论文总字数：18767字

目 录

1 绪论 1

1.1 射频识别技术概述 1

1.2 国内外发展及应用现状 1

1.3 射频识别技术的发展前景 2

1.4 研究意义及主要研究工作 2

2 射频识别系统分析 3

2.1 射频识别系统 3

2.1.1 射频识别系统的组成 3

2.1.2 射频识别系统的工作原理 3

2.2 系统整体结构设计 4

2.3 系统元器件选型 4

2.3.1 单片机选型 4

2.3.2 射频芯片选型 4

2.3.3 电源芯片选型 5

3 系统硬件电路设计 5

3.1 读卡器硬件系统功能简介 5

3.2 单片机系统电路 6

3.3 射频读卡电路 6

3.4 电源电路 7

3.5 显示电路 8

3.6 指示和报警装置电路 8

3.7 PCB电路设计 9

4 RC522的指令集介绍 10

4.1 RC522命令集的实现 10

4.1.1 Tranceive指令 10

4.1.2 MFAuthent指令 11

4.2 MIFARE卡操作指令 11

4.2.1 防碰撞算法 12

4.2.2 防碰撞指令的实现 13

4.2.3 数据调制方法 14

4.2.4 差错控制方法 15

5 系统总体软件设计 16

5.1 查询系统总体软件设计 16

5.2 数据接收程序设计 17

5.3 液晶显示屏程序设计 18

5.4 蜂鸣器程序设计 19

5.5 蓝牙接口程序设计 20

5.6 SPI通信设计 20

6 系统调试结果与分析 21

结 论 22

参考文献 22

致 谢 24

附 录 25

基于RFID的商品信息查询系统设计

吴 汉

, China

Abstract：In this article, a product information inquiry system based on RFID is designed. In the case that the radio frequency tag can be correctly identified, the radio frequency card reading circuit system can accurately obtain all the information stored inside the tag, which is pre-set product information. In the system, the STC89C51 microcontroller is taken as the microprocessor and the RC522 chip is taken as the RF chip. By writing related programs on the KEIL, the read information is displayed on the LCD screen, and the information can also be transmitted to the PC using Bluetooth End, and then the information is displayed on the PC. Based on the time set by the PC can be used to determine whether the goods expired. Through the design and manufacture of software and hardware, and simulation of some processes on matlab, the entire circuit and system design were completed, and the previously expected results were successfully obtained.

Key Words：Radio frequency label；Query system；STC89C51；RC522；

1 绪论

1.1 射频识别技术概述

射频识别(简称RFID)技术是在上世纪末快速发展起来的一种不需要直接接触并且可以自动识别的技术。它是一种运用空间耦合(交变磁场或电磁场)来让射频信号完成信息传输的技术，并且其传输的信息能够被辨识出来。

和以前广泛使用的接触式辨认技术以及光学辨认技术作比较，RFID技术不只可以使电子标签和读卡器在没有接触的情况下进行接触，并且还能够完成不止一个标签的反冲撞操作，这就处理了大多数传统识别技术的不足之处。除了这些，RFID技术还具备耐高温、防磁、防水、读取距离大、数据加密、容易更改存储信息、存储的量比较大等这些传统标签所没有的特点。由于RFID技术的一些特有的优点，它已经被越来越多地用在了商业自动化、工业自动化、交通物流等范围。近年来，由于大规模集成电路科技的提高和生产范围的不停扩展，射频识别技术使用的本钱也会不断减少，其所用到的地方也会越来越多。

1.2 国内外发展及应用现状

就现阶段来看，国内射频识别读卡器的发展状况是根据各种各样使用场合的需求而出现了全方面发展的情况,包括读写器模块、低频读写器、高频读写器、超高频(UHF)读写器、便携式读写器、微波读写器、双频标签读写器等这些各不相同的元件都被大范围的被用户所需要,这些产品适应了不同距离的读写操作，可以满足很多用户的需要。美中不足的是它们都有一个相同的特质,即均质化严重,各产品之间没有很大的区别,各自的特点也很差的不多,它们基本上都会使用单片机加内部的阅读器芯片的构造,不过其关键的技术却并不是他们自己所掌握的,急切地需要一个完整系统的自主知识产权来填补国内的空缺。

读卡器的核心技术基本都被外国的公司所把控。读卡器市场的最大利润也基本都被国外的公司所占有，如TI, NXP和其他一些芯片制造商。随着市场的进步，这些公司正在不停地增强着对整个RFID系统的控制，并且一直有新的强大的公司参加这一队伍之中，比如ST(意大利半导体)。TI公司提供了一套完好的服务及设施，包括读卡芯片、读卡器模块、读卡器、电子标签、系统使用等。NXP为下游厂商提供读卡芯片和电子标签的关键位置，使市场的主导权一直在自己手上。

然而，让人安慰的是我国在射频识别技术的使用中进步迅速。在RFID技术的研制和产品开发范围，我们已经可以开发出不同频率和微波射频识别电子标签以及阅读器，还有系统集成的功能。现阶段我国自主研发的芯片和电子标签芯片也已经在市场上有所发挥，对于市场的竞争也有了我国的一席之地。比如复旦微电子FM17XX系列读卡器的专用芯片已经可以兼容NXP公司MFRC500、MFRC531和MFRC632的引脚，为我国射频识别技术的进步取得了不错的成绩。可以在大多数场合使用的FM11RF系列的IC卡芯片的存储量是512位到32k位。

伴随着射频识别技术一天天地进步，它的应用范围也是越来越宽广。因为RFID技术在公路、物流、铁路交通、邮政、货运、业生产线、住宅物业管理、智能建筑、饲料工业等诸多范围都具备比较大的优势。所以它已经被普遍地使用在北美、欧洲、大洋洲以及亚太地区。具有代表的应用地包含:

1.铁路车号自动识别系统

2.公路不停车收费系统

3.仓库管理系统

4.电子防盗系统

5.动物识别

6.RFID卡

1.3 射频识别技术的发展前景

射频识别技术的进步可以从来个方面来分析，一方面是不断增长的应用需求对其发展有积极的促进作用，另一方面来说，伴随着RFID技术在实际使用中的成功又不断地扩大了对其需求的拓展。RFID技术不仅完成了在一些关键技术上的突破，也适应了广大客户的与日俱增的需要。比较于传统的接触式的条码技术，射频识别技术有着一些其不具有的优点，其中主要表现在下述几个地方：

(1)多卡扫描。

(2)体积比较小，并且具有着多种的样式。

(3)不仅有着比较优秀的耐久性能，还有着很强的抗被污染功能。

(4)RFID标签能够被反复地运用，其内部存储的数据也能够反复地增加、改变或者是删除，这样就可以对其进行不止一次的使用，有利于降低整个系统的成本。

(5)整个RFID系统的安全性和穿透性比较可观，比较于传统标签的接触式辨认，RFID标签可以在被物体覆盖的情形下被阅读器成功读取其内部的信息，可以穿透木材、纸张以及塑料等透明的或者不是金属的材料，可以完成穿透性能的通讯。不仅如此，RFID标签内部具有的是穿透标签无法企及的电子信息，里面的内容有着设置好的密码来对其进行保护，有着很好的安全性能。

通过了上述射频识别技术的独有优点，我们可以估计RFID技术会在接下来的日子里继续一往无前地维持其不断发展的趋势，RFID技术会在各种环节之中不断地取得令人们受益匪浅的新的进步，引用人们走向新的未来。

1.4 研究意义及主要研究工作

本次设计旨在完成一个可以利用非接触式的自动识别技术来对商品信息自动而且准确查询的读取装置，并且可以对商品是否过期进行自动判断，还会利用蜂鸣器来完成报警功能，大大优化了对商品的管理环节，不论是对有关企业，还是个体经营户来说都可以创造出不小的财富。

通过查阅了很多有关文献和资料来初步了解了无线射频技术在国内外的发展状况以及未来的发展势态。基于STC89C51单片机设计了一个可对商品信息进行自动查询的RFID系统，可将所读取的商品信息发送给上位机，在下位机也可对读取过的信息进行查看，并且可对商品是否过期进行判断。主要进行了以下研究工作:

(1)设计了利用STC89C51单片机的13.65MHz读取器的主要控制模块。

(2)设计了利用RC522非接触式无线射频模块的射频电路。

(3)编写了读取器的主程序还有读取器和PC机之间的串行通信程序。

(4)研究了防冲突算法并在软件上模拟了对接收数据的调制及校验。

2 射频识别系统分析

2.1 射频识别系统

2.1.1 射频识别系统的组成

一个可以实现基本功能的射频识别系统是通过三个组件构成的。

1. 电子标签（简称标签）：标签是通过芯片以及耦合器件构成的。每个标签都会拥有其独特的电子代码，它固定在对象上用来辨认目的对象。
2. 天线：天线具有能够在阅读器以及射频标记之间发送射频信号的功能。
3. 读写器：读写器是一种用来读出标签内部附着信息的设施。它可以设计为手持或固定。RFID阅读器能够利用好天线和RFID标签进行非接触式地无线通信，还可以完成对标签内部存储数据以及标识符的读写程序。一般的读写器包含高频模块、控制单元、阅读器天线、数据库和软件。

2.1.2 射频识别系统的工作原理

射频系统工作时，射频读写器会在周围散发出电磁波，这样就能够在周围建立一个电磁场，当带有射频信号的射频标签触及到磁场之后，磁场便会给其能量，这样标签内部的微型芯片电路便会处于激活状态，进而会向读写器发送电磁波，存储在芯片中的产品信息或者是具有某一种特殊频率的信号就可以被读写器识别出来，再通过解码之后，读写器便会将信息发送给上位机系统来对所收集到的数据信息进行处理，数据信号处理流程共有六步：

1. 射频读卡器内部的无线电载波信号经调制之后由天线发送到外部区域。
2. 当具有射频信息的射频标签来到读卡器发射天线产生作用的地方之后，标签内部的电路便会被动激活，由通过其自身内部的天线将自己带有的独特信息发射到周围区域。
3. 射频标签传送到外部的信号被读卡器的接收天线感应到之后，天线会将接收到的信号发送给内部芯片，读卡器对该信号进行解调译码之后又将其发送给后台的总控制台进行处理。
4. 后台的总控制器可以根据所读取的标签的合法性来完成逻辑判断以及运算，并且可以根据不同的设置来完成相对应的操作及处理。
5. 执行部分可以根据总控制台先前发出的命令来进行相应的工作。
6. 经过完整的计算机网络，可以将每个监测点衔接起来，这就形成了一个总的信息控制平台，这样我们就能够通过各种项目的需要来相应地设计具有各种功能的软件进一步满足我们的需求。

2.2 系统整体结构设计

在这次设计里面，我们使用了STC89C51单片机来当做处理器，利用SPI来和射频模块传输信息。系统在通电之后，首先会完成单片机以及射频模块的初始化，接着会把二者之间的信息传输方式设为SPI通信。其中射频模块会始终进入到检测模式之中，当有射频卡处在可以被读取的区域里面后，射频模块就会把读取出来的信息传输给单片机，接着信息就可以被液晶屏表示出来，单片机还可以通过蓝牙将所读取的信息发送给PC端，并且可以通过对PC端输入的时间数据做对比判断所识别的商品是否过期。

系统整体结构图如图2-1所示。

图2-1 系统结构图

2.3 系统元器件选型

2.3.1 单片机选型

51系列单片机是目前应用比较普遍的八位单片机系列，其不仅拥有比较丰厚的研发材料也有着比较低的研发成本这些优点是其如今和未来强壮生存力的支支持，而作为一种高效率的微型控制器，89C51给比较多的控制系统都供给了一种不仅用起来十分灵活价格也比较实惠的方法。本系统把89C51当成主控制器，如此便能够用较少的资源实现难度不低的读卡能力。

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