王超梁--RFID原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).doc

RFID原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)王超梁、尤曉蕾主編周鵬審校鄭州航院電子通信工程系電子信息實(shí)驗(yàn)中心2014年9月目 錄前 言 RFID基礎(chǔ)知識(shí).3實(shí)驗(yàn)一 UHF超高頻實(shí)驗(yàn).5實(shí)驗(yàn)二 HF高頻實(shí)驗(yàn).19實(shí)驗(yàn)三 LF低頻實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)四 有源標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)32實(shí)驗(yàn)五 IC卡點(diǎn)臺(tái)燈34實(shí)驗(yàn)六IC卡門(mén)禁系統(tǒng)40實(shí)驗(yàn)七 校園卡消費(fèi)、充值46前 言物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)實(shí)驗(yàn)主要用于引導(dǎo)學(xué)生對(duì)GPS全球移動(dòng)定位系統(tǒng)的入門(mén)及應(yīng)用，了解GPS移動(dòng)定位的原理及過(guò)程。加強(qiáng)對(duì)GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的認(rèn)識(shí)及理解運(yùn)用。最后進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)從而實(shí)現(xiàn)GPS/GSM移動(dòng)車(chē)載防盜反劫、定位追蹤、調(diào)度管理等等綜合智能型控制系統(tǒng)的理解認(rèn)識(shí)。1、 RFID基礎(chǔ)知識(shí)1.1 RFID簡(jiǎn)介RFID(射頻識(shí)別：radio frequency identification)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，作為條形碼的無(wú)線(xiàn)版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用將給零售、物流等產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化。RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)，相對(duì)應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻135KHz以下、高頻13.56MHz、超高頻860M960MHz、微波2.4GHz，5.8GHz。RFID按照能源的供給方式分為無(wú)源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。無(wú)源RFID讀寫(xiě)距離近，價(jià)格低；有源RFID可以提供更遠(yuǎn)的讀寫(xiě)距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠(yuǎn)距離讀寫(xiě)的應(yīng)用場(chǎng)合。1.2 RFID工作原理RFID（radiofrequencyidentification）技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(PassiveTag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(ActiveTag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。一套完整的RFID系統(tǒng),是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成,其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無(wú)線(xiàn)電波能量給Transponder,用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù),送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。以RFID卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來(lái)看大致上可以分成,感應(yīng)偶合(InductiveCoupling)及后向散射偶合(BackscatterCoupling)兩種,一般低頻的RFID大都采用第一種式,而較高頻大多采用第二種方式。閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫(xiě)裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)閱讀器通過(guò)耦合給無(wú)源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過(guò)Ethernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體，目前應(yīng)答器大多是由耦合原件(線(xiàn)圈、微帶天線(xiàn)等)和微芯片組成無(wú)源單元。1.3 RFID應(yīng)用短距離射頻識(shí)別產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可在這樣的環(huán)境中替代條碼，例如用在工廠(chǎng)的流水線(xiàn)上跟蹤物體。長(zhǎng)距射頻識(shí)別產(chǎn)品多用于交通上，識(shí)別距離可達(dá)幾十米，如自動(dòng)收費(fèi)或識(shí)別車(chē)輛身份等。1在零售業(yè)中，條形碼技術(shù)的運(yùn)用使得數(shù)以萬(wàn)計(jì)的商品種類(lèi)、價(jià)格、產(chǎn)地、批次、貨架、庫(kù)存、銷(xiāo)售等各環(huán)節(jié)被管理得井然有序。2采用車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，使得路橋、停車(chē)場(chǎng)等收費(fèi)場(chǎng)所避免了車(chē)輛排隊(duì)通關(guān)現(xiàn)象，減少了時(shí)間浪費(fèi)，從而極大地提高了交通運(yùn)輸效率及交通運(yùn)輸設(shè)施的通行能力。3在自動(dòng)化的生產(chǎn)流水線(xiàn)上，整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)均被置于嚴(yán)密的監(jiān)控和管理之下。4在粉塵、污染、寒冷、炎熱等惡劣環(huán)境中，遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別技術(shù)的運(yùn)用改善了卡車(chē)司機(jī)必須下車(chē)辦理手續(xù)的不便。5在公交車(chē)的運(yùn)行管理中，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)準(zhǔn)確地記錄著車(chē)輛在沿線(xiàn)各站點(diǎn)的到發(fā)站時(shí)刻，為車(chē)輛調(diào)度及全程運(yùn)行管理提供實(shí)時(shí)可靠的信息。6.在設(shè)備管理中，RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)可以將設(shè)備的具體位置做與RFID讀取器做綁定，當(dāng)設(shè)備移動(dòng)出了指定讀取器的位置時(shí)，記錄其過(guò)程。RFID電子標(biāo)簽的技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，目前典型應(yīng)用：移動(dòng)支付、動(dòng)物晶片、門(mén)禁控制、航空包裹識(shí)別、文檔追蹤管理、包裹追蹤識(shí)別、畜牧業(yè)、后勤管理、移動(dòng)商務(wù)、產(chǎn)品防偽、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、票證管理、汽車(chē)晶片防盜器、停車(chē)場(chǎng)管制、生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化、物料管理等等。實(shí)驗(yàn)一 UHF超高頻實(shí)驗(yàn)1、Gen2讀、寫(xiě)標(biāo)簽號(hào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫?UHF RFID 的工作原理，并掌握其與HF RFID 工作原理的異同點(diǎn)。掌握 EPC 標(biāo)簽號(hào)的存儲(chǔ)區(qū)域以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)器材UHF 讀卡器一個(gè)、UHF 天線(xiàn)一個(gè)、USB 連接線(xiàn)一條、9V 電源適配器一個(gè)、電腦一臺(tái)、UHF實(shí)驗(yàn)上位機(jī)軟件。三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1. 硬件連接：1）、為UHF讀卡器安裝連接9V電源，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。2）、打開(kāi)UHF讀卡器電源開(kāi)關(guān)，確定右邊D1-D4燈那一個(gè)亮起，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，把UHF天線(xiàn)與UHF讀卡器亮燈那個(gè)天線(xiàn)接口連接起來(lái)。3）、通過(guò)USB線(xiàn)把計(jì)算機(jī)與UHF讀卡器連接起來(lái)。圖、讀卡器連接示意圖2. USB驅(qū)動(dòng)安裝當(dāng)選擇 USB 與上位機(jī)通信是，電腦系統(tǒng)會(huì)提示安裝 USB 驅(qū)動(dòng)，打開(kāi)驅(qū)動(dòng)CDM20824_Setup.exe。安裝成功在設(shè)備描述中有一個(gè)串口端口，安裝完成后在設(shè)備管理器中查看 COMxx 端口，（例如 COM8）如下圖所示：圖：查看系統(tǒng)分配的串口號(hào)四、上位機(jī)軟件介紹確保硬件連接正確，然后打開(kāi)上位機(jī)軟件 RFIDread.exe， COM口完成自動(dòng)選擇連接，如 下圖。功能選擇EPCEPC 命令實(shí)驗(yàn)窗口Find tags-詢(xún)卡窗口天線(xiàn)參數(shù)設(shè)置FrequenceMain 主頻率 Aux -輔頻率Rx atten - 接收靈敏度Link - 連接速率Coding - 編碼方式AntennaANT14 分別對(duì)應(yīng)讀卡器 4 個(gè)天線(xiàn)通道RF POWERAuto power off 功率發(fā)送自動(dòng)關(guān)閉Enable 手動(dòng)設(shè)置功耗使能五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1、 按實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備內(nèi)容提示完成驅(qū)動(dòng)安裝、硬件連接，打開(kāi)上位機(jī)軟件。2、讀取標(biāo)簽 EPC 號(hào)(1) 運(yùn)用盤(pán)點(diǎn)命令讀取標(biāo)簽 EPC 號(hào)把標(biāo)簽放在天線(xiàn)射頻范圍內(nèi)，選擇開(kāi)始盤(pán)點(diǎn)（begin round）命令，點(diǎn)擊執(zhí)行（execute），讀 出標(biāo)簽 EPC 號(hào)；（2) 運(yùn)用讀寫(xiě)數(shù)據(jù)塊命令讀標(biāo)簽 EPC 號(hào)：a) 先選取一張盤(pán)點(diǎn)到的 EPC 標(biāo)簽，b) 在命令窗口中選擇讀?。≧ead）命令，c) 軟件窗口內(nèi)輸入 EPC 號(hào)存儲(chǔ)區(qū)，Bank Numeber 01、Block 17 。點(diǎn)執(zhí)行（Execute）命令查看讀出的數(shù)據(jù)3、修改標(biāo)簽 EPC 號(hào)a) 先選取一張盤(pán)點(diǎn)到的 EPC 標(biāo)簽；b) 在軟件窗口內(nèi)輸入要修改的 EPC 號(hào)地址和數(shù)據(jù)，寫(xiě)入標(biāo)簽 EPC 號(hào)并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)；c) 重新盤(pán)點(diǎn)標(biāo)簽，查看修改后的 EPC 號(hào)并對(duì)比；2、 Gen2協(xié)議讀寫(xiě)用戶(hù)數(shù)據(jù)塊實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)熟悉Gen2協(xié)議標(biāo)簽數(shù)據(jù)塊的讀取和寫(xiě)入過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)器材UHF 讀卡器一個(gè)、UHF 天線(xiàn)一個(gè)、USB 連接線(xiàn)一條、9V 電源適配器一個(gè)、電腦一臺(tái)、UHF實(shí)驗(yàn)上位機(jī)軟件。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、完成驅(qū)動(dòng)安裝、硬件連接，打開(kāi)上位機(jī)軟件。2、讀標(biāo)簽用戶(hù)數(shù)據(jù)塊a) 先選取一張盤(pán)點(diǎn)到的 EPC 標(biāo)簽，b) 在命令窗口中選擇讀取（Read）命令，c) 軟件窗口內(nèi)輸入要讀取的用戶(hù)區(qū)地址和數(shù)量，點(diǎn)執(zhí)行（Execute）命令，查看讀出的數(shù)據(jù)3、寫(xiě)標(biāo)簽用戶(hù)數(shù)據(jù)塊a) 先選取一張盤(pán)點(diǎn)到的 EPC 標(biāo)簽，b) 在命令窗口中選擇寫(xiě)入（write）命令，c) 軟件窗口內(nèi)輸入要寫(xiě)入的用戶(hù)區(qū)地址和數(shù)量，點(diǎn)執(zhí)行（Execute）命令，查看讀出的數(shù)據(jù) 并與修改之前做對(duì)比；3、 UHF標(biāo)簽綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解 UHF 的優(yōu)點(diǎn)以及工程應(yīng)用，并了解 UHF 應(yīng)用開(kāi)發(fā)的流程。二、實(shí)驗(yàn)器材UHF 讀卡器一個(gè)、UHF 天線(xiàn)一個(gè)、USB 連接線(xiàn)一條、9V 電源適配器一個(gè)、電腦一臺(tái)、UHF綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)上位機(jī)軟件。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1）為 UHF 讀卡器安裝連接 9V 電源，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。2） 打開(kāi) UHF 讀卡器電源開(kāi)關(guān)， 確定右邊 D1-D4 燈那一個(gè)亮起， 關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。 把UHF 天線(xiàn)與 UHF 讀卡器亮燈那一個(gè)天線(xiàn)接口連接起來(lái)。3）通過(guò) USB 線(xiàn)把計(jì)算機(jī)與 UHF 讀卡器連接起來(lái)。4）打開(kāi)讀卡器電源開(kāi)關(guān)。5）此時(shí)打開(kāi)配置上位機(jī)軟件 RFID 演示軟件。6)根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入不同實(shí)驗(yàn)界面。圖 門(mén)禁圖 超市圖 物流7）選擇“系統(tǒng)設(shè)置”進(jìn)行配置，在此可配置計(jì)算機(jī)與網(wǎng)關(guān)主板通信方式，端口設(shè)置。8）點(diǎn)擊“開(kāi)始尋卡”，然后根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景在“卡片注冊(cè)”或“實(shí)時(shí)演示”中開(kāi)始 實(shí)驗(yàn)界面，如下圖所示圖 門(mén)禁圖 超市圖 物流此時(shí)點(diǎn)擊“開(kāi)始讀取”等待標(biāo)簽讀取。9)把 UHF 標(biāo)簽靠近 UHF 天線(xiàn)，網(wǎng)關(guān)主板液晶屏顯示對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽地址。RFID 演示軟件上顯示如下圖所示。圖 門(mén)禁圖 超市圖 物流此時(shí)，點(diǎn)擊確認(rèn)即可為每個(gè)標(biāo)簽注冊(cè)一個(gè)物品。10)根據(jù)不同標(biāo)簽在“實(shí)時(shí)演示”界面中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如下圖所示。如果是門(mén)禁，此時(shí)把標(biāo)簽靠近 UHF 讀卡器，由于該標(biāo)簽上一步注冊(cè)為 2 號(hào)門(mén)，因此，此時(shí)在 RFID 演示軟件上可以看到，2 號(hào)門(mén)自動(dòng)打開(kāi)了，如上圖所示。一段時(shí)間過(guò)后，2 號(hào) 門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，如下圖所示。如果是超市，此時(shí)把標(biāo)簽靠近 UHF 讀卡器（注意打開(kāi) RFID 演示軟件右上角的“開(kāi)始 讀取”） ，由于該標(biāo)簽上一步注冊(cè)為紅酒，因此，此時(shí)在 RFID 演示軟件上可以看到，成 功掃描一瓶紅酒。再把該標(biāo)簽靠近 HF 讀卡器一次，即顯示成功掃描了 2 瓶紅酒，如下圖 所示，這成功演示了一個(gè)超市商品管理系統(tǒng)，點(diǎn)擊“確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)”即完成產(chǎn)品出庫(kù)銷(xiāo)售。11)完成門(mén)禁開(kāi)關(guān)，超市商品管理，物流管理中物品進(jìn)出庫(kù)的實(shí)時(shí)演示后，我們可以通 過(guò)歷史查詢(xún)來(lái)了解以前的操作，如下圖所示。圖 門(mén)禁圖 超市圖 物流實(shí)驗(yàn)二 HF高頻實(shí)驗(yàn)1、 讀寫(xiě)器原理一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釸FID讀寫(xiě)器的原理，理解非接觸式無(wú)源RFID卡的雙向數(shù)據(jù)通信過(guò)程。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解RFID讀寫(xiě)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、讀寫(xiě)過(guò)程。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件： PC機(jī)（一臺(tái)，Windows操作系統(tǒng)） RFID讀寫(xiě)器及無(wú)源RFID讀寫(xiě)卡圖 01 RFID讀寫(xiě)器及無(wú)源RFID讀寫(xiě)卡軟件：VB讀寫(xiě)程序三 實(shí)驗(yàn)預(yù)備RFID技術(shù)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻的方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)目標(biāo)加以識(shí)別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)通常主要由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、天線(xiàn)3部分組成。讀寫(xiě)器對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行操作，并將所獲得的電子標(biāo)簽信息反饋給PC機(jī)。射頻識(shí)別技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，逐漸被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通運(yùn)輸、防偽、跟蹤及軍事等方面。按工作頻段不同，RFID系統(tǒng)可以分為低頻、高頻、超高頻和微波等幾類(lèi)。目前，大多數(shù)RFID系統(tǒng)為低頻和高頻系統(tǒng)，但超高頻頻段的RFID系統(tǒng)具有操作距離遠(yuǎn)，通信速度快，成本低，尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，更適合未來(lái)物流、供應(yīng)鏈領(lǐng)域的應(yīng)用。盡管目前，RFID超高頻技術(shù)的發(fā)展已比較成熟，也已經(jīng)有了一些標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)簽的價(jià)格也有所下降；但RFID超高頻讀寫(xiě)器卻有變得更大，更復(fù)雜和更昂貴的趨勢(shì)，其消耗能量將更多，制造元件達(dá)數(shù)百個(gè)之多。讀寫(xiě)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖 02 讀寫(xiě)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖四 實(shí)驗(yàn)步驟打開(kāi)C:UsersabcDesktop我的文件RFID讀寫(xiě)器模塊M1 USB讀寫(xiě)器開(kāi)發(fā)包VBM1_VB.exe。圖 03 VB讀寫(xiě)程序RF RESET： 當(dāng)使用環(huán)境不好，可能引起RF模塊不能正常工作，用來(lái)復(fù)位RF模塊，復(fù)位后天線(xiàn)是關(guān)閉狀態(tài)。RF ON/OFF：開(kāi)關(guān)天線(xiàn)。當(dāng)要操作卡時(shí)先打開(kāi)天線(xiàn)，不操作時(shí)可關(guān)閉以省電。Halt：演示卡片Halt功能，當(dāng)操作一張卡片后可用Halt功能停止操作。LED ON/OFF：操作LED，LED ON時(shí)綠色，LED OFF時(shí)紅色SPK ON/OFF：操作SPK，SPK ON時(shí)響，SPK OFF時(shí)關(guān)機(jī)器EEPROM操作：圖 04機(jī)器EEPROM操作EEPROM 有1K字節(jié)分成16個(gè)區(qū)每區(qū)又分成4段每一段中有16個(gè)字節(jié)每個(gè)區(qū)的最后一個(gè)段叫尾部,它包括兩個(gè)密鑰和這個(gè)區(qū)中每一個(gè)段的訪(fǎng)問(wèn)條件可編程。機(jī)器只讀EEPROM有1塊，每塊16字節(jié)，編號(hào)0機(jī)器可讀寫(xiě)操作的EEPROM有7塊，每塊16字節(jié)，編號(hào)17機(jī)器只寫(xiě)EERPM用于保存密鑰，共可32組密鑰，編號(hào)031，操作卡片時(shí)可選擇用機(jī)器里的密鑰來(lái)認(rèn)證保存在機(jī)器EEPROM里的數(shù)據(jù),掉電不丟失。 2、 電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解無(wú)源RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解到無(wú)源RFID卡的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及RFID讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)交換。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 硬件： PC機(jī)（一臺(tái)，Windows操作系統(tǒng)） RFID讀寫(xiě)器及無(wú)源RFID讀寫(xiě)卡圖 05 RFID讀寫(xiě)器及無(wú)源RFID讀寫(xiě)卡軟件：VB讀寫(xiě)程序三 實(shí)驗(yàn)預(yù)備 無(wú)源RFID標(biāo)簽本身不帶電池，依靠讀卡器發(fā)送的電磁能量工作。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而獲得廣泛的應(yīng)用。無(wú)源RFID標(biāo)簽由RFIDIC、諧振電容C和天線(xiàn)L組成，天線(xiàn)與電容組成諧振回路，調(diào)諧在讀卡器的載波頻率，以獲得最佳性能。生產(chǎn)廠(chǎng)商大多遵循國(guó)際電信聯(lián)盟的規(guī)范，RFID使用的頻率有6種，分別為135KHz、13.56MHz、43.3-92MHz、860-930MHz(即UHF)、2.45GHz以及5.8GHz。無(wú)源RFID主要使用前二種頻率。本卡使用的是13.56MHz。1、 RFID無(wú)源標(biāo)簽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 06 RFID無(wú)源標(biāo)簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)外接兩個(gè)電感和一個(gè)電容，相應(yīng)的諧振頻率為：F（諧調(diào)）=1/2pF(去諧調(diào)）=1/2pLT=L1+L2+Lm 其中Lm是互感系數(shù)K，K是兩個(gè)電感間的耦合系數(shù)（0k1)。圖 07 RFID無(wú)源標(biāo)簽外接電路外接1個(gè)電感和2個(gè)電容，相應(yīng)的諧振頻率為：F（諧調(diào)）=1/2pF(去諧調(diào)）=1/2pCT=C1C2/C1+C2 無(wú)源 RFID標(biāo)簽由RFID IC、諧振電容C、天線(xiàn)L組成，天線(xiàn)與電容組成諧振回路，調(diào)諧在讀卡器的載波頻率，以獲得最佳性能。（1） 天線(xiàn) RFID標(biāo)簽天線(xiàn)有兩種天線(xiàn)形式，線(xiàn)繞電感天線(xiàn)；在介質(zhì)底板上壓印或印刷刻腐的盤(pán)旋狀天線(xiàn)。天線(xiàn)形式由載波頻率，標(biāo)簽封裝形式，性能和組裝成本等因素決定。（2） RFID IC RFID IC內(nèi)部具備一個(gè)154位的存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)標(biāo)簽數(shù)據(jù)，IC內(nèi)部還有一個(gè)通道電阻極低的COMS調(diào)制門(mén)控管，以一定的頻率工作，讀寫(xiě)器向M1 卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)LC 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下，LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V 時(shí)，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)。四 實(shí)驗(yàn)步驟圖 08 VB讀寫(xiě)程序Block：Block，卡片絕對(duì)塊號(hào)（扇區(qū)號(hào)*4+塊號(hào)），16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)由4塊,則有64塊，編號(hào)063，可以對(duì)著64塊有不同讀寫(xiě)操作。3、 基于符合ISO14443 TYPEA協(xié)議的M1卡認(rèn)證及讀寫(xiě)數(shù)據(jù)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑趯?shí)驗(yàn)一、二的前提下，本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)對(duì)M1卡的操作，數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，加深對(duì)RFID卡的使用。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件： PC機(jī)（一臺(tái)，Windows操作系統(tǒng)） RFID讀寫(xiě)器及無(wú)源RFID讀寫(xiě)卡圖 9.409 RFID讀寫(xiě)器及無(wú)源RFID讀寫(xiě)卡軟件：VB讀寫(xiě)程序三 實(shí)驗(yàn)步驟圖 9.4010 VB讀寫(xiě)程序 Idle/All, 選擇操作在IDLE狀態(tài)的卡，或是所有狀態(tài)卡 KeyA/KeyB，選擇操作密鑰類(lèi)型 LL/HL，選擇操作是僅做這個(gè)操作(低級(jí))，還是連這個(gè)操作之前的操作一起做(高級(jí)) BK/EK，選擇密鑰是用文本筐輸入的還是用機(jī)器EEPROM的 Block，卡片絕對(duì)塊號(hào)（扇區(qū)號(hào)*4+塊號(hào)） BK，文本筐密鑰 EK，機(jī)器EEPROM密鑰編號(hào) Data Or Value，用來(lái)寫(xiě)卡，初始化，減值，加值輸入數(shù)據(jù)，輸入完一字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)后帶空格再輸入下一字節(jié)數(shù)據(jù) Card Number，讀取卡號(hào) Read，讀取卡塊內(nèi)容rite，寫(xiě)入卡塊內(nèi)容 InitValue，初始化卡塊值 DecValue，減值IncValue，加值關(guān)于修改密鑰：卡片每個(gè)扇區(qū)的BLOCK 3用于保存密鑰，請(qǐng)看卡芯片資料如需修改密鑰，需要先讀出該扇區(qū)BLOCK 3的內(nèi)容，再把想要修改的密鑰填入，再寫(xiě)卡例如：讀出來(lái)1扇區(qū)BLOCK3（也就是總的BLOCK7）的內(nèi)容是：00 00 00 00 00 00 FF 07 80 69 FF FF FF FF FF FF要修改KEYA=11 22 33 44 55 66那么寫(xiě)入BLOCK7的內(nèi)容就是11 22 33 44 55 66 FF 07 80 69 FF FF FF FF FF FF相應(yīng)的操作如下圖所示：圖 9.4011 VB讀寫(xiě)程序?qū)ú僮鲗?duì)其他塊的操作類(lèi)似，只需要選著相應(yīng)的塊號(hào)即可。4、 多卡防碰撞實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑趯?shí)驗(yàn)1、2、3的前提下，本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)了解RFID多卡防碰撞的原理，以及防碰撞的算法。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 硬件： PC機(jī)（一臺(tái)，Windows操作系統(tǒng)） RFID讀寫(xiě)器及無(wú)源RFID讀寫(xiě)卡圖 9.5012 RFID讀寫(xiě)器及無(wú)源RFID讀寫(xiě)卡軟件：VC6.0、VB讀寫(xiě)程序三 實(shí)驗(yàn)步驟打開(kāi)VC6.0里面Demo.dsw文件，如下圖所示。圖 9.52 VC6.0 Demo程序點(diǎn)擊編譯后沒(méi)有錯(cuò)誤圖 9.53 VC6.0 Demo編譯結(jié)果再點(diǎn)擊運(yùn)行如下圖所示 圖 9.54 VC6.0 Demo操作界面選著14443A_MF界面，將兩張卡同時(shí)放到RFID讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)范圍內(nèi)，且距離相同，開(kāi)始讀卡。圖 9.55 VC6.0 Demo操作界面則將先后讀出卡1和卡2的卡號(hào)和內(nèi)容。如下圖所示：圖 9.56 VC6.0 Demo讀卡操作四 小結(jié)了解RFID系統(tǒng)碰撞的原因，學(xué)習(xí)防碰撞的原理，以及防碰撞的算法。實(shí)驗(yàn)三 LF低頻實(shí)驗(yàn)1、 低頻讀寫(xiě)器的基本認(rèn)知一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獾皖l讀寫(xiě)器的基本原理，學(xué)會(huì)如何使用低頻讀寫(xiě)器。二、實(shí)驗(yàn)器材1. RFID實(shí)驗(yàn)箱2. 計(jì)算機(jī)一臺(tái)3. 低頻標(biāo)簽一張三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 利用低頻讀寫(xiě)器讀取標(biāo)簽的信息。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開(kāi)RFID實(shí)驗(yàn)箱，連接好實(shí)驗(yàn)箱和電腦，啟動(dòng)電源。2. 打開(kāi)讀寫(xiě)器后臺(tái)控制軟件，選擇低頻模塊，如圖1-1示: 圖1-13. 選擇低頻模塊對(duì)應(yīng)的串口（彈出的顯示值即對(duì)應(yīng)串口），這里為com7,如圖1-2示:圖1-24. 將標(biāo)簽放置在低頻讀寫(xiě)器的天線(xiàn)上，點(diǎn)擊start scan，移動(dòng)標(biāo)簽位置，觀(guān)察讀取情況。如圖1-3示:圖1-3五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄實(shí)驗(yàn)步驟4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2、 低頻讀寫(xiě)器編程實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是學(xué)習(xí)和掌握在低頻讀寫(xiě)器的編程操作，對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀操作，了解低頻讀寫(xiě)器的工作機(jī)理，并完成一個(gè)示例程序。二、實(shí)驗(yàn)器材1. RFID試驗(yàn)箱2. USB傳輸線(xiàn)1根3. 低頻標(biāo)簽3張4. 計(jì)算機(jī)1臺(tái)三、主要函數(shù)參見(jiàn)低頻示例程序四、實(shí)驗(yàn)要求1. 編寫(xiě)程序打開(kāi)串口，建立連接，讀取標(biāo)簽信息。2. 將標(biāo)簽移進(jìn)移出低頻模塊天線(xiàn)，能夠記錄標(biāo)簽讀取的次數(shù)。實(shí)驗(yàn)四 有源標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)無(wú)線(xiàn)通信點(diǎn)到點(diǎn)連接和無(wú)線(xiàn)距離覆蓋的概念，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，了解不同的傳播環(huán)境（室內(nèi)直視，室內(nèi)穿墻，室外直視，室外繞射），不同的傳播距離，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)定位?；玖私?EEE 802.15.4 無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng) PHY、MAC、RSSI等概念的理解；熟悉相關(guān)寄存器定義和設(shè)置。為zigbee組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和參數(shù)修改打下基礎(chǔ)。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件：PC 機(jī)（一臺(tái)）CC2530液晶開(kāi)發(fā)套件（2個(gè)）；圖 01 CC2530液晶開(kāi)發(fā)套件CC debugger仿真器（1個(gè)）有源標(biāo)簽（1個(gè)）圖 02 有源標(biāo)簽軟件：IAR Embedded Workbench for MCS-51開(kāi)發(fā)環(huán)境三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用液晶開(kāi)發(fā)底板，編譯并下載經(jīng)過(guò)修改為接收狀態(tài)的工程文件，然后給有源標(biāo)簽加上電池，通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式，液晶上通過(guò)小燈的亮滅來(lái)表示是否接收到數(shù)據(jù)包，如果接收到數(shù)據(jù)包，液晶開(kāi)發(fā)板就讀取 CC2530 寄存器 RSSI的值并在液晶屏上顯示。四 實(shí)驗(yàn)步驟1） 啟動(dòng) IAR，打開(kāi)工作區(qū)文件：“CC2530模塊無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)演示例程01.無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)通信有源標(biāo)簽_腕帶IDEAvtive_Tagsrf05_cc2530IarActiveTag.eww”；2） 將一個(gè)帶液晶的CC2530開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)，連接 CC Debugger，連接電源，連接好后，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)（背板電池供電）。CC DEBUGGER 連接到網(wǎng)關(guān)底板如下圖所示； 圖 03 無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)與仿真器連接圖3） 打開(kāi)ActiveTag.c，將CHOOSE_FLAG改為1，點(diǎn)擊ProjectRebuild All，編譯程序并生成可執(zhí)行文件，然后點(diǎn)擊 ProjectDebug 將程序下載到帶液晶的CC2530無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)擊然后退出調(diào)試狀態(tài)，關(guān)閉模塊上的電源開(kāi)關(guān)并拔掉 CC Debugger；4） 給有源標(biāo)簽加上電源，有源標(biāo)簽上電后，指示燈會(huì)一亮一滅，標(biāo)示著正在發(fā)送數(shù)據(jù)包。5） 帶液晶的節(jié)點(diǎn)指示燈閃爍就代表能夠接收到數(shù)據(jù)包，其運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：圖 04 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)顯示圖實(shí)驗(yàn)五 IC卡點(diǎn)臺(tái)燈一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腎C 卡點(diǎn)臺(tái)燈，實(shí)際上是對(duì)繼電器的操作，單片機(jī)通過(guò)特定的 IC 卡號(hào)進(jìn)行對(duì)比，控制繼電器的通斷，進(jìn)而控制臺(tái)燈的開(kāi)關(guān)。通過(guò)登記 IC 卡卡號(hào)，然后將已經(jīng)登記的 IC 卡放到讀卡器上，開(kāi)啟平臺(tái)讀取登記的 IC 卡，執(zhí)行繼電器的導(dǎo)通和斷開(kāi)功能。圖 IC 卡點(diǎn)臺(tái)燈二 實(shí)驗(yàn)步驟：打開(kāi)第三章例程“ IOT-PRO RFID 開(kāi)収平臺(tái)配套資源示例程序和文檔教程第三章例程1、IC 卡點(diǎn)臺(tái)燈工程“文件。下面我們一步步敘述函數(shù)代碼的實(shí)現(xiàn)方法，我們先看看主函數(shù)代碼：圖 main 函數(shù)1.void main(void)/主函數(shù)2.3.INT8U key;4.Delay_ms(500); /讓硬件穩(wěn)定5.init_all();/執(zhí)行初始化凼數(shù)6.relay_OFF();/關(guān)繼電器7.LED_BLINK_1(); /led test8.beep1();/beep test9.display(0,0,0);/顯示初始化10.while(1)11.12.key=key_scan(); /按鍵操作13.if(key=3) states=0; /諾叏卡號(hào)14.if(key=7) states=1; /登記 IC 卡號(hào)15.ctrl_process(); /迕入 RC522 操作16.17. 第 4 行：上電延時(shí)一段時(shí)間，讓開(kāi)發(fā)平臺(tái)的硬件穩(wěn)定下來(lái)。第 5 行：初始化硬件設(shè)備，包括定時(shí)器、串口、RC522 模塊、LCD12864 液晶屏。第 10 行：死循環(huán)，函數(shù)在這里不斷循環(huán)。第 1214 行：按鍵檢測(cè)函數(shù)，系統(tǒng)有 2 個(gè)狀態(tài)，分別是讀取卡號(hào)和登記 IC 卡，我們通過(guò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)上的“上一項(xiàng)”和“下一項(xiàng)”進(jìn)行切換。圖 ctrl_process()函數(shù)ctrl_process()函數(shù)：1.void ctrl_process( void )2.3.INT8U i;4.switch(states)5.6.case 0:/IC 卡讀取7.display(1,0,1);8.if(IC_READ()9./*如果卡號(hào)等亍登記的卡號(hào)*/10.if (Card_SN0=Card_SN_BUF0)&(Card_SN1=Card_SN_BUF1)11.&(Card_SN2=Card_SN_BUF2)&(Card_SN3=Card_SN_BUF3)12.relay_Change();/燈開(kāi)關(guān)13.14.break;15.16.case 1:17.display(1,0,2);/IC 卡登記18.if(IC_READ()19.20.for(i=0;i4;i+)/將當(dāng)前 IC 卡號(hào)設(shè)定為登記卡號(hào)21.Card_SN_BUFi = Card_SNi;22.23.break ;24.default : break;第 4 行：判斷當(dāng)前狀態(tài)是讀卡號(hào)還是登記 IC 卡，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的操作。第 6 行：如果是狀態(tài)是“0”，即讀卡號(hào)，則執(zhí)行 IC_READ()凼數(shù)， IC_READ()會(huì)將讀取到的 IC 卡號(hào) Card_SN。第 1011 行：將 Card_SN 里面的 4 字節(jié)卡號(hào)和已經(jīng)登記好的卡號(hào) Card_SN_BUF 進(jìn)行逐一比較，如果匹配成功則執(zhí)行繼電器的狀態(tài)變換操作。第 1623 行：如果是狀態(tài)是“1”，即登記 IC 卡，將讀取到的卡號(hào)存放在 Card_SN_BUF 數(shù)組中，在匹配的時(shí)候使用。下面我們來(lái)看看2種情況都調(diào)用到的 IC_READ( )函數(shù)，如下圖所示： 圖 C_READ( )函數(shù)1.INT8U IC_READ( void )2.3.INT8U ID_ASC8,i;4.if( PcdRequest( PICC_REQIDL, Card_type ) != MI_OK )/寺天線(xiàn)區(qū)內(nèi)未迕入休眠5./狀態(tài)的卡，迒回卡片類(lèi)型 2 字節(jié)6.7.if( PcdRequest( PICC_REQIDL, Card_type ) != MI_OK )/寺天線(xiàn)區(qū)內(nèi)未迕入休眠8./狀態(tài)的卡，迒回卡片類(lèi)型 2 字節(jié)9.10.return FALSE;11.12.13.if( PcdAnticoll( Card_SN ) != MI_OK ) /防沖撞，迒回卡的序列號(hào) 4 字節(jié)14.15.bWarn = 1;16.return FALSE;17.18.bPass = 1;19.send_bytes(Card_type,2);/串口顯示卡號(hào)類(lèi)型20.send_bytes(Card_SN,4);/串口顯示卡號(hào)21.for(i=0;i9) ID_ASCi*2=Card_SNi/16+7;24.else ID_ASCi*2=Card_SNi/16+0;25.if(Card_SNi%169)ID_ASCi*2+1=Card_SNi%16+7;26.else ID_ASCi*2+1=Card_SNi%16+0;27.28.display2(3,0,ID: ,4);/顯示卡號(hào)29.display2(3,2,ID_ASC,8);30.return TRUE;31.第 4、13 行：第二章的內(nèi)容，我們已經(jīng)很熟悉，卡號(hào)存放在 Card_SN 數(shù)組中。 第 19、20 行：串口打印 IC 卡類(lèi)型和 IC 卡號(hào)，做提示用。第 1229 行：為了方便在 LCD12864 上顯示，我們將 4 字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 8 個(gè) ASCII 碼，方便在液晶上顯示。第 29 行為顯示函數(shù)。圖 LCD 顯示樣式三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通過(guò) STC 下載軟件將 IC 卡點(diǎn)臺(tái)燈的.hex 文件下載到單片機(jī)里面， 按下下一項(xiàng)進(jìn)入 IC 卡登記頁(yè)面。將待登記的 IC 卡放到模塊上面，登記成功后顯示 IC 卡號(hào)。圖 登記IC卡號(hào)我們?cè)偻ㄟ^(guò)按鍵“上一項(xiàng)”進(jìn)入讀卡頁(yè)面。將剛剛登記的 IC 卡放在讀卡器模塊上面，可以看到繼電器導(dǎo)通。重復(fù)放置，繼電器狀態(tài)不停切換。圖 3.10 IC 卡點(diǎn)臺(tái)燈 四 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)簡(jiǎn)單的 IC 卡點(diǎn)臺(tái)燈項(xiàng)目我們學(xué)會(huì)了 IC 卡的卡號(hào)的簡(jiǎn)單應(yīng)用，也是最基本的應(yīng)用。在后面的項(xiàng)目中，我們會(huì)慢慢用到IC卡的讀寫(xiě)操作和修改密碼。充分發(fā)揮 IC 卡的功能。同時(shí)能讓我們更好地應(yīng)用到我們的實(shí)際項(xiàng)目中去.實(shí)驗(yàn)六 IC卡門(mén)禁系統(tǒng)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解I