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1、南南 阳阳 理理 工工 学学 院院计计 算算 机机 与与 信信 息息 工工 程程 学学 院院 专业综合大实验（二）专业综合大实验（二）总结报告总结报告题目：基于单片机的 RFID 读写器电路设计姓 名： 孔令盼 学 号： 1106654004 专 业： 计算机科学与技术 指导教师： 杜太生 起止日期： 12.12.1013.01.06 南南 阳阳 理理 工工 学学 院院计计 算算 机机 与与 信信 息息 工工 程程 学学 院院 专业综合大实验（二）任务书专业综合大实验（二）任务书实践题目基于单片机的 RFID 读写器电路设计学生姓名孔令盼班级2011060701学号1106654004指导教师
2、杜太生职称教授实践地点计算机基础实验中心实践日期2012 年 12 月 10 日起至 2013 年 1 月 6 日选题的目的： RFID 是当今世界先进的射频技术和身份识别技术相结合的产物，是世界上最近几年发 展起来的一项新技术，它成功地解决了无源和免接触这一难题，使标志身份的卡片在靠近 读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作。由于 RFID 技术使用方便、抗干扰性强、可靠 性高、安全性好的特点，广泛应用于公交、收费、门禁系统、考勤系统等领域。通过本次 综合大实验，可以使学生了解有关 RFID 的知识，综合应用已学知识，完成单片机系统电路 的开发；可以加深对所学的知识进一步理解和掌握，同时也培
3、养了理论联系实际的能力。技术要求： 1、利用 Keil uVision 开发软件，结合 protel 软件和单片机的相关知识，开发电路。 2、系统的主要功能有： (1) 寻卡：能对不同类型的卡做出相应； (2) 数据读与写：能向卡上写入数据和读出卡上的数据； (3) 读卡速度：0.5 秒可完成一次打卡过程，读卡距离 10 厘米以内; (4) 防冲突：当同时有两张以上卡读写时能保证读写正确;进度安排： 2012 年 12 月 10 日2012 年 12 月 23 日 了解相应的硬件知识; 2012 年 12 月 24 日2013 年 01 月 02 日 利用 Protel 软件设计硬件电路; 2
4、013 年 01 月 03 日2013 年 01 月 06 日 撰写报告，答辩验收;主要参考资料：1 谭民等.RFID 技术系统工程及应用指南M.北京：机械工业出版社.2007.4；2 郎为民.射频识别（RFID）技术原理与应用M.北京：机械工业出版社.2006.8；3 韦龙新， 高玉玲. 一种近距离 RFID 读写器的设计J.信息通信.2011 年 03 期教师签名： 年 月 日目目 录录1 引 言.12 系统设计方案分析.12.1 读写器基本原理.22.2RFID 读写器各模块方案.32.3 总体方案确定.43 硬件电路设计.53.1 单片机控制部分.63.2 射频处理模块.73.3 天线
5、部分.83.4 声音提示及显示部分.83.5 键盘模块.94 硬件测试运行.104.2 读卡器的工作原理.104.2 硬件测试操作.125 总结.176 参考文献.1811 引 言无线射频识别技术是 20 世纪 90 年代开始兴起并逐渐成熟的一种识别技术，是一项利用射频信号通过空间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的技术。RFID 是无线射频识别技术英文 Radio frequency identification 的缩写，一套完整 RFID 系统由 Reader 与 Transponder 两部份组成 ,其动作原理为由 Reader 发射一特定频率之无限电波能量给Trans
6、ponder,用以驱动 Transponder 电路将內部之 ID Code 送出，此时 Reader便接收此 ID Code。Transponder 的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且晶片密码为世界唯一无法复制，安全性高、长寿命。RFID 的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盜器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。RFID 标签有两种：有源标签和无源标签。 本次实验的任务是使用基于单片机一种 RFID 读写器电路的设计，包括单片机系统电路设计，射频部分电路设计，天线部分电路设计以及显示和按键等模块电路的设计。2 系统设计方案分析RFID 读写器以射频识
7、别技术为核心，读写器内主要使用专用的读写处理芯片，它是读/写操作的核心器件，其功能包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。其内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制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收/发器、数据缓冲器、防碰撞模块和控制单元。这是与智能IC 卡实现无线通信的核心模块，也是读写器读写智能 IC 卡的关键接口芯片。读写器工作时，不断地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 LG 串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LG 谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。在这个电
8、容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。当电容器充电达到一定电压值时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电2压，将卡内数据发射出去或接收读写器发出的数据与保存。2.1 读写器基本原理RFID 的工作原理射频识别系统的基本模型如图所示。其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。(1)电感耦合。变
9、压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定 律，如右图所示。(2)电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz 和 1356MHz。识别作用距离小于 1m，典型作用距离为1020cra。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，245GHz，58GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为 3l0m。RFID 读写器技术原理图:3图 1 R
10、FID 读写器系统结构示意图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、解码后送至后台计算机；(5) 后台计算机根据卡号的合法性，针对不同应用做出相应的处理和控制。2.2RFID 读写器各模块方案(1)控制器方案根据综合分析，系统设计方案如下：RFID 读写器以 STC12C5A32S2 单片机作为微控制器，采用 MF-RC500 芯片作为射频卡读/写模块，采用 DS1302 作为系统时钟，以 AT24C64 作为不掉电存储器，采用 LCD 显示，并以 RS232 接口和计算机通信，组成一套功能齐全的非接触 IC 卡读写系统。当 IC 卡在天线区域经过时，单片机自动需求对 IC 卡进行读写，再把读/写卡的时间一起存到存储器中，计算机可以通过串口把相关读/写卡信息读到计算机上，再进行统计、报表和打印输出等。(2)RFID 读卡芯片方案随着 RFID 市场的迅猛增长，各大传
