射频识别课程设计

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（RadioFrequencyIdentification）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机械或光学接触。RFID（RadioFrequencyIdentification）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.............................................41.1.1ID卡简介..............................................41.1.2读卡器简介.............................................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1.1.1ID卡简介ID卡全称为身份识别卡（IdentificationCard），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：85.5x54x0.80±0.04mm（高/宽/厚），市场上也存在一些厚、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，直到卡片离开基站读写器失电为止。图1.1ID卡工作原理框图图1.2ID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（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（ActiveTag，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(InductiveCoupling)及后向散射偶合(BackscatterCoupling)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（UnipolarRZ）、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12864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。