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1、钻具出入库自动检测系统钻具出入库自动检测系统毕业设计论文目 录1绪论11.1背景11.1.1传统管理模式的弊端11.1.2 RFID技术的崛起11.2目的和意义21.2.1目的21.2.2意义21.3RFID技术的主要应用21.4主要工作和任务32相关知识简介42.1RFID技术42.1.1读写器42.1.2电子标签52.1.3应用软件系统62.2MF RC50062.2.1MF RC500简介62.2.2MF RC500特性83系统设计与实现93.1系统总体架构93.1.1系统可行性分析93.1.2系统架构103.2硬件设计113.2.1USB通讯及电源模块设计113.2.2天线模块设计12
2、3.2.3微控制器设计143.3软件设计143.3.1主程序设计143.3.2显示屏程序设计183.3.3ISO14443标准协议程序设计214系统测试235结论26致 谢28参考文献29附 录30I钻具出入库自动检测系统设计1绪论1.1背景在当今的社会里，石油作为我们国家发展不可缺少的能源，对世界上的每个国家来说都有着举足轻重的地位。随着钻井市场竞争的日益激烈，我们对钻井技术的要求也越来越高，与此同时，我们对钻具的保护就要求更加严格。但是，在传统的管理模式中，管理员很难做到对每一种钻具一对一的管理，导致许多钻具因为各种原因“不翼而飞”，或者磨损得比较严重，甚至导致人们因为对钻具的使用情况不熟
3、悉而酿成不堪设想的后果。除此之外，在现在计算机技术飞速发展的社会里，RFID技术作为一种新崛起的高新技术进入我们的社会生活中，给我们带来了巨大的方便。所以，将RFID技术应用到我们的钻具管理模式中已经成为了钻进市场中的一种迫切需求。将RFID技术和IC卡系统技术相结合就形成了非接触式IC卡系统的产物。早期的IC卡是接触式的，有许多缺点，包括接触磨损，效率低，难维护等问题。而新的钻具管理模式就是采用非接触式的IC卡系统，相比早期的IC卡系统来说，具有操作方便，抗干扰强，可靠性高，安全性高等优点。1.1.1传统管理模式的弊端目前，在国内钻井市场日益激烈的情况下，人们对钻具的管理要求也越来越严格。然
4、而，传统的钻具管理模式实行钻具定队管理。人们为了节约成本，时间等一系列因素，要求无论钻井队伍在遇到什么样的钻井深度和井身机构的情况下，都只使用一套钻具，将全部自认为最好的钻具混在一起形成一套钻具，而不考虑钻具之间的配合是否合适。传统的管理模式导致许多好的钻具不能合理的利用，甚至许多钻具磨损得更加严重，使钻具在用的过程中失效，导致事故的发生。此外，没有对这些钻具进行跟踪分析，很可能导致许多钻具在使用的过程中或者在使用后就不见了，下次再需要的时候又要浪费时间来对这套钻具进行配套。1.1.2 RFID技术的崛起随着社会的进步和计算机技术的飞速发展，自动识别技术渐渐进入我们的社会生活中，其中射频识别技
5、术作为这些识别技术中的一种新型技术，在国内市场中迅速崛起，被誉为未来取代条形码标签最具潜力的技术。近年来，RFID技术带来的产品不断的进入到我们的社会生活中，其中非接触式的IC卡系统就是一个显著地例子。门禁系统，食品溯源，博物馆应用，上海世博会门票等一系列产物都与该技术有着密不可分的关系。物联网已被确定为中国战略性新型产业之一，而射频识别技术作为物联网发展的最关键的技术，随着物联网的发展，射频识别技术也将得到很好的利用。1.2目的和意义1.2.1目的为了使钻具资源得到合理的利用，使钻具的生命周期更长，新的钻具管理模式取代传统的钻具管理模式是势在必行的。只有用新的管理模式对这些钻具做到“一对一”
6、的管理，以及跟踪分析，才能更好地利用这些资源。只有新的管理方式才能跟上钻井市场飞速发展的步伐。此外，RFID技术已经渐渐进入我们的社会生活中，将该技术应用到钻具的科学化管理中也是我们油田事业发展的一种标志。1.2.2意义基于RFID技术的钻具出入库自动检测系统不仅可以科学化地管理油田钻具，同时也是我们将RFID技术应用到我们社会生活中的一个具体的实践。该系统的设计，不仅可以方便管理员对石油钻具的管理和保护，还可以将该系统应用到其他行业中。设计和开发出的检测系统，对加快我们的经济建设和RFID技术的推广应用都有非常重大的意义。1.3RFID技术的主要应用随着人们对RFID技术的不断尝试和使用，射
7、频识别技术的理论知识得到丰富和完善，在人们生活中应用越来越多。由于不同频段的RFID产品有着不同的特性，因此不同频段的RFID应用到不同的领域中。首先是低频段的RFID主要应用的领域有：（1） 畜牧业的管理系统；（2） 自动收费系统和车辆管理系统；（3） 自动加油系统的应用；（4） 门禁和安全管理系统等。其次是高频段的RFID主要应用的领域有：（1） 图书管理系统的应用；（2） 智能货架的管理；（3） 服装生产线和物流系统的管理和应用；（4） 固定资产的管理系统等。最后是超高频段的RFID主要应用的领域有：（1） 供应链上的管理和应用；（2） 集装箱的管理和应用；（3） 航空和铁路包裹的管理和
8、应用；（4） 后勤管理系统的应用。1.4主要工作和任务本课题做的基于RFID技术的钻具出入库的自动检测系统主要是以STC89C54RD+单片机作为微控制器，以射频识别技术为核心的系统，系统中采用的是飞利浦公司中的MF RC500芯片作为整个射频识别系统的读写器。不仅涉及到了该系统的总体架构，系统工作原理，以及对硬件的设置，软件的编程，产品的调试。设计出的系统不仅可以识别卡的型号，也就是钻具的名称，还能识别钻具卡的ID，相当于钻具的编号。还可以利用应用软件管理系统对该识别卡进行读或写的操作。该系统主要是利用USB接口供电，同样是利用USB接口与应用软件系统连接通信。本设计最后能够达到的系统指标主
9、要有：（1） 显示系统：能够在LCD显示屏上看到钻具卡的信息；（2） 识别卡的信息：当识别卡进入到系统的工作范围内时，显示屏上能够正确显示卡的型号（钻具名称）和ID（钻具编号）。（3） 唯一性：两张不同的卡进入到系统的工作范围内时，卡的型号（钻具名称）可以相同，但是卡的ID（钻具编号）不能够一样。（4） 读写识别卡信息：可以利用应用软件系统对识别卡进行读和写的操作。设计本系统主要涉及到技术难点主要有：（1） STC89C54RD+单片机作为微控制器的程序设计；（2） 读写器与电子标签通信标准的程序设计；（3） 应用软件系统的设计；该系统设计完毕后，与不同的应用软件系统相连接可以将之投入到不同的
10、行业中。该系统不仅可以应用到石油钻井市场中，还可以应用到食品溯源，仓库管理，小区停车等。2相关知识简介2.1RFID技术RFID技术是射频识别技术（Radio Frequency IDentification）的简称，又称电子标签，是一种通信技术，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，是一种非接触式通信的典型例子。一般可以分为低频（125K134.2K），高频（13.56MHz），超高频等技术。一个完整的RFID系统主要包括三个方面：读写器，电子标签，以及天线。除此之外，一般还要在PC机上建立一个应用软件系统，主要是用来对收集到的数据进行处理。图 2.1 读写器与电子标签的通信2.1.
11、1读写器RFID读写器又被成为“RFID阅读器”，通过射频识别信号自动识别目标对象并获取相关数据，不需要人工的操作，可以识别高速运动的物体以及可以同时识别多个标签，使整个系统运行操作更加简单方便。RFID读写器通过天线与电子标签进行无线通信，可以实现对电子标签的读操作和写操作。如今的社会上有着许多种读写器，主要可以分为低频读写器，高频读写器，超高频读写器，双频读写器（所谓的双频读写器就是指该读写器可以支持两种协议的读写），防爆读写器等。射频识别技术发展到如今的地步，有许多种芯片可以制成不同的读写器。本课题研究的是利用飞利浦公司的MF RC500芯片制作的可以支持ISO14443A标准协议的读写
12、器。一般的读写器可以包括手持式的读写器和固定式的读写器。现如今不同的RFID读写器出现在社会的不同领域中，超市中的食品保护，门禁系统的人员识别，停车场的车子的保护和防盗等，发挥着不同的作用。 图 2.2 社会上的各种读写器2.1.2电子标签这里的电子标签是指纯粹的标签，常常又被叫做智能标签。电子标签也是一个芯片，该芯片不仅内部存有天线，芯片中还存储着能够识别目标的信息。RFID标签具有很多种优点，包括存储的信息量大，信息接收传播性强，非常持久，种类繁多等。甚至现在有些电子标签具有读写的功能，能够非常及时地更新标签的数据。RFID电子标签在制作时具有唯一的卡片序列号，而且该序列号无法复制，不可能
13、出现两张一模一样的RFID电子标签，所以该标签具有很强的防伪性。电子标签还具有防冲突性，因为一个RFID读写器经常在同时访问多个电子标签，不会因为多个标签而数据发生冲突而改变。电子标签根据不同的标准可以分为不同的种类。首先根据工作频率可以分为低频电子标签，中高频电子标签，超高频和微波电子标签；其次根据其电能消耗可以分为有源式电子标签和无源式电子标签；最后还可以根据其应用可以分为物流标签，图书标签，防金属标签等。 图 2.3 常见的电子标签2.1.3应用软件系统移动数据管理系统就相当于是一个应用软件系统，而本次课题设计的上位机测试软件就是一个应用软件系统，由于时间的关系，该软件系统不是自己设计的
14、，是在网上寻找的一个射频读卡器的应用软件系统，所以在功能上与本课题涉及到的钻具没有太大的关系，但是这并不关系到读写器与应用软件系统的通信，因为整个系统的软件设计都是参照该应用软件来设计的，所以制作的硬件设备基本上能够与该软件系统进行通信，甚至使用其功能。对于不同的领域，RFID将发挥不同的作用，所以也需要不同的应用软件系统来对数据进行管理。（1） 一卡通服务：拥有一人一卡一序列号，钱包初始化，充值，扣钱等功能；（2） 考勤管理：用户名称，打卡时间，打卡次数等功能；（3） 仓库管理：管理员登录，物品名称，出入情况等；（4） 校园图书馆管理：用户名，借阅时间，借阅书籍等功能；（5） 门禁系统管理：
15、用户名，用户权限，用户地址等功能；2.2MF RC500MF RC500是飞利浦（Philips）公司中应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系统中的一员，该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。此外，MF RC500还支持ISO14443A所有的层。该芯片内部包括并行微控制器接口，双向。方便的并行接口可以直接与任何8位微控制器相连接，这样可以给读卡器和终端的设计提供更多的灵活空间。该芯片相对于其他的芯片来说，应用范围更加广泛，资料更加齐全，更适合做本次设计的读写芯片。2.2.1MF RC500简介MF RC500是飞利浦公司制造的芯片之一，它包括了32个管脚信息，64个寄存器及其并行接口。首先其32个管脚主要有三种类型，分别是输入型，输出型，电源型。包括中断请求，两个发送器，片选，读，写，电源，数据总线，地址线，接收器等。每个引脚都有自己的功能，正是这些引脚的选择不同，才会体现出该芯片的功能。图 2.4 MF RC500管脚配置其次该芯片内部包含了64个寄存器。主要包括了命令和状态，控制和状态，发送器和编码器控制，接收器和编码器控制，时序和信道冗余，FIFO定时器
