13.56MHz RFID閱讀器的硬件設計與實現的詳細資料說明

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上傳日期: 2019-06-04

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標簽:閱讀器(90)RFID(1981)IC(1982)

  本文在目前RFID技術發展現狀的基礎上,選擇上海復旦微電子公司的FM1725非接觸式IC卡芯片和Mifare 標準的IC卡MF1 IC S50以研究13.56MHz射頻識別系統,并重點論述了該閱讀器硬件的設計與實現。經實踐證明,該閱讀器工作穩定。該設計與實現對 13.56MHz RFID 閱讀器的研制具有典型意義。

  RFID 的中文全稱為射頻識別(Radio Frequency IdentificaTIon),這種技術最早應用于第二次世界大戰時期區分盟軍和德軍飛機的識別系統,由于當時技術和成本的原因,該技術并沒有得到廣泛應用。二十世紀九十年代以來,隨著大規模集成電路、網絡通信、信息安全等技術的迅速發展,RFID 技術進入了商業化應用階段。如今的 RFID 具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點,可支持快速讀寫、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。RFID技術與互聯網、通訊技術相結合可應用于物流、制造、公共信息服務等多個行業,其已經涉及到人類生活的各個領域,并成為未來信息社會建設的一項基礎技術。根據預測,RFID 標簽技術將在未來 2~5 年逐漸開始大規模應用,到 2008 年 RFID 標簽僅在全球供應鏈領域的市場需求將達到40億美元。

  1 RFID 系統的基本組成

  最基本的 RFID 系統主要由閱讀器(Reader)、應答器(Transponder)和RFID應用支撐軟件組成,RFID系統的結構圖如圖一所示。

  閱讀器的主要任務是控制射頻模塊向標簽發射讀取信號,并接收標簽的應答信號,對標簽的對象標識信息進行解碼,將對象標識信息連帶標簽上其它相關信息傳輸到主機以供處理。閱讀器一般含有射頻模塊、控制單元以及與應答器連接的耦合元件。此外,閱讀器還有附加的接口,如RS232、 RS485 等,用以將所獲得的數據傳輸給另外的系統。

  應答器是閱讀器操作的對象,也可以稱為射頻標簽或射頻卡片,其為產品信息或數據的載體,由芯片與天線組成。 RFID 標簽依據發送射頻信號的方式不同,分為主動式和被動式兩種。主動式標簽主動向讀寫器發送射頻信號,通常由內置電池供電,又稱為有源標簽; 被動式標簽不帶電池,又稱為無源標簽,其發射電波及內部處理器運行所需的能量均來自閱讀器產生的電磁波。主動式標簽通常具有更遠的通信距離,其價格相對較高,主要應用于貴重物品遠距離檢測等應用領域。被動式標簽具有價格便宜的優勢,但其工作距離、存儲容量等會受到能量來源的限制。

  RFID應用支撐軟件除了標簽和閱讀器上運行的軟件外,介于閱讀器與企業應用之間的中間件也是一個重要組成部分。

  本文所研究的RFID系統為13.56MHz近耦合射頻識別系統。閱讀器射頻模塊采用復旦微電子公司的FM1725非接觸式 IC卡芯片,可以完成數據調制、解調的功能,并對射頻調制信號進行整流和發射。閱讀器的控制單元采用ATMEL公司生產的高性能CMOS 8位單片機AT89S52,其主要負責運行讀寫卡片的程序,提供FM1725芯片的控制信號,通過RS232接口完成與上位機或網絡的數據通信。射頻卡片采用無源的 Mifare 標準 IC卡 MF1 IC S50,卡片內有 8K位 EEPROM,它是數據的存儲載體,通過閱讀器的天線對其進行數據的讀寫操作。

  閱讀器硬件系統總體結構如圖二所示。閱讀器硬件系統主要由四部分構成: 接口電路、控制單元、射頻模塊、天線。上位機通過接口電路與閱讀器的控制單元連接,向控制單元發送讀/寫卡等命令,接收來自控制模塊的數據與操作報告。控制單元與射頻模塊相連,在控制單元上運行的主程序根據具體情況控制射頻模塊操作。射頻模塊對數據進行調制后通過天線發送至應答器,并對從天線上接收的應答器返回信號進行解調。

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