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 D02 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(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。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