射频识别课程设计

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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几 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机械或光学

2、接触。RF I D ( Rad i o Fr e quenc y I d ent i f i c at i on )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

3、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41.1.1 ID卡简介41.1.2读卡器简介51.1.3编码简介61.2

4、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

5、设计相关简介111 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HIDM0T0R0LA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

6、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“P0P9”，4个列奇校验位“PC0PC3”，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

7、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”，“D00D13”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。C0IL1C0IL2VDDCsupvssstEil整讦.ac2*行数抠镣fl:-.7走时仲AC11r-TPU据 石图1.1 ID卡工作原理框图1 1 1 18个版本位或用户ID32个数据位1 11 DOO DOI D

8、02 D03DIO Dll D12 D13D20 D21 D22 D23D30 D31 D32 D33D40 D41 D42 D43D50 D51 D52 D53D60 D61 D62 D63D70 D71 D72 D73D80 D81 D82 D83D90 D91 D92 D93PC39位头-4个数据位和相关 的行偶校验位4个列偶校验位， 没有行校验位图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

9、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(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

10、上可以分成，感应偶合 （Induetive 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

11、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

12、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

13、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

14、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U

15、2270,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：7盘霍D 7J ci巳4 2戈Xf- 125 Id竝InpiirCiipnc ilnr 化:同Ciifkjci lir Cljjpl屈=3円阳旳IWnFJ：-64 - Lkbis!12 nFZZdiaF2. 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211模块一：MCU(STC89S52)控制U电路MCU (Micro ControllerUnit)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0.1 微安，空闲模式下典型功耗2毫安，正常工作模式下典型功耗4-7毫安。具有 8k Flash存储器、512kB RAM、2k E“2P RO吐降低EMI功能、ISP (在系统可编程)功能。单片机内部的看