与稳压电路联通。如图3所示：图3-2整流电路3.3稳压电路3.3.1电路原理交流电经整流后输出的电流具有较好的平滑程度，一般说来可以充当电路的电源。但是此时的电压值还是受到天线电压波动及负载变化的影响，即经整流后输出的电压由于各种因素的影响往往是不稳定的。为了使输出电压稳定，还需要增加稳压电路部分。稳压电路的作用就是自动稳定输出电压，使输出电压不受其它因素的影响。3.3.2元件资料本次设计用到了78L05，下面介绍一下78L05的相关性能：78L05是一种固定电压(5V)三端集成稳压器,其适用于很多应用场合.象