多功能rfid读卡器的研究与实现

 2022-02-15 21:56:22

论文总字数:23359字

摘 要

RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术又称为无线电识别技术。相比其他识别系统,射频识别有着诸多优点,并开始占领巨大的市场份额,引领科研潮流,甚至成为了一门涵盖多领域多个研究方向的综合性学科。因此研究和进一步认识射频识别技术十分有意义。

论文首先介绍RFID技术的发展历程和在国内外的应用现状,并对RFID系统的基本结构、工作原理、分类、防冲突算法、检错与纠错算法等进行了理论研究,对所涉及的国际通用的工作在13.56MHz频率下的RIFD标准ISO/IEC 14443进行了相关分析。并在相关研究的基础上设计出一款高频读卡器,该读卡器能够对满足ISO/IEC 14443标准的射频标签进行操作。其中,为满足设计读卡器小型化,高性能和低成本的要求,在微控制器设计上采用了基于80C51的主控硬件设计方案。之后对设计制作的读卡器系统进行了测试,测试结果验证了读卡器对ISO/IEC 14443标准的支持,满足课题开始提出的性能要求,同时可以满足手持射频设备的工作要求。在软件方面,采用了keil的编译环境,对射频物理层软件进行开发,这部分软件完成的主要功能是通过对读射频读写模块的控制实现对射频标签的操作,并在对协议的充分研究的基础上编写了RFID读卡器串口通信协议。

本设计实现了RFID读卡器与计算机进行通信,通过串口通讯工具执行计算机发来的命令控制与射频卡的通信过程,并能对射频卡中某位进行锁定,以及进行射频卡和读写器间的身份验证,读写射频卡存储器等附加功能。本设计所研究的RFID读写器工作频率为13.56MHz,采用模拟与数字解调相结合的软硬件系统结构,实现RFID读写器的读写功能,能够同时支持多种协议的操作。

关键词:高频;射频识别;读卡器;协议

Research and implementation of multifunctional RFID reader

Abstract

Radio Frequency Identification RFID technology is also known as radio-frequency Identification technology. Compared with other identification system, RFID has many advantages, and begins to occupy a significant market share, leading research trend, even become a cover multiple research direction in the field of more comprehensive discipline. So research and further understanding rfid technology is very meaningful.

The paper firstly introduces the development of RFID technology and the application status at home and abroad, and the RFID system's basic structure, working principle, classification, anti-collision algorithm, error detection and correction algorithm has carried on the theoretical research, such as on the international general work involved RIFD under 13.56 MHz frequency standard and the correlation analysis to the ISO/IEC 14443. And on the basis of related research designed a radio frequency card reader, the card reader to be able to meet the ISO/IEC 14443 standard radio tags. Among them, in order to meet the design of card reader miniaturization, high performance and low cost requirements, design in micro controller USES the control hardware design scheme based on 80 c51. After the design of card reader system was tested, the test results verify the card reader to the ISO/IEC 14443 standards support, meet the performance requirements of the subject began to suggest, at the same time can satisfy the requirement of the handheld radio frequency devices work. In terms of software, adopts the keil compiler environment, for radio frequency physical layer software development, this part of the software to complete the main function is through the control of the reading and writing module implementation to the operation of the radio frequency tag, and on the basis of full study of agreement to write the RFID card reader a serial port communication protocol.

This design has realized the RFID card reader to communicate with the computer, via a serial port communication tools to perform commands from the computer control and communication process of card, and can lock the card, card and read/write device and the authentication between, additional features such as card reading and write memory. This design study of RFID read-write device operating frequency is 13.56 MHz, a combination of analog and digital demodulation based hardware and software system structure, achieve the function of RFID read-write device, speaking, reading and writing, able to support a variety of the operation of the agreement RFID reader's capabilities to support multiple protocols operate.

Key Words: High frequency; RFID; Reader; Agreement

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究工作的背景与意义 1

1.2 RFID国内外发展现状 2

1.3 射频识别技术的发展前景 3

1.4 本文的主要工作和组织结构 3

第二章 RFID系统理论研究 5

2.1 RFID系统的基本结构 5

2.2 RFID的基本特征与区别 5

2.2.1工作方式 6

2.2.2 能量供应 6

2.2.3 工作频率 6

2.2.4 工作距离 6

2.2.5 耦合方式 7

2.3 ISO/IEC14443 7

2.3.1 物理特性 7

2.3.2 频谱功率和信号接口 7

2.3.3 初始化和防碰撞算法 7

2.3.4 传输协议 8

2.4 本章小结 8

第三章 高频RFID读卡器硬件设计 9

3.1 读卡器的工作原理 9

3.2 MCU控制部分 9

3.3 射频部分 10

3.4 天线设计 11

3.5本章小结 11

第四章 高频RFID读卡器软件实现 12

4.1 高频RFID读卡器软件实现 12

4.2 读卡器串口通讯协议 12

4.2.1 协议流程 12

4.2.2 操作命令详述 13

4.2.3错误代码和CRC校验 15

4.3 本章小结 16

第五章 实际测试 17

5.1 RFID读卡器PCB设计 17

5.2 测试用芯片简介 18

5.2.1芯片特点 18

5.2.2芯片防冲突与lock功能 18

5.3系统测试 20

5.3.1系统测试介绍 20

5.3.2调试界面介绍 21

5.3.3收发数据 21

5.4 测试结果分析 26

5.5 本章小结 26

第六章 总结 27

致 谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

利用射频信号识别特定目标并读写相关数据的无线通信技术被称为射频识别技术。射频识别技术在应答器与读写器之间的通信无需建立机械或者光学接触,达到对目标的识别与追踪的目的。该项技术在近半个世纪以来得到了巨大的发展,被认为是最具有发展前途的无线技术之一。

一套射频识别系统包括一个应答器(标签)、一个读写器(阅读器)以及必要的信息处理装置或应用软件系统。一般情况下,在一套射频识别设备的工作过程中,首先由读写器中的信息发送机发出一个调制的特定频率的电磁场。然后,处在读写器所发送的磁场范围之内的应答器就会通过自身的耦合元件获取能量,并回送同样以特定频率电磁场形式传输的数据信息。

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