RFID设计报告工科毕业设计

编号：D甲0102010山东省大学生电子设计竞赛D题RFID打卡器和射频卡设计4RFID打卡器和射频卡设计摘要：本文将阐述了以飞利浦公司的MFRC500芯片和Mifare1ICS50芯片等元件为核心器件设计的RFID打卡器和射频卡。该系统是基于ISO/IEC14443A标准，工作频率为13.56MHz的非接触式—-近耦合的射频卡。该识别卡的最大识别距离将高于500mm；当射频卡接近打卡器的识别距离时，打卡器识别到射频卡，并发出声音提示，同时，将射频卡的类型以及相关信息返回并在LCD1602上显示，信息内容丰富。软件以VB编写的上位机部分与下位机通过RS232串口通讯，进行人机交流。系统打卡器RF信号功率大于1W,识别信号的输出功率高于0dB，识别信号的信噪比大于50dB。关键词：RFID；MFRC500；Mifare1ICS50；AT89C52；天线5目录1.方案比较与论证...............................................................................错误!未定义书签。1.1RFID技术概述.................................................................错误!未定义书签。1.2系统总体方案...................................................................错误!未定义书签。1.4打卡器模块.......................................................................错误!未定义书签。1.4射频器模块........................................................................错误!未定义书签。1.5微控制器选择...................................................................错误!未定义书签。2.硬件系统设计...................................................................................错误!未定义书签。2.1打卡器电路设计...............................................................错误!未定义书签。2.1.1基站电路部分......................................................错误!未定义书签。2.1.2时钟电路部分......................................................错误!未定义书签。2.1.3天线及匹配电路部分.....................................................错误!未定义书签。2.2功率放大电路的设计........................................................错误!未定义书签。2.3射频卡的设计...................................................................错误!未定义书签。2.4电源电路的设计...............................................................错误!未定义书签。2.5PC机通信模块设计..........................................................................................52.6系统防干扰措施............................................................................................................53.软件系统设计.............................................................................错误!未定义书签。4.测试.............................................................................................错误!未定义书签。4.1测试所用仪器设备............................................................错误!未定义书签。4.2指标测量.......................................................................错误!未定义书签。4.2.1频率测量......................................................................错误!未定义书签。4.2.2周期测量......................................................................错误!未定义书签。4.2.3时间间隔测量..............................................................错误!未定义书签。4.2.4误差分析......................................................................错误!未定义书签。5.总结.....................................................................................................错误!未定义书签。6.参考资料...........................................................................................................................107.附录...................................................................................................................................11RFID打卡器和射频卡设计一、方案比较与论证1.1RFID技术概述射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）技术是近几年发展起来的一项新技术，它成功地结合射频识别技术和IC卡技术解决了无源（卡中无电源）和免接触的难题，是电子信息技术领域的一大突破。射频识别技术是一种非接触自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合(电感或电磁耦合)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。1.2系统总体方案本设计主要包括两大部分：打卡器部分与射频卡部分。整体设计方案以AT89S52为控制中心，通过控制MFRC500进行控制与通信。射频卡由线圈和MF1ICS50芯片组成。+1.3打卡器模块射频读写主芯片的选择方案一：采用Atmel公司的AT86RF230。AT86RF230是低功耗2.4GHz无线电收发器且具有业界最好的RF性能，是SPI到天线的良好解决方案，适合远距离通信，但价格稍贵，市场难买到。方案二：采用飞利浦公司的MFRC500。MFRC500可支持ISO14443A所有的层,便于系统开发。载波频率为13.56MHZ，操作距离可达100mm，且应用较为广泛。综合考虑，成本,题目要求，载波频率，市场购买方便程度等方面因素，决定采用飞利浦的MFRC500芯片来设计方案。1.4射频卡模块采用飞利浦公司的MF1ICS50。使用Mifare芯片的RFID卡占世界范围同类智能卡销量的60%以上，市场价格便宜且购买方便，且符合ISO/IEC14443近耦合IC卡A类卡的标准要求。MF1ICS50芯片具有许多优良的特性，具有先进的数据通信加密和双向密码验证功能，还具有防冲突功能。因此选用本芯片。1.5微控制器选择AT89s52扩展接口（LCD，键盘）电源电路串行通信接口MFRC500高频滤波电路匹配电路天线线圈晶振电路系统整体框图图1接收电路Pc机射频卡4方案一：采用传统的8位的51系列单片机作为系统控制器。AT89S52单片机是一款具有ISP/IAP功能的单片机，它的片内具有64K字节Flash程序存储器、1K字节数据存储器、3个16位定时/计数器，6个中断、1个全双工串行口等资源。无论是从内部构造还是编程方面51系列单片机都相对简单，容易掌握和使用。方案二：采用AVR等16位或者更高位单片机，程序存储器更大，运算速度更快，但是性价比不适合设计要求。综上分析，由于AT89S52足以满足我们的需要，并且价格相对低廉，因此，微控制器模块选择方案一。二、硬件系统设计2.1打卡器电路设计打卡器是本设计的关键部分，主要包括基站部分、时钟电路部分、滤波电路和天线及其匹配电路部分。下面逐个部分进行分析。2.1.1基站部分系统的基站单元采用PHILIPS公司生产的MFRC500芯片。MFRC500是与射频卡实现无线通信的核心部件。芯片需要13.56MH时钟源，所以芯片的OSCIN和OSCOUT脚外接13.56MH晶振电路。芯片的D0~D7接单片机的P0口以完成数据的互传。RX和VMID脚接外围接收电路，实现数据的接受。TX1和TX2脚接外围天线匹配电路的滤波部分，以实现信号的发送工作。NWR、NRD读写脚接单片机实现数据的读写控制。ALE、NCS使能脚和片选脚接到单片机，实现单片机对其控制。电路如图2所示。OSCIN1IRQ2MFIN3MFOUT4TX15TVDD6TX27TVSS8NCS9NWR10NRD11DVSS12D013D114D215D316D417D518D619D720ALE21A022A123A224DVDD25AVDD26AUX27AVSS28RX29VMID30RSTPD31OSCOUT32U2MFRC500AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7ALEVCCVCCRC500_PDVMIDRXRC500_IRQTX1TX2RC500_CSWRRDY213.56MHzC1615pFC1715pFTVDDAVDD2.1.2时钟电路部分MFRC500内部集成了振荡器缓冲，需要连接外部的13.56MHz的石英晶体，以获取低相位抖动。由于提供给MFRC500的时钟要作为同步系统的编码器和解码基站电路图25器的时间基准，因此频率的稳定性是正确执行的一个重要因素。特地在晶振两端并联两个15pF负载电容以促进振荡、稳定频率，使其获得最佳性能。如上图4。2.1.3天线及其匹配电路部分本能模块电路包括EMC低通滤波器、接收电路、天线匹配电路和天线。为了获取稳定、可靠的射频信号，天线部分的电路设计非常关键。EMC低通滤波电路：MIFARE系统在13.56MHz频率下操作，石英晶振产生用于驱动MFRC500以及作为驱动天线的13.56MHz能量载波的基频，同时也会产生高次谐波，因此设计符合国际规定ENC的LC低通滤波器对输出信号进行滤波。滤波器由L1、L2、C11、C13组成，电感电容均采用MFRC500技术手册推荐参数元件，L1、L2为22uH，电容为47pF。电路参见图3。L12.2uHL22.2uHC1147pFC1347pFTX1TX2RX1TX1TG