射频识别rfid节点技术设计及应用开发毕业论文设计Word文档下载推荐.docx
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读卡器;
TRF7960;
ISO14443A
RadioFrequencyIdentification(RFID)TechnologyNodeDesignandApplicationDevelopment
Abstract:
ThispaperSTC11F32XEmicrocontrollerasthecore,aradiofrequencyidentificationofthecardreaderisdesigned.Thedesign,magneticfieldcouplingantennaisprintedonPCBthroughthemagneticfieldinductiontocollectdataontheICcardsignal(analogsignalhere),thenthedatasignalwillbecollectedbytheantennabacktotheradiofrequencyidentificationchipTRF7960,thisdatasignalagainbepretreatmentedbyTRF7960,namelyoftheanalogsignaldigital,thenwillthedigitalsignalthroughserialcommunicationtransmittedtothewaySTC11F32XEmicrocontroller,12864LCDWwillbedrivedbySTC11F32XEmicrocontroller,willeventuallyICcardofdataoninformationdisplayedin12864ontheLCDpanel.
TheTRF7960chipworks,readerspecifichardwareandsoftwaredesignsolutions,ideasandimplementationaredetailedinthisarticle.Designfeaturestoachievethestepsincludeseekingcards,readersandinterruption,thereadercanachievethetypeofcardISO14443Arecognition.
Keywords:
Radiofrequencyidentification;
Non-touch-typeICcard;
Reader;
TRF7960;
ISO14443A
第1章绪论
1.1射频识别技术的研究和意义
RFID(RadioFrequencyIdentification)无线射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术[1]。
射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)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。
射频识别系统通常由电子标签(射频标签)和阅读器组成。
电子标签内存有一定格式的电子数据,常以此作为待识别物品的标识性信息。
阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息,通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令,电子标签根据收到的阅读器的命令,将内存的标识性数据回传给阅读器。
射频识别系统的另一主要性能指标是阅读距离,也称为作用距离。
在低频125kHz、高频13.56MHz频点上一般均采用无源标签,作用距离在10~30厘米左右[2.3]。
在超高频UHF频段,无源标签的作用距离可达到3~10米。
RFID典型应用包括:
在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售;
在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与不停车收费;
在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪;
在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪;
在制造业用于零部件与库存的可视化管理。
超高频和微波RFID射频识别作用距离远,无源标签便宜而被备受瞩目
市场研究公司IDC指出:
2005年整个RFID在中国的市场容量是4.7亿人民币,到2009年这个市场会膨胀到58.7亿,其年复合增长率大约是65.6%。
1.2国内外研究现状和发展
各国及相关国际组织都在积极推进RFID技术标准的制定。
目前,还未形成完善的关于RFID的国际和国内标准。
当前主要的RFID相关规范有欧美的EPC规范、日本的UID(UbiquitousID)规范和ISO18000系列标准[4.5]。
EPC规范由Auto-ID中心及后来成立的EPCglobal负责制定。
Auto-ID中心于1999年由美国麻省理工大学(MIT)发起成立,其目标是创建全球“实物互联”网(internetofthings),该中心得到了美国政府和企业界的广泛支持。
2003年10月26日,成立了新的EPCglobal组织接替以前Auto-ID中心的工作,管理和发展EPC规范[6.7]。
UID(UbiquitousID)规范由日本泛在ID中心负责制定。
日本泛在ID中心由T-Engine论坛发起成立,其目标是建立和推广物品自动识别技术并最终构建一个无处不在的计算环境。
该规范对频段没有强制要求,标签和读写器都是多频段设备,能同时支持13.56MHz或2.45GHz频段。
中国在LF(低频)和HF(高频)频段RFID标签芯片和读写器设计方面的技术比较成熟,HF频段方面的芯片设计技术接近国际先进水平,已经自主开发出符合ISO14443TypeA、TypeB和ISO15693标准的RFID芯片,并成功地应用于交通一卡通和中国二代身份证等项目。
国内在UHF和微波频段的标签芯片设计和阅读器设计方面起步较晚。
国内日益重视发展RFID技术,2005年863计划第三批立项课题中信息技术领域立项3项RFID相关研究。
国家科技部正在建立RFID与条码应用于物流的综合示范项目。
湖南省科技厅将“射频标识和基于IPv6的实物互联网应用技术”列为2006年度科技计划项目[8-11]。
1.3本论文研究内容
本设计以51单片机为设计平台,主要由STC11F32XE单片机、液晶显示、电源、键盘和USB串口转换、TRF7960无线射频识别芯片及外围电路等模块组成,实现对IC卡卡号数据的读取。
设计通过印制在PCB板上的磁场耦合天线将磁场感应收集到IC卡上的数据信号(这里是模拟信号)传送给TRF7960无线射频识别芯片,TRF7960将此信号进行数据预处理即模拟信号的数字化,然后将此数字化后的信号通过串口通信的方式送入给STC11F32XE单片机,STC11F32XE单片机会驱动12864液晶,最终把IC卡上的数据信息显示在12864液晶屏上。
设计的ISO14443A型卡的识别系统充分发挥了STC11F32XE单片机具有高速数据处理的特点,结合现有技术,大大降低了电路的设计复杂度,该系统具有读卡准确,人机界面友好,稳定性高、抗干扰能力强等特点,具有良好的现实应用价值。
本设计的主要目标:
系统能将ISO14443A型卡的卡号通过磁场耦合天线读取到TRF7960芯片中,并通过STC11F32XE使LCD液晶显示此卡号。
设计中采用PL2303芯片实现USB转串口的程序烧写,硬件电路图和PCB图均使用AltiumDesigner软件制作,软件程序使用Keil51软件编写和调试。
第2章无线射频识别系统的基本组成及工作原理
2.1RFID系统基本组成
RFID系统组成包括电子标签(Transponder)、读写器(Reader)、客户机(Client),服务器(Server)等四个部分,如图2-1所示[6.7]。
对RFID整个系统而言,读写器与标签通过RF电磁场进行数据交换,其数据链路包含了数据的调制/解调制、编码/解码、防冲突算法以及相关的协议标准等。
图2-1RFID系统基本组成
RFID系统由软件和硬件两部分组成:
软件部分一般包括应用软件和嵌入式软件,它们共同支撑着整个系统的运行,完成信息的处理,对系统采集的数据进行信息化管理;
硬件部分主要实现信息的识别和采集,由读写器与电子标签组成。
2.2无源射频识别技术的基本工作原理
RFID的基本原理就是将RFID电子标签安装在被识别的物体上,读写器通过发射天线发射一定频率的射频信号,当被标识的物体进入读写器的阅读范围时,利用空间电感耦合或者电磁耦合进行通讯[15.16]。
标签获得能量被激活,产生感应电流,将自身编码和携带的信息通过天线发送出去,读写器接收天线接收从标签发送过来的载波信号并通过读写器的射频芯片进行解码,实现标签和读写器之间的非接触式信息通讯。
读写器接收到信息通过串口RS232、RS485或者USB接口,将采集到的数据实时送入客户机的终端处理系统,主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,根据不同的设定进行相关的处理,并通过网络传输给服务器,从而完成信息的采集过程,以达到自动识别被标识物体的目的。
如果需要对标签写入或者修改信息,通过与以上读取信息相反的顺序将信息写入标签(可读写标签)。
图2-2RFID工作原理
2.3无线射频识别工作的物理学原理
⑴电感耦合
电感耦合一种变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应原理。
适用于低频和中频。
例如:
125KHZ,13.56MHZ等,作用距离有限。
图2-3电感耦合
⑵电磁反向散射耦合
雷达原理模型,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。
适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统。
常用的频率有433MHZ,915MHZ,2.45GHZ,5.8GHZ等。
作用距离可达3-10m[12]。
图2-4电磁反向散射耦合
利用电磁反向散射耦合的反向散射调制技术是指无源RFID将数据发送给阅读器所采用的方式。
标签返回数据的方式是控制天线的阻抗,方法有多种,都是基于一种阻抗开关的方法。
实际采用的阻抗开关有变容二极管、逻辑门与高速开关等。
2.4读写器
2.4.1读写器的作用及分类
读写器是读取或擦写标签数据和信息的设备,也可称为阅读器,可外接天线,用于发送和接收射频信号,分为手持式(便携式)或固定式两种。
读写器是负责读取或写入标签信息的设备,读写器可以是单独的整体,也可以作为部件的形式嵌入到其他系统中。
读写器可以单独具有读写、显示和数据处理等功能,也可与计算机或其它系统进行互联,完成对射频标签的相关操作。
由于RFID系统大多采用“读写器优先”的工作方式,因此成为整个RFID系统的通信中心,主要具有以下功能:
(1)通过高频载波为标签提供
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