射频识别(RFID)节点技术设计及应用开发.doc

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1、射频识别（RFID）节点技术设计及应用开发摘要：本文以STC11F32XE单片机为核心，设计了一个无线射频识别的读卡器。本设计中，印制在PCB板上的磁场耦合天线通过磁场感应收集到IC卡上的数据信号（这里是模拟信号），然后天线将收集到的数据信号传回给TRF7960无线射频识别芯片，TRF7960再将此信号进行数据预处理，即模拟信号的数字化，然后将此数字化后的信号通过串口通信的方式传送给STC11F32XE单片机，STC11F32XE单片机会驱动12864液晶，最终将IC卡上的数据信息显示在12864液晶屏上。 文章详细介绍了TRF7960芯片的工作原理和读卡器具体的硬件与软件设计方案、思路及实现

2、方法。设计中，功能实现的步骤包括寻卡、读卡和中断等，该读卡器可实现对ISO14443A类型卡的识别功能。关键词：射频识别；非触碰式IC卡；读卡器；TRF7960；ISO14443ARadio Frequency Identification (RFID) Technology Node Design and Application DevelopmentAbstract: This paper STC11F32XE microcontroller as the core, a radio frequency identification of the card reader is design

3、ed. The design, magnetic field coupling antenna is printed on PCB through the magnetic field induction to collect data on the IC card signal (analog signal here), then the data signal will be collected by the antenna back to the radio frequency identification chip TRF7960, this data signal again be

4、pretreatmented by TRF7960, namely of the analog signal digital, then will the digital signal through serial communication transmitted to the way STC11F32XE microcontroller,12864 LCD Wwill be drived by STC11F32XE microcontroller, will eventually IC card of data on information displayed in 12864 on th

5、e LCD panel. The TRF7960 chip works, reader specific hardware and software design solutions, ideas and implementation are detailed in this article. Design features to achieve the steps include seeking cards, readers and interruption, the reader can achieve the type of card ISO14443A recognition.Keyw

6、ords: Radio frequency identification; Non-touch-type IC card; Reader; TRF7960; ISO14443A目 录第1章 绪论1 1.1 射频识别技术的研究和意义1 1.2 国内外研究现状和发展1 1.3 本论文研究内容2第2章 无线射频识别系统的基本组成及工作原理3 2.1 RFID系统基本组成3 2.2 无源射频识别技术的基本工作原理3 2.3 无线射频识别工作的物理学原理4 2.4 读写器5 2.4.1 读写器的作用及分类5 2.4.2 读写器的基本构成5 2.5 读写器天线5 2.5.1 读写器天线简介5 2.5.2

7、读写器天线设计技术6 2.5.3 读写器天线制造技术6 2.6 射频电子标签7 2.6.1射频电子标签概述7 2.6.2 无源电子标签的构成和工作原理8 2.6.3 RFID标签天线设计9 2.7 客户机、服务器和通信网络10第3章 系统方案及其基本架构11 3.1 方案选择11 3.2 元器件选择及简要介绍11 3.2.1 TRF7960芯片11 3.2.2 STC11F32XE芯片13 3.2.3 PL2303芯片介绍14 3.2.4 128X64LCD液晶显示器17 3.2.5 无源射频卡18第4章 系统硬件设计20 4.1 设计思路20 4.2 本设计工作原理20 4.3 各模块设计原

8、理图20 4.3.1 TRF7960设计原理图及PCB图20 4.3.2 STC11F32XE 单片机设计原理图21 4.3.3 PL2303设计原理图22 4.3.4 LCD液晶设计原理图23 4.3.5 天线网络设计24 4.4 硬件PCB设计及注意事项25第5章 系统软件设计26 5.1 各应用子程序介绍26 5.1.1 读写子程序26 5.1.2 初始化TRF7960子程序26 5.1.3 获取ID号子程序26 5.1.4 中断处理子程序28 5.1.5 LCD液晶显示子程序30 5.2 软件设计总体介绍32第6章 系统硬件与软件的调试33 6.1 系统硬件的调试33 6.1.1 调试

9、思路及用到的工具33 6.1.2 调试过程中遇到的问题及解决方法33 6.2 系统软件的调试34 6.2.1 子程序编译34 6.2.2 下载调试36 6.3 软件编写和调试经验总结39第7章 结 论41致 谢42参考文献43附录 各硬件效果图44第1章 绪论1.1 射频识别技术的研究和意义RFID（Radio Frequency Identification）无线射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术1。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别系统通常由电子标签（射频标签）和阅读器组成。电

10、子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。射频识别系统的另一主要性能指标是阅读距离，也称为作用距离。在低频125kHz、高频13.56MHz频点上一般均采用无源标签，作用距离在1030厘米左右2.3。在超高频UHF频段，无源标签的作用距离可达到310米。 RFID 典型应用包括：在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售；在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与不停车收费；在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管

11、理以及宠物、野生动物跟踪；在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪；在制造业用于零部件与库存的可视化管理。超高频和微波RFID射频识别作用距离远，无源标签便宜而被备受瞩目 市场研究公司IDC指出：2005年整个RFID在中国的市场容量是4.7亿人民币，到2009年这个市场会膨胀到58.7亿，其年复合增长率大约是65.6%。1.2 国内外研究现状和发展各国及相关国际组织都在积极推进RFID 技术标准的制定。目前，还未形成完善的关于RFID 的国际和国内标准。当前主要的RFID 相关规范有欧美的EPC 规范、日本的UID（Ubiquitous ID）规范和ISO 18000系列标准4.5。

12、EPC 规范由Auto-ID 中心及后来成立的EPCglobal 负责制定。Auto-ID 中心于1999年由美国麻省理工大学（MIT）发起成立，其目标是创建全球“实物互联”网（internet of things），该中心得到了美国政府和企业界的广泛支持。2003年10月26日，成立了新的EPCglobal 组织接替以前Auto-ID 中心的工作，管理和发展EPC 规范6.7。 UID（Ubiquitous ID）规范由日本泛在ID 中心负责制定。日本泛在ID 中心由T-Engine论坛发起成立，其目标是建立和推广物品自动识别技术并最终构建一个无处不在的计算环境。该规范对频段没有强制要求，标

13、签和读写器都是多频段设备，能同时支持13.56MHz 或2.45GHz 频段。 中国在LF（低频）和HF（高频）频段RFID标签芯片和读写器设计方面的技术比较成熟，HF频段方面的芯片设计技术接近国际先进水平，已经自主开发出符合ISO14443 Type A、Type B和ISO15693标准的RFID芯片，并成功地应用于交通一卡通和中国二代身份证等项目。国内在UHF和微波频段的标签芯片设计和阅读器设计方面起步较晚。 国内日益重视发展RFID技术，2005年863计划第三批立项课题中信息技术领域立项3项RFID相关研究。国家科技部正在建立RFID与条码应用于物流的综合示范项目。湖南省科技厅将“射

14、频标识和基于IPv6的实物互联网应用技术”列为2006年度科技计划项目8-11。1.3 本论文研究内容本设计以51单片机为设计平台，主要由STC11F32XE单片机、液晶显示、电源、键盘和USB串口转换、TRF7960无线射频识别芯片及外围电路等模块组成，实现对IC卡卡号数据的读取。设计通过印制在PCB板上的磁场耦合天线将磁场感应收集到IC卡上的数据信号（这里是模拟信号）传送给TRF7960无线射频识别芯片，TRF7960将此信号进行数据预处理即模拟信号的数字化，然后将此数字化后的信号通过串口通信的方式送入给STC11F32XE单片机，STC11F32XE单片机会驱动12864液晶，最终把IC

15、卡上的数据信息显示在12864液晶屏上。设计的ISO14443A型卡的识别系统充分发挥了STC11F32XE单片机具有高速数据处理的特点，结合现有技术，大大降低了电路的设计复杂度，该系统具有读卡准确，人机界面友好，稳定性高、抗干扰能力强等特点，具有良好的现实应用价值。本设计的主要目标：系统能将ISO14443A型卡的卡号通过磁场耦合天线读取到TRF7960芯片中，并通过STC11F32XE使LCD液晶显示此卡号。设计中采用PL2303芯片实现USB转串口的程序烧写，硬件电路图和PCB图均使用Altium Designer软件制作，软件程序使用Keil 51软件编写和调试。第2章 无线射频识别系

16、统的基本组成及工作原理2.1 RFID系统基本组成RFID系统组成包括电子标签(Transponder)、读写器(Reader )、客户机(Client),服务器(Server)等四个部分，如图2-1所示6.7。对RFID整个系统而言，读写器与标签通过RF电磁场进行数据交换，其数据链路包含了数据的调制/解调制、编码/解码、防冲突算法以及相关的协议标准等。服务器客户机读写器RF电磁场、防冲突算法标签标签标签标签网络串口 图2-1 RFID系统基本组成RFID系统由软件和硬件两部分组成：软件部分一般包括应用软件和嵌入式软件，它们共同支撑着整个系统的运行，完成信息的处理，对系统采集的数据进行信息化管

17、理;硬件部分主要实现信息的识别和采集，由读写器与电子标签组成。2.2 无源射频识别技术的基本工作原理RFID的基本原理就是将RFID电子标签安装在被识别的物体上，读写器通过发射天线发射一定频率的射频信号，当被标识的物体进入读写器的阅读范围时，利用空间电感耦合或者电磁耦合进行通讯15.16。标签获得能量被激活，产生感应电流，将自身编码和携带的信息通过天线发送出去，读写器接收天线接收从标签发送过来的载波信号并通过读写器的射频芯片进行解码，实现标签和读写器之间的非接触式信息通讯。读写器接收到信息通过串口RS232、RS485或者USB接口，将采集到的数据实时送入客户机的终端处理系统，主系统根据逻辑运

18、算判断该卡的合法性，根据不同的设定进行相关的处理，并通过网络传输给服务器，从而完成信息的采集过程，以达到自动识别被标识物体的目的。如果需要对标签写入或者修改信息，通过与以上读取信息相反的顺序将信息写入标签（可读写标签）。图2-2 RFID工作原理2.3 无线射频识别工作的物理学原理 电感耦合电感耦合一种变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应原理。适用于低频和中频。例如：125KHZ，13.56MHZ等，作用距离有限。图2-3电感耦合 电磁反向散射耦合雷达原理模型，碰到目标后反射同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统。常用的

19、频率有433MHZ，915MHZ，2.45GHZ，5.8GHZ等。作用距离可达3-10m12。 图2-4电磁反向散射耦合利用电磁反向散射耦合的反向散射调制技术是指无源RFID将数据发送给阅读器所采用的方式。标签返回数据的方式是控制天线的阻抗，方法有多种，都是基于一种阻抗开关的方法。实际采用的阻抗开关有变容二极管、逻辑门与高速开关等。2.4 读写器2.4.1 读写器的作用及分类读写器是读取或擦写标签数据和信息的设备，也可称为阅读器，可外接天线，用于发送和接收射频信号，分为手持式(便携式)或固定式两种。读写器是负责读取或写入标签信息的设备，读写器可以是单独的整体，也可以作为部件的形式嵌入到其他系统

20、中。读写器可以单独具有读写、显示和数据处理等功能，也可与计算机或其它系统进行互联，完成对射频标签的相关操作。由于RFID系统大多采用“读写器优先”的工作方式，因此成为整个RFID系统的通信中心，主要具有以下功能:（1）通过高频载波为标签提供工作所需的能量；（2）通过发射/接收射频信号，实现与标签之间的通信功能；（3）与客户机之间通过标准接口如RS232/485、USB等，实现与应用系统软件通信；（4）通过基带部分实现相关协议标准；（5）对标签中所存储的信息实现阅读、写入以及修改等功能；（6）具有防冲突功能，在读写范围内实现多标签的同时识别；（7）对读写器与标签之间的数据进行加密解密等安全设置和

21、身份验证。通常，读写器可以按照体积和用途分为小型、手持型、面板型、隧道型以及出入通道型和大型通道型等几类13。2.4.2 读写器的基本构成读写器(即读写器)是整个RFID系统中重要的组成部分之一，由收发射频模块、控制模块、天线和接口电路组成，如图2-5所示。应用软件接口电路控制信号编码协议射频模块天线标签接收数据发送数据图2-5读写器的简单结构图 2.5 读写器天线2.5.1 读写器天线简介天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置。天线按工作频段可分为长波、短波、超短波以及微波天线等；按方向性可分为全向天线、定向天线等；按外形可分为线状天线、面状天线等。在RFID

22、系统中，天线分为标签天线和读写器天线两种情况，当前的RFID系统主要集中在LF、HF(13.56MHz)、UHF和微波频段。天线的原理和设计在LF、HF和UHF频段有根本上的不同。实质上，由于在LF和HF频段系统近场区并没有电磁波的传播，因此天线的问题主要集中在UHF和微波频段。2.5.2 读写器天线设计技术对于近距离13.56MHzRFID应用(10cm)，比如门禁系统，天线一般和读写器集成在一起，对于远距离13.56MHz( 10cm1m)或者UHF频段(3m) 的RFID系统，天线和读写器采取分离式结构，并通过阻抗匹配的同轴电缆连接到一起。由于读写器结构、安装和使用环境等变化多样，并且读

23、写器产品朝着小型化甚至超小型化发展，天线设计面临新的挑战14。读写器天线设计要求低剖面、小型化以及多频段覆盖。对于分离式读写器，还将涉及到天线阵的设计问题。国外已经开始研究读写器应用的智能波束扫描天线阵，读写器可以按照一定的处理顺序,“智能”的打开和关闭不同的天线，使系统能够感知不同天线覆盖区域的标签，增大系统覆盖范围。它还涉及到小型化的问题带来的低效率、低增益问题，这同样是国内国外共同关注的研究课题。2.5.3 读写器天线制造技术目前，有三种天线制造技术：蚀刻/冲压天线（etched/punched antenna）、印刷天线（printed antenna）和绕线式天线8-11。 在国际上

24、，目前一般都采用蚀刻/冲压天线为主，其材料一般为铝或者铜，因为其能提供最大可能的信号给标签上的芯片，并且在标签的方向性和天线的极化等特性上都能与读卡机的询问信号相匹配，同时在天线的阻抗，应用到物品上的射频的性能，以及在有其他的物品围绕贴标签物品时的射频性能等方面都有很好的表现，但是它唯一的缺点就是成本太高。导电油墨从只用丝网印刷扩展到胶印、柔性版印刷、凹印，其技术的进步，促进了RFID标签的生产和使用。现在随着新型导电油墨的不断开发，印刷天线的优势越来越突出。导电油墨是由细微导电粒子或其他特殊材料(如导电的聚合物等)组成，印刷到承印物上后，起到导线、天线和电阻的作用。这种油墨印刷在柔性或硬质承

25、印物上可制成印刷电路，用导电油墨印制的天线可接收RFID专用的无线电信号。其优势表现在导电效果出色和成本降低。 在频率较低的标签中，通常采用线圈天线形式；频率较高的标签通常为印刷贴片天线形式。其印刷工艺是在纸板、聚脂、聚苯乙烯等材料上用金属、聚合物等导电墨水（主要成分为银和铝等金属）印刷出天线图形，印刷贴片天线技术在国外已经成功应用，但是国内由于设备价格昂贵很少引进。即便在国外，印刷技术的印刷分辨率、套准精度、必要的隔离层和干净的印刷环境上还有待实质性的改善和提高。我国具备一定的利用导电油墨(如导电银浆)进行天线的加工的能力，但是印刷分辨率、套准精度、必要的隔离层和干净的印刷环境上还有待实质性

26、的改善和提高。2.6射频电子标签2.6.1射频电子标签概述电子标签也称为射频标签、射频卡或应答器，是射频识别系统中存储数据和信息的电子装置，由耦合元件(天线)及芯片(包括控制模块和存储单元)组成，每个标签由唯一的电子标示码确定，附着在被标识的对象上，存储被识别对象的相关信息，其外形多种多样，有卡、钮扣、标签等多种样式。实际应用中，电子标签附着在被识别物体的表面，读写器非接触式的读取存储在标签中的数据，处理以后送给中央信息系统进行管理。其主要作用是存储相关的识别信息，并与读写器之间实现通信，在特定条件下还可以具备自毁(Kill)功能，从而保证标签内的信息不会外泄，具有一定的保密能力。一般按供电方

27、可以分为有源、无源、半有源等三类8-11。有源标签:内部装有电池，一般具有较远的阅读距离，其阅读距离最远甚至可以达到24m，不足之处是电池的寿命有限，大多为3到10年，在实际应用中需要不断进行维护并且有一定的失效率，其成本也就相对较高，一旦电池失效标签即丧失功能，一般应用在对性能要求较高、读写距离要求较远的场合。无源标签：内部没有电池，主要通过接收读写器发出的射频信号，将射频电磁波能量转化为直流电源提供给芯片工作，而标签通过负载切换或反向散射的方式与读写器实现通信。尽管在阅读距离等方面会受到一定的限制，但与有源标签相比，无源标签具有较为低廉的成本以及广泛的适应性，使其在物流、车辆管理、仓储管理

28、、零售业等领域有着广泛的应用，其工作距离一般不会超过l0m.半有源标签:与有源标签类似，内部设有电池，通常情况下可以作为有源标签使用10年以上，在电池耗尽后可以继续作为无源电子标签使用，从而进一步降低成本，延长了标签的使用寿命，并节省了资源。有源工作条件下，其工作距离大于l0m，在无源条件下，其距离为3m到5m，其可以有效替代有源标签，成为RFID电子标签的一个新研究领域。此外，标签还可以有很多其他不同的分类方法，如按工作频率分为低频(LF),高频(HF)和超高频(UHF):按照作用距离分为近耦合、疏耦合和遥耦合；按照信息存储方式分为只读型和可读写型；按照通信方式分为全双工、半双工和时序系统；

29、按调制方式可分为负载调制、次载波调制、ASK和数字调制等。2.6.2 无源电子标签的构成和工作原理绝大多数射频识别系统是根据电感藕合的原理进行工作的，读写器在数据管理系统的控制下发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，并使用这些能量向读写器发送出自身的数据和信息，该信息被读写器接收并解码后送至中央信息管理系统行相关的处理，这一信息的收集和处理过程都是以无线射频通信方式进行的。低频和中频主要适用于距离短、成本低的应用中，而高频系统则适用于识别距离长、读写数据速率快的场合。正常情况下，频率越高，读写的速度就越快，数据的传输效率就越高。根据射频识别系统的基本工作方式来划分

30、，可分为全双工和半双工系统以及时序系统。在全双工和半双工系统中，由于与读写器发送的信号相比，标签的应答信号很微弱，所以必须使用合适的传输方法，将标签的应答信号和读写器的查询信号相区别。另外，在这两种系统中，从读写器到应答器的能量传输是连续的，与数据传输的方向无关。采用无源电子标签的RFID系统，每个被标记的物品都贴有一个无源标签。电子标签由射频和模拟部分、数字基带处理部分和存储器构成。存储器存储着物品对应的唯一识别代码，其工作所需的能量及系统时钟均从读写器电磁场获取，标签本身不含有电源，其能量的获取和利用效率决定其识别、读写距离，故低功耗设计十分必要。读写器到标签的数据传递方式一般为调幅键控(

31、ASK)，调频键控(FSK)和调相键控(PSK)；标签到读写器的数据传递方式一般分为负载调制和反向散射调制两种。负载调制:其电感耦合属于一种变压器耦合，即作为初级线圈的读写器和作为次级线圈的标签之间的耦合。只要两者线圈之间的距离不大于0.16 (波长)，并且标签处于发送天线的近场内，变压器耦合就是有效的。如果把谐振的标签(标签的固有谐振频率与读写器的发送频率相符合)放入读写器天线的交变磁场中，那么该标签就从磁场中获得能量。标签天线上负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现远距离标签对天线电压的振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能从标签传输到读写器

32、，这种数据传输方式称为负载调制。但是读写器天线与标签天线之间的耦合很弱，读写器天线输入有用信号的电压波动在数量级上比读写器的输出电压小，因此很难检测出来。此时如果标签的附加电阻以很高的频率接通或者断开，那么在读写器的发送频率上会产生两条谱线，很容易检测到，这种新的基本频率称为副载波，这种调制称为负载波调制2.3。反向散射调制:电磁反向散射耦合方式一般应用于高频系统，对高频系统来说，随着频率的上升，信号的穿透性越来越差，而反射性却越来越明显。在高频电磁耦合的RFID系统中，当读写器发射的载频信号辐射到标签时，标签中的调制电路通过待传输的信号来控制电路是否与天线相匹配，以实现信号的幅度调制。当匹配

33、时，读写器发射的信号被吸收。反之，信号被反射。在时序法中读写器到标签的数据和能量传输与标签到读写器的数据传输在时间上是交错进行的。读写器的发送器交替工作，其电磁场周期性地断开或连通，这些间隔被标签识别出来，并被应用于标签到读写器的数据传输。在读写器发送数据的间歇时刻，标签的能量供应中断，必须通过足够大的辅助电容进行能量的补偿。在充电过程中，标签的芯片切换到省电或备用模式，从而使接收到的能量几乎完全用于充电电容的充电。充电结束后，标签芯片上的振荡器被激活，其产生的弱交变磁场能被读写器所接收，当所有的数据发送完后，激活放电模式以使充电电容放电。由于标签和读写器之间的数据传输经过无线空间传输信道，因

34、此在射频技术的使用中，容易遇上干扰，干扰带来的直接影响是通信过程的数据传输错误。当标签接收到的数据发生改变时可能导致下面的结果:标签错误地响应读写器的命令，造成工作状态混乱或错误地进入休眠状态。而当读写器接收到标签数据出错时，可能导致读写器不能正常识别标签或将一个标签判断为另一个标签。在RFID系统中，可以采用的抗干扰方法有:数据校验和信道编码。通过数据完整性校验方法，系统可以检验出受到干扰出错的数据，最常使用的校验方法是奇偶校验法、纵向冗余校验法和循环冗余码校验法等。奇偶校验法在数据传输前必须确定是采用偶数校验还是奇数校验，以保证发送器和接收器都采用同样的方法进行校验，其算法简单且被广泛使用

35、。纵向冗余校验算法则主要用于快速校验很小的数据块。循环冗余码校验法虽然不能校正错误，但是它能够以很高的可靠性识别传输错误。另外可通过对数据的信道编码来提高数据传输过程中的抗干扰能力和对数据的纠错和检错能力。在很多场合下，在读写器范围内存在多个待识别的标签，射频识别系统的一个优点就是读写器在很短时间内对多个标签进行识别。从读写器到标签的通信，类似于无线电广播方式，多个标签同时接收到同一个读写器发送的数据流，这种通信形式也被称为无线电广播;在读写器的作用范围内有多个标签同时向它发送数据，这种形式被称为多路存取。在后一种通信方式中，为了防止由于多个标签数据在读写器的接收机中相互干扰而不能准确读出，必

36、须采用防碰撞方法来加以解决17。2.6.3 RFID标签天线设计天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片，这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配，当工作频率增加到微波区域的时候，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻18。一直以来，标签天线的开发基于的是50或者75欧姆输入阻抗，而在RFID应用中，芯片的输入阻抗可能是任意值，并且很难在工作状态下准确测试，缺少准确的参数，天线的设计难以达到最佳。相应的小尺寸以及低成本等要求也对天线的设计带来挑战，天线的设计面临许多难题。标签天线特性受所标识物体的形状及物理特性影响，标签到贴标签物体的距离，贴标签物体的介电常数，金属表面的反射，

37、局部结构对辐射模式的影响等都将影响天线的性能。2.7 客户机、服务器和通信网络在RFID系统中，客户机主要用于实现与读写器之间的通信功能，读写器可以通过RS232/485、USB等标准接口与客户机进行通信，进而通过通信网络与服务器进行连接，通过服务器对数据进行记录并实现对数据库的管理，从而构成一个完整的信息管理平台。第3章 系统方案及其基本架构3.1 方案选择无线射频识别技术(RFID) 作为一项先进的自动识别和数据采集技术,已经广泛应用到生产制造、物流管理、公共安全等各个领域,并带动了读写机具和各类应用产品及系统的开发、生产和推广应用。目前,在我国应用于13.56MHz 的无线射频识别技术领

38、域主要有2个ISO标准,一个是ISO 14443 ,另一个是ISO 15693。ISO 14443 定义了TYPE A、TYPE B 两种类型协议,通信速率为106 kb/s ,它们的区别主要在于载波的调制深度及位的编码方式。ISO 15693 读写距离较远,而ISO 14443 读写距离稍近,但后者应用较广泛。这三种协议的卡在各个领域都有着比较广泛的应用,而国内现有的13. 56 MHz 的射频读卡器,一般仅支持一种协议,且功能较为单一。基于这种现状,本文提出了基于TI 公司的TRF7960 射频芯片和宏晶公司的STC11F32XE 高速单片机来设计多协议射频读卡器的设计方案。在该读卡器上扩

39、展了液晶LCD以及USB 芯片PL2303 等外围设备。LCD 可以显示各种图形和汉字,USB 芯片使得该读卡器省去了串口和电源供电端口,可以通过该USB 接口和PC 管理软件通信。该读卡器使用方便、简单、成本低、电路运行稳定,可以应用到各种场合。3.2 元器件选择及简要介绍3.2.1 TRF7960芯片 选择理由：TRF7960是TI (德州仪器) 公司推出的高频(13.56MHz) 多标准射频识别(RFID) 阅读器IC产品系列之一2.3。TRF7960采用超小32pin QFN的高级封装设计,支持ISO/IEC 14443A/B、ISO/IEC 15693 、ISO/IEC 180002

40、3。采用TRF7960的读卡器为微控制器提供了内部时钟,只需1个13.56 MHz的晶振就能工作,而不需要2个标准晶体,从而有助于降低终端读卡器产品的总物料单成本。由于组件很少,读卡器IC耗电、占用的空间也很少,因此可以解决敏感度和噪声衰减问题。其他集成功能还包括故障检查、数据格式化、成帧以及适合多读卡器环境的防碰撞支持等。TRF7960与微控制器之间通信可以使用8位并行或者串行(SPI) 的灵活的通信方式。该芯片还具有宽泛的操作电压(2.75.5V)。TRF7960非常适用于安全访问控制、产品认证以及非接触支付系统等应用。 TRF7960引脚图。图3-1 TRF7960引脚图 引脚功能表3-

41、1 TRF7960引脚功能引脚名引脚编号功能VDD_A1内部稳压电源，采用（2.7V3.4V）的模拟电路VIN2接外部电源（2.7V5.5V）VDD_RF3内部稳压电源 (2.7V5V时), 通常与VDD_PA连接VDD_PA4供应用于PA，通常外部连接到VDD_RF（引脚3）TX_OUT5射频输出端VSS_RF6负电源为PA，通常接地VSS_RX7负电源为RX，通常接地RX_IN18AM接收RX_IN29PM接收VSS10芯片接地端BAND_GAP11带隙电压，内部模拟参考电压，必须采用交流旁路到地ASK/OOK12低电平为ASK调制，高电平为OOK调试IRQ13中断请求引脚MOD14模式选

42、择端VSS_A15通常接地VDD_IO16为I/O供电I/O_017并行输入/输出I/O_118并行输入/输出I/O_219并行输入/输出I/O_320并行输入/输出I/O_421并行输入/输出I/O_522并行输入/输出I/O_623并行输入/输出I/O_724并行输入/输出EN225脉冲使能和掉电模式的选择，可以用于脉冲唤醒掉电模式DATA_CLK26为外部MCU提供时钟信号SYS_CLK27EN=1时，单片机的时钟输入端(3.39/6.78/13.56 MHz)。如果EN=0，EN2=1系统时钟为60KHzEN28使能端，EN=0芯片不工作VSS_D29通常接地OSC_OUT30晶振输出

43、OSC_IN31晶振输入VDD_X32内部稳压电源（采用2.7 V3.4 V）的外部电路（单片机）3.2.2 STC11F32XE芯片 选择STC11F32XE的理由：STC11F32XE单片机是宏晶科技公司设计生产的单时钟/ 机器周期(1 T) 的单片机,是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051 ,但速度快812倍1。内部集成高可靠复位电路,可用在高速通信、智能控制、强干扰等场合。STC11F32XE内部有32 KB的Flash , 29 KB的EEPROM和1280字节的SRAM。本文采用的STC11F32XE是LQFP44引脚,除了EA、AL E、P

44、SEN和RST引脚可以定义为通用I/O外,还多了1个P4口。编程支持ISP下载功能,使用起来比较方便。 STC11F32XE单片机管脚图如下图所示。图3-2 STCF1132XE单片机管脚图3.2.3 PL2303芯片介绍 选择理由：PL2303是Prolific公司生产的USB总线转接芯片,可以实现USB转串口,用于为计算机扩展异步串行口,或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。PL2303完全兼容USB1. 1 、USB2.0 ；35 V调节输出,可以满足不同的电压输出接口；全双工发送和接收( RXD、TXD)；MODEM控制线( RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和RI)；5 、6

45、 、7或8位数据格式;奇偶校验或无校验；1位、1位半或2位停止位；可编程的波特率75 b/s6 Mb/s等。因此,PL2303是移动系统和嵌入式系统的理想选择,其小封装能够嵌入任何连接件和手持设备。PL2303在工作模式和休眠模式都具有很低的功耗,非常适合总线供电场合使用。USB芯片使得该读卡器省去了串口和电源供电端口,可以通过该USB接口和PC管理软件通信。 PL2303相关介绍 PL2303 是Prolific 公司生产的一种高度集成的RS232-USB 接口转换器，可提供一个RS232 全双工异步串行通信装置与USB 功能接口便利联接的解决方案。该器件内置USB功能控制器、USB 收发器

46、、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB 信号与RS232 信号的转换，能够方便嵌入到各种设备，所以2000年左右开始A经常推荐使用该款芯片；该器件作为USB/RS232 双向转换器，一方面从主机接收USB 数据并将其转换为RS232 信息流格式发送给外设；另一方面从RS232 外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机。这些工作全部由器件自动完成，开发者无需考虑固件设计。PL2303 的高兼容驱动可在大多操作系统上模拟成传统COM 端口,并允许基于COM 端口应用可方便地转换成USB接口应用，通讯波特率高达6 Mb/s。在工作模式和休眠模式时都具有功耗低，是嵌入式系统手持设备的理想选择。 PL2303特性： 完全符合USB规范2.0（全速兼容）； 片内拥有12MHz的晶体振荡器； 完全兼容USB1.1协议； 可调节的35 V输出电压，满足3V、3.3V和5V不同应用需求； 为外部串行接口提供电源