*实践教学*XX理工大学计算机与通信学院2013年秋季学期RFID应用技术课程设计题 目： 基于高频RFID的学生考勤系统 院 系： 计算机与通信学院 专 业： 计算机科学与技术（物联网工程方向） 姓 名： XXX 学 号： XXXXX 指导老师： XXXXXX 成 绩： 目 录摘 要2前 言3一、案例描述:41.1RFID的定义41.2 RFID系统的组成41.3 RFID技术的基本工作原理61.4RFID高频相关的国际标准71.5 高频(工作频率主要为13.56MHz)8二、需求分析8三、整体描述和实现：91.硬件设计92.软件设计123.程序代码144.运行结果29总 结31参 考 文 献32摘 要本次课程设计主要是设计基于高频的学生考勤系统，利用上位机的Microsoft visual stdio 2008、Microsoft Ofice Access 2000等软件来编写学生考勤系统需要的代码，绘制相关界面以及创建数据库。同时，使用北京奥尔斯电子科技有限公司的RFID综合实验系统的试验箱，使用实验模块上的高频读卡区实现对高频卡ISO15693的识别，其中读卡区主要由7970A，F2370，MAX3232，天线等组成。此次课程设计主要分为四步，第一步是在上位机上绘制登陆界面、读卡界面、学生信息界面等，第二步是在PC机上建立数据库，并在VS中与数据库连接，第三步是编译程序，通过后与实验箱连接，烧写程序，第四步是读卡，通过读卡就可以看见卡片上的相关信息显示在我们绘制的界面上了。通过此次课程设计使我加深了对单片机的理解，明白了单片机在该系统中的作用，并且熟悉了实验箱的电路板。关键词：学生考勤；考勤器；RFID卡前 言 随着电子技术的发展，智能卡RFID在生活中随处可见。而射频识别卡(简称射频卡、RFID卡)正逐渐取代传统的接触式IC卡，成为智能卡领域的新潮流。RFID卡由于成功结合了射频识别和IC卡技术，解决了无源（卡内无电池）和免接触的难题，因此，具有磁卡和接触式IC卡不可比拟的优点。RFID卡由IC芯片、感应天线组成，完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分。学生考勤系统设计利用无线射频识别技术，实现对学生进行考勤、记录等功能。 通过点名、磁卡和接触式IC卡的等方式对学生的到课情况进行考勤、记录管理，既耗时又容易相互干扰；而非接触式RFID学生考勤系统实现了利用无线射频识别技术对学生考勤管理，既方便快捷，又省时。学生考勤系统由应答器和阅读器组成，其中应答器由标签（即卡片）构成，阅读器（读卡器）由射频卡基站器件及其支撑电路、主控器件及其支撑电路和外围接口电路（键盘、液晶、时钟、和串口模块）构成。一、案例描述:1.1RFID的定义无线射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种非接触的自动识别技术，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。它基本由三部分组成：标签(Tag)、阅读器(Reader)和天线(Antenna) 1.1.1.RFID电子标签(Tag，或称射频标签)：由芯片及内置天线组成。芯片内保存有一定格式的电子数据，作为待识别物品的标识性信息，是射频识别系统真正的数据载体。内置天线用于和射频天线间进行通信。 1.1.2阅读器：读取或读/写电子标签信息的设备，主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。 1.1.3天线：标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。 RFID射频识别是英文Radio Freqency Identification的缩写，它是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个识别卡， 操作快捷方便。 RFID射频识别是一种世界上较为领先的技术：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。1.2 RFID系统的组成一个RFID 系统 通常有两个组件组成： 图1 RFID系统基本原理模型图 收发器（transponder）或者标签（Tag）：位于或者通过某种物理手段附加于被识别的对象之上； 讯问器（interrogator）或者阅读器（reader）：取决于设计和所采用的技术，可以是阅读或者读写设备。 图 2 RFID系统 阅读器通常包含一个射频模块 (发射器和接收器)，一个控制单元和一个与收发器的耦合单元。另外，某些阅读器还包含其他数据接口系统 (RS 232, RS 485,TCP/IP等)，以便将数据转发到其他系统。 标签：表示RFID系统的实际数据载体，通常有一个耦合单元和一个电子芯片组成。标签通常不具备自身电源供应，当它不在质询器的质询范围时，整体呈被动状态。它只有在质询器的质询范围之内才被激活。激活雷达收发器的电力通过耦合单元传输给收发器，所需的数据和时钟脉冲也是如此。 图 3 RFID天线 1.3 RFID技术的基本工作原理 RFID技术的基本工作原理：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。当标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，标签凭借感应电流所获得的能量为自身供电并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），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），读写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。 图 4 读写器的原理图 RFID标签和读写器之间采用无线通信方式传递信息。其基本的通信方式有两种，第一种基于电磁耦合或者电感耦合，第二种基于电磁波的反向散射耦合。 1、 电感耦合：变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。 图 5 读写过程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。 图 6 读写原理 电感耦合方式一般适合于高、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1020cm。电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、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标签与读写器之间的耦合通过天线完成，天线通常可以理解为电波传播的天线，也指电感耦合的天线。数据在读写器和标签之间用无线方式传递，噪声、干扰以及失真与数据本身一样传递。与其他通信系统相似，技术上必须保证数据被正确传递和恢复。数据传递有同步和异步之分，在RFID系统中，码流结构也要适应信道特性的要求，码流结构化过程称为信道编码。对于RFID系统，信道编码必须对用户透明，现在有各种不同的信道编码方法，其特点也不尽相同。为了通过空间有效传递数据，要求将数据调制在载波上，这一过程称为调制。常用的调制方法有ASK、FSK和PSK。1.4RFID高频相关的国际标准 该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀或者印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。 高频段射频标签目前具有全球统一13.56MHz的工作频率。该频段的射频标签称为高频标签。是目前实际应用最多且技术最成熟的射频标签技术。 相应的国际标准： (1) ISO/IEC 14443 A/B近耦合IC卡，最大的读取距离为10cm (2) ISO/IEC 15693（兼容于ISO/IEC 18000-3）疏耦合IC卡，最大的读取距离为1m； (3) ISO/IEC 18000-3该标准定义了13.56MHz系统的物理层，防冲撞算法和通讯协议。； (4) EPC C1 HF定义13.56MHz符合EPC的接口定义； (5) Ubiquitous ID 其中EPC C1 HF兼容于ISO/IEC15693，而ISO15693兼容于ISO18000-3的mode 1; 1.5 高频(工作频率主要为13.56MHz) 高频下识别卡不需要绕制线圈，可以通过印刷的方式制作天线。识别卡一般是负载调制的方式工作，也就是通过识别卡的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现远距离识别卡对天线电压进行振幅调制。就频率而言，高频RFID具有以下特性： 工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22米。 除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。识别卡（感应器）需要离开金属一段距离。 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。 该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个识别卡。 可以把某些数据信息写入识别卡中。 数据传输速率比低频要快且价格不是很贵。 高频RFID主要应用有： 航空包裹的管理和应用、瓦斯钢瓶的管理应用、预收费系统、酒店门锁的管理和应用、大型会议人员通道系统、固定资产的管理系统、医药物流系统的管理和应用、智能货架的管理 二、需求分析 此次课程设计我选择北京奥尔斯电子科技有限公司的RFID综合实验系统内的高频模块来完成读卡，运用了C+的编程方法来完成界面以及与实验箱的连接，采用RS232接口实现PC机与实验箱的连接，以下是我的应用程序结构图：图 7 流程图对于数据的存储我选用的是微软的Access，实现对卡号，学生的专业，学号等的数据存储以及登陆时的所有用户。三、整体描述和实现： 考勤系统的核心是射频卡读卡器，而射频卡读写器的关键是射频卡基站器件，该器件主要完成数据的调制、发射和射频接收以及数据解调任务。从射频识别卡的使用方便、交易速度快、便于维护和使用寿命较长等优点来看，射频识别卡正在逐渐替代目前广泛使用的接触式IC卡。这里所设计的学生考勤系统实现了方便、快捷、省时的学生考勤管理功能。1.硬件设计本统的设计主要分为两大部分，一部分是考勤器的软、