一種便攜式射頻卡記錄儀設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 一種便攜式射頻卡記錄儀設(shè)計(jì) 1.引言 RFID 是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即射頻識(shí)別。它是一種利用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸雙向通信的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在物流管理、汽車(chē)防盜、門(mén)禁管理、交通管理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。隨著射頻卡使用的頻繁，卡片的管理成為一個(gè)重要的問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種便攜式的RFID 卡記錄儀，可以快捷、方便的將大量的卡片信息記錄在SD 存儲(chǔ)卡里面，然后再通過(guò)計(jì)算機(jī)讀取，錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。在交通信息采集、設(shè)備巡檢上、門(mén)禁管理等領(lǐng)域有應(yīng)用價(jià)值。 2.平臺(tái)硬件設(shè)計(jì) 2.1 方案選擇 RFID技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有ISO 14443、

2、ISO 15693、ISO 18000 以及EPC 標(biāo)準(zhǔn)體系。其中現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的是ISO 14443，它使用13. 56MHz 頻段開(kāi)展讀卡操作。MFRC531是對(duì)應(yīng)的讀寫(xiě)器芯片。它是一塊數(shù)?；旌闲酒?3.56MHz通信的基帶處理器和頻帶處理器集成在一塊IC里面，全面支持ISO14443A/B標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)采用的ARM7 處理器是AT91SAM7S64，它集成SPI、IIC、USB、UART 等多種數(shù)字接口，功能非常強(qiáng)大。相比51 單片機(jī)系統(tǒng)，不需要另外擴(kuò)大這些數(shù)字接口，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。信息存儲(chǔ)介質(zhì)采用SD 存儲(chǔ)卡，體積小，可插拔，數(shù)據(jù)讀取方便，現(xiàn)在的使用也越來(lái)越廣泛。 2.2硬件實(shí)現(xiàn)

3、 硬件的總體構(gòu)造，主要由處理器、讀卡芯片、SD 存儲(chǔ)卡、用戶(hù)界面、匹配電路、天線(xiàn)電路、射頻卡組成。讀卡芯片為MFRC531，和匹配電路、天線(xiàn)電路一共構(gòu)成讀卡功能硬件，用于完成和射頻卡片的非接觸通信，終讀取卡片的信息;SD 存儲(chǔ)卡完成卡片信息的存儲(chǔ)，處理器為AT91SAM7S64 處理器，完成讀卡控制和信息存儲(chǔ)操作。 芯片間數(shù)據(jù)傳輸選用SPI串行總線(xiàn)。SPI 串行總線(xiàn)是一種4 線(xiàn)的串行通信總線(xiàn)，與傳統(tǒng)的并行總線(xiàn)相比，大大節(jié)省了電路端口資源。MFRC531 讀寫(xiě)芯片和SD 卡都支持以SPI 方式和處理器開(kāi)展通信。在SPI總線(xiàn)中，設(shè)備分為主設(shè)備和從設(shè)備。它一共有4 條線(xiàn)，其中一條是時(shí)鐘同步線(xiàn)(SCK

4、)，一條是片選線(xiàn)(NSS)，一條是主設(shè)備到從設(shè)備串行數(shù)據(jù)線(xiàn)(MOSI)，一條是從設(shè)備到主設(shè)備串行數(shù)據(jù)線(xiàn)(MISO)。另外除了這4 根信號(hào)線(xiàn)外還應(yīng)該接一根SPI中斷信號(hào)線(xiàn)到處理器，實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)過(guò)程的中斷。除了MFRC531 外，外部存儲(chǔ)器(SD 卡)也是通過(guò)SPI總線(xiàn)與處理器連接的。 天線(xiàn)設(shè)計(jì)可以分為兩種。一種是直接匹配天線(xiàn)，要求天線(xiàn)和讀寫(xiě)器很近，這種設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用于小范圍空間內(nèi)或者便攜式設(shè)備。另外一種是50匹配天線(xiàn)，要求天線(xiàn)和讀寫(xiě)器有一定距離，如天線(xiàn)在室外而讀寫(xiě)器在室內(nèi)的一些應(yīng)用。對(duì)于這種要求可以用同軸電纜連接天線(xiàn)和讀寫(xiě)器。在本系統(tǒng)中采用直接匹配天線(xiàn)設(shè)計(jì)。 天線(xiàn)設(shè)計(jì)圖 天線(xiàn)電路前需要一個(gè)EMC電路

5、開(kāi)展濾波。TX1 和TX2 和天線(xiàn)之間有一個(gè)簡(jiǎn)單的LC 低通濾波電路。RX 為射頻芯片的天線(xiàn)接收管腳，管腳VMID 提供接收信號(hào)的參考電壓。已知載波頻率為13.56MHz，為了傳輸載波，電路的固有頻率應(yīng)該盡量接近載波頻率，即固有頻率 信號(hào)經(jīng)過(guò)EMC電路后，進(jìn)入天線(xiàn)線(xiàn)圈。天線(xiàn)線(xiàn)圈的作用是完成射頻信號(hào)的發(fā)射和接收。這個(gè)天線(xiàn)線(xiàn)圈在功能上類(lèi)似于變壓器的主線(xiàn)圈。它制造一個(gè)局部空間的磁場(chǎng)。 線(xiàn)圈的面積和線(xiàn)圈匝數(shù)相關(guān)，一般設(shè)計(jì)半徑7cm 左右的線(xiàn)圈采用2 圈就夠了。天線(xiàn)線(xiàn)圈對(duì)讀寫(xiě)器電路的影響就是它的阻抗，因?yàn)樘炀€(xiàn)的阻抗必須要和讀寫(xiě)器電路匹配。天線(xiàn)的阻抗可以測(cè)量，也可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)出來(lái)： 在天線(xiàn)線(xiàn)圈阻抗推

6、導(dǎo)公式中，l 是線(xiàn)圈的周長(zhǎng)，D 是線(xiàn)圈的直徑，是形狀參數(shù)，圓形為1.07，正方形為1.54。這個(gè)公式只在13.56MHz頻率下有效。 3.平臺(tái)軟件設(shè)計(jì) 平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分：讀卡程序設(shè)計(jì)和SD卡記錄程序設(shè)計(jì)。 3.1 讀卡程序程序 讀寫(xiě)射頻卡的過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜的程序執(zhí)行過(guò)程，要執(zhí)行一系列的操作指令，包括裝載密碼,詢(xún)卡,抗沖突,選卡,驗(yàn)證密碼,讀卡,掛起卡等。這一系列的操作必須按固定的順序開(kāi)展。讀卡程序流程圖如下： 圖 3 讀卡程序流程圖 包括以下步驟：首先，初始化系統(tǒng);然后，用戶(hù)需要給出讀卡命令，系統(tǒng)只有承受到讀卡命令，才開(kāi)始執(zhí)行詢(xún)卡操作。如果射頻卡不在有效范圍內(nèi)，返回;如果射頻卡在有效

7、范圍內(nèi)并且有響應(yīng)，那么執(zhí)行抗沖突操作和選卡操作，即在所有有效的射頻卡中選中一個(gè)開(kāi)展讀卡操作。如果要對(duì)射頻卡的加密存儲(chǔ)空間開(kāi)展讀取，還需要開(kāi)展驗(yàn)證，輸入密匙后才能讀取信息。讀卡完畢后，要執(zhí)行掛起卡操作結(jié)束會(huì)話(huà)。 3.2 SD卡記錄程序 圖4 SD卡記錄程序流程圖 SD 存儲(chǔ)卡接收從射頻卡讀取的數(shù)據(jù)，并以文件形式記錄下來(lái)。通過(guò)SD 卡記錄程序流程圖，表達(dá)通過(guò)FAT16/32 文件形式將數(shù)據(jù)記錄在Secure Digital 存儲(chǔ)卡里的步驟。首先檢測(cè)SD 卡，如果SD卡存在，讀取引導(dǎo)區(qū)信息，根據(jù)引導(dǎo)區(qū)的BPB 表尋找FAT 表;讀取FAT表，通過(guò)FAT表上的信息尋找SD 卡上空白的數(shù)據(jù)區(qū);更新FAT

8、 表，將緩存中記錄的數(shù)據(jù)寫(xiě)入空白數(shù)據(jù)區(qū);讀取根目錄區(qū)數(shù)據(jù)，判斷記錄數(shù)據(jù)的文件是否已經(jīng)建立;如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)已經(jīng)建立的文件，則新建一個(gè)的記錄文件;如果記錄文件已經(jīng)存在，則更新文件的信息，如文件大小、記錄時(shí)間等。 4.結(jié)束語(yǔ) 本文完成了一種便攜式射頻卡記錄儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。它采用ARM7處理器平臺(tái)，可以對(duì)ISO14443兼容的射頻卡開(kāi)展讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)記錄等操作，并且能以文件形式記錄在可插拔的SD存儲(chǔ)卡中，是一種比較理想的射頻卡便攜式記錄方案。在天線(xiàn)平面和射頻卡的天線(xiàn)平面平行的條件下測(cè)量，長(zhǎng)讀卡距離為7厘米。通過(guò)本設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化了射頻卡信息采集流程，加快采集速度和效率，實(shí)現(xiàn)脫離計(jì)算機(jī)的射頻卡信息采集，在交通信息采集、工業(yè)控制、人員管理等領(lǐng)域有應(yīng)用價(jià)值。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：(1 )針對(duì)射頻卡信息采集和管理，提出一種新的便攜式記錄儀的設(shè)計(jì)，它可以兼容多種射