一種非接觸式IC卡識別系統(tǒng)教材

1、LOGO答辯人：答辯人： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：一種非接觸式一種非接觸式IC卡識別系統(tǒng)卡識別系統(tǒng)n系統(tǒng)設(shè)計背景系統(tǒng)設(shè)計背景nRFID系統(tǒng)的相關(guān)理論系統(tǒng)的相關(guān)理論n讀寫器硬件系統(tǒng)設(shè)計讀寫器硬件系統(tǒng)設(shè)計n讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計n總結(jié)總結(jié)n致謝致謝 目目 錄錄一、設(shè)計背景一、設(shè)計背景uRFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，識別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。u本文提出了一種基于本文提出了一種基于MFRC

2、522的的MIFARE卡讀卡讀寫器設(shè)計方案，寫器設(shè)計方案，MIFARE卡讀寫器使用射頻識別卡讀寫器使用射頻識別技術(shù)，在技術(shù)，在510cm范圍內(nèi)非接觸讀寫數(shù)據(jù)，讀寫范圍內(nèi)非接觸讀寫數(shù)據(jù)，讀寫時間不大于時間不大于0.1秒。秒。二、二、MIFARE射頻卡概述及現(xiàn)狀射頻卡概述及現(xiàn)狀u MIFARE卡是目前世界上使用量最大、技術(shù)最成熟、性能最穩(wěn)定、內(nèi)存容量卡是目前世界上使用量最大、技術(shù)最成熟、性能最穩(wěn)定、內(nèi)存容量最大的一種感應(yīng)式智能最大的一種感應(yīng)式智能IC卡。當(dāng)卡片靠近讀寫器表面時即可完成對卡中數(shù)據(jù)卡。當(dāng)卡片靠近讀寫器表面時即可完成對卡中數(shù)據(jù)的讀寫操作，成功地解決了無源和免接觸這一難題。的讀寫操作，成功

3、地解決了無源和免接觸這一難題。MIFARE卡主要芯片有卡主要芯片有Philips MIFARE S50、 S70等。等。u 射頻卡的結(jié)構(gòu)及工作原理射頻卡的結(jié)構(gòu)及工作原理卡片由一個卷繞天線和特定用途集成電路模塊組成。其中，?？ㄆ梢粋€卷繞天線和特定用途集成電路模塊組成。其中，模塊由一個高塊由一個高 速速(106KB波特率波特率)的的RF接口，一個控制單元和一接口，一個控制單元和一個個E2PROM組成。組成。讀寫器向讀寫器向MF1卡發(fā)出一組固定頻率卡發(fā)出一組固定頻率(13.56MHZ)的電磁波，卡片的電磁波，卡片內(nèi)有一個內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，串聯(lián)諧振電路，其頻率與

4、讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使諧振電容內(nèi)諧振電路產(chǎn)生共振，從而使諧振電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖糜辛穗姾?，在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到模塊存儲電容內(nèi)儲存，當(dāng)所積累的電荷，將電容內(nèi)的電荷送到模塊存儲電容內(nèi)儲存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到達(dá)到2V以上時，此電容可作為電源向模塊電路提供工作電壓，以上時，此電容可作為電源向模塊電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。二、二、MIFARE射頻卡概述及現(xiàn)狀射頻卡概述及現(xiàn)狀射頻卡由耦合元件及

5、微電子芯片組成，沒有供電電源，它的能量、時射頻卡由耦合元件及微電子芯片組成，沒有供電電源，它的能量、時鐘脈沖以及數(shù)據(jù)都是通過耦合單元由讀寫器提供，并回送信息給讀寫器。鐘脈沖以及數(shù)據(jù)都是通過耦合單元由讀寫器提供，并回送信息給讀寫器。L1為讀寫器為讀寫器PCD發(fā)送天線，發(fā)送天線，L2是射頻卡是射頻卡PICC的天線，其耦合回路電路如的天線，其耦合回路電路如下圖所示。下圖所示。 L1L2PCDPICC負(fù)載電阻線圈電阻三、硬件系統(tǒng)設(shè)計三、硬件系統(tǒng)設(shè)計u 硬件系統(tǒng)的構(gòu)成硬件系統(tǒng)的構(gòu)成u MCU電路設(shè)計電路設(shè)計u 射頻接口模塊射頻接口模塊u 天線設(shè)計部分天線設(shè)計部分 u 電源模塊電源模塊u RS-232接口

6、模塊接口模塊u 人機(jī)交互界面模塊人機(jī)交互界面模塊硬件系統(tǒng)的構(gòu)成硬件系統(tǒng)的構(gòu)成 讀寫器的硬件從功能上來劃分大致可分為幾個模塊，包括讀寫器的硬件從功能上來劃分大致可分為幾個模塊，包括MCU主控制模塊、射頻接口模塊、鍵盤輸入模塊、主控制模塊、射頻接口模塊、鍵盤輸入模塊、LCD顯示模顯示模塊、串口通信模塊、振鈴報警模塊等，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。塊、串口通信模塊、振鈴報警模塊等，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。MCU電路設(shè)計電路設(shè)計系統(tǒng)的控制芯片系統(tǒng)的控制芯片選用選用STC11F32XE，該芯片自帶硬件該芯片自帶硬件看門狗和看門狗和E2PROM，使硬，使硬件設(shè)計更簡潔，件設(shè)計更簡潔，其電路如圖所示。其電路如圖所示

7、。射頻接口模塊射頻接口模塊根據(jù)根據(jù)MFRC522的典型應(yīng)用電路和系統(tǒng)本身的特點(diǎn)設(shè)計了射頻接口部的典型應(yīng)用電路和系統(tǒng)本身的特點(diǎn)設(shè)計了射頻接口部分的電路，如圖下圖所示。分的電路，如圖下圖所示。天線設(shè)計部分天線設(shè)計部分 為了獲得穩(wěn)定、可靠的射頻信號，天線部分的電路設(shè)計非常關(guān)鍵。設(shè)為了獲得穩(wěn)定、可靠的射頻信號，天線部分的電路設(shè)計非常關(guān)鍵。設(shè)計讀寫模塊的天線電路時，主要分四個部分：計讀寫模塊的天線電路時，主要分四個部分：EMC低通濾波器、接收電路、低通濾波器、接收電路、天線匹配電路和天線。天線匹配電路和天線。電源模塊電源模塊 該設(shè)計需用到該設(shè)計需用到+5V和和+3.3V電源，其中電源，其中+5V電源采電

8、源采用外接電源，用外接電源，系統(tǒng)采用將系統(tǒng)采用將+5V電源降壓至電源降壓至+3.3V，采用，采用芯片芯片AMS1117進(jìn)行變壓處理，電路圖進(jìn)行變壓處理，電路圖如下如下圖圖：RS-232接口模塊接口模塊單片機(jī)單片機(jī)STC89C52與與PC串口電平不匹配，使用串口電平不匹配，使用MAX232型電平轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。電路圖如型電平轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。電路圖如下所示：下所示：人機(jī)交互界面模塊人機(jī)交互界面模塊u 液晶顯示電路液晶顯示電路 顯示模塊采用型號為顯示模塊采用型號為ZYMG12864的的LCD，該液，該液晶為點(diǎn)陣式顯示器，顯示內(nèi)容靈活，顯示數(shù)據(jù)量較晶為點(diǎn)陣式顯示器，顯示內(nèi)容靈活，顯示數(shù)據(jù)量

9、較大，比較適合本系統(tǒng)。顯示模塊的接口電路大，比較適合本系統(tǒng)。顯示模塊的接口電路如下圖如下圖。人機(jī)交互界面模塊人機(jī)交互界面模塊u 振鈴報警電路振鈴報警電路 由于單片機(jī)的由于單片機(jī)的I/O口驅(qū)動能力有限，因此選用口驅(qū)動能力有限，因此選用8050三極管驅(qū)動蜂鳴器，其電路圖如下所示三極管驅(qū)動蜂鳴器，其電路圖如下所示。人機(jī)交互界面模塊人機(jī)交互界面模塊u 鍵盤輸入電路鍵盤輸入電路本系統(tǒng)采用本系統(tǒng)采用22矩陣鍵盤作為輸入模塊，可實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤作為輸入模塊，可實(shí)現(xiàn)對對IC卡的注冊、識別、消費(fèi)、充值等功能的操作卡的注冊、識別、消費(fèi)、充值等功能的操作。矩陣鍵盤接口電路如下圖。矩陣鍵盤接口電路如下圖。四、讀寫器軟件系

10、統(tǒng)設(shè)計四、讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計 射頻卡讀寫器的軟件系統(tǒng)主要射頻卡讀寫器的軟件系統(tǒng)主要分為：主程序、分為：主程序、MFRC522的應(yīng)用的應(yīng)用程序、及其它電路程序。其它部分程序、及其它電路程序。其它部分電路程序設(shè)計包括液晶顯示程序設(shè)電路程序設(shè)計包括液晶顯示程序設(shè)計、鍵盤掃描程序設(shè)計、串口通信計、鍵盤掃描程序設(shè)計、串口通信程序設(shè)計、振鈴報警程序設(shè)計等。程序設(shè)計、振鈴報警程序設(shè)計等。 （1）主程序流程）主程序流程四、讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計四、讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計（2）MIFARE卡操作程序卡操作程序 當(dāng)有多張射頻卡同時進(jìn)當(dāng)有多張射頻卡同時進(jìn)入讀寫器天線的有效工作范入讀寫器天線的有效工作范圍內(nèi)時，必須執(zhí)行防沖突

11、操圍內(nèi)時，必須執(zhí)行防沖突操作，返回其中一張卡的序列作，返回其中一張卡的序列號，作為本次操作的對象。號，作為本次操作的對象。在成功執(zhí)行防沖撞操作得到在成功執(zhí)行防沖撞操作得到其中一張射頻卡的序列號之其中一張射頻卡的序列號之后，若讀寫器想繼續(xù)同該卡后，若讀寫器想繼續(xù)同該卡片進(jìn)行通信，必須執(zhí)行選卡片進(jìn)行通信，必須執(zhí)行選卡操作，以建立與所選卡片的操作，以建立與所選卡片的通信。為了保證對射頻卡操通信。為了保證對射頻卡操作的合法性，在對卡片進(jìn)行作的合法性，在對卡片進(jìn)行各種讀寫操作之前必須在卡各種讀寫操作之前必須在卡片和讀寫器之間進(jìn)行密碼認(rèn)片和讀寫器之間進(jìn)行密碼認(rèn)證。證。四、讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計四、讀寫器軟件系

12、統(tǒng)設(shè)計（3）鍵盤掃描程序流程圖）鍵盤掃描程序流程圖 四、讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計四、讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計（3）MCU串口通信程序流程圖串口通信程序流程圖 總 結(jié)u該設(shè)計能夠讀寫距離在該設(shè)計能夠讀寫距離在0-100mm范圍內(nèi)的符合范圍內(nèi)的符合IEC/IS014443 Type A標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式智能卡標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式智能卡。讀卡器采用外接電源供電，具有蜂鳴器報警、。讀卡器采用外接電源供電，具有蜂鳴器報警、LCD顯示、顯示、22小鍵盤輸入和采用小鍵盤輸入和采用RS232接口同接口同上位機(jī)通信的功能，能夠很好地滿足實(shí)際應(yīng)用的需上位機(jī)通信的功能，能夠很好地滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。要。u該系統(tǒng)能夠識別多種該系統(tǒng)能夠識別

13、多種MIFARE系列射頻卡，操作系列射頻卡，操作方便靈活，可設(shè)置為脫離計算機(jī)獨(dú)立工作方式，必方便靈活，可設(shè)置為脫離計算機(jī)獨(dú)立工作方式，必要時再將所存儲的記錄數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)供其處理要時再將所存儲的記錄數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)供其處理。致 謝u首先，感謝朱首先，感謝朱老師的細(xì)心的指導(dǎo)，此次設(shè)計由剛老師的細(xì)心的指導(dǎo)，此次設(shè)計由剛開始的迷茫到最后的基本完成與老師給我的不厭其開始的迷茫到最后的基本完成與老師給我的不厭其煩的教導(dǎo)是密切相關(guān)的。老師的諄諄教導(dǎo)讓我收益煩的教導(dǎo)是密切相關(guān)的。老師的諄諄教導(dǎo)讓我收益非淺。在此，向朱俊杰老師表示崇高的敬意和衷心非淺。在此，向朱俊杰老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！的感謝！u其次，要感謝學(xué)校以及學(xué)院給我們提供的這次學(xué)以其次，要感謝學(xué)校以及學(xué)院給我們提供的這次學(xué)以致用的機(jī)會，把大學(xué)四年來所學(xué)的知識運(yùn)用于實(shí)踐致用的機(jī)會，把大學(xué)四年來所學(xué)的知識運(yùn)用于實(shí)踐，不僅檢測了自己的能力，更為今