毕业论文_1356mhz射频识别系统硬件电路设计(编辑修改稿)

毕业论文_1356mhz射频识别系统硬件电路设计(编辑修改稿)内容摘要：

给射频芯片 [5]。 西北大学本科毕业论文 6 读写器的基本 功能 读写器是射频识别系统的重要组成部分， 它 主要完成以下功能 ： 1．与电子标签的通信功能 :在规定的技术条件下读写器可与电子标签进行通信。 2．与计算机的通信功能 :读写器可以通过标准接口如 RS232 等与计算机连接，将得到的标签信息传输到计算机进行 后续 处理。 3．在读写区内 同时识别 多个标签， 具备防冲撞功能。 并且能够 对 高速 移动的 对象进行识别。 4． 能够校验读写过程中的错误信息 ， 并 提示 错误的有关信息。 在射频识别系统的工作 流程 中， 读写器的基本任务是触发作为 数据载体的电子标签，与电子标签建立通信 关系 ，并在 后台系统 和非接触的数据载体之间传输数据。 这种非接触通信的一系列任务包括通信的建立、防止碰撞和身份验证等，均由读写器来处理。 电子标签（ Tag）概述 电子标签是指由 耦合元件、 IC 芯片和天线组成的大小如芝麻粒的超微型集成模块。 标签中一般保存有全球唯一的 UID 及相关数据信息，在实际应用中，电子标签被 采用特殊封装形式封装而成各种形状的卡片 或者附在待识别物体的表面。 存储在芯片中的数据，可以由阅读器以无线电波的形式非接触的读取，并通过阅读器的控制单元，进行信息解读和 相关处理 [6]。 在射频识别中，电子标签天线直接影响读取效果。 在选择电子标签的天线时必须考虑以下因素：天线的类型；天线的阻抗；在应用到电子标签上时的 RF性能；有在其他物品围绕贴标签物品时的 RF 性能。 在实际应用中，标签的使用有两种基本形式。 一是标签移动，通过固定式阅读器进行识别；一种是标签不动，通过手持式等移动阅读器进行识别。 ISO/IEC 的 RFID 空中接口标准 在 RFID 系统中，电子标签和读写器之间通过相应的空中接口协议才能进行相互通信。 空中接口标准直接决定系统传输和识别的可靠性和有效性。 空中接口 协议定义了读写器与标签之间进行命令和数据双向交换的机制，即读写器发给标签的命令和标签发给读写器的响应。 国际标准化组织 ISO/IEC 制定了一西北大学本科毕业论文 7 些 RFID 空中接口标准，目前比较成熟并且应用最多的是载波频率为 13． 56MHz的 ISO/IEC 1 4443 和 ISO/IEC 1 5693 系列标准，而最受关注的是 ISO/IEC 1 8000系列标准，它涵盖了从 1 25kHz 到 2． 45GHz 的频段内的空中接口通信参数。 下面将着重介绍本研究方案使用的 ISO/IEC 15693 空中接口标准。 ISO/IEC 15693 系列标准 介绍 ISO/IEC 15693： 2020《识别卡 — 无触点的集成电路卡 — 邻近式卡》系列标准是由 ISO/IEC JTC1 SC17 负责制定的载波频率为 的非接触式 IC 卡国际标准。 该系列标准分为 4 个部分：物理特性、空中接口和初始化、防冲突和传输协议、扩展命令集和安全特性。 它规定了邻近式耦合设备 (VCD)和邻近式卡(VICC)之间全部采用 ASK 的调制原理进行通信，调制指数为 10%和 100%， VCD 确定使用哪种调制指数， VICC 应对两种调制指数正确解码。 从 VCD 向 VICC 传送 信号时，编码方式为两种：“ 256 取 1”和“ 4 取 1”，二者皆以固定时间段内以位置编码。 这两种编码方式的选择与调制指数无关。 当“ 256 取 1”编码时， 10% 的 ASK 调制优先在长距离模式中使用，在这种组合中，与载波信号的场强相比，调制波边带较低的场强允许充分利用许可的磁场强度对 IC 卡提供能量。 与此相反，读写器的“ 4 取 1”编码可和 100% 的ASK 调制的组合在作用距离变短或在读写器的附近被屏蔽时使用。 从 VICC 向VCD 传送信号时，用负载调制副载波。 电阻或电容调制阻抗在副载波频率的时钟中接通和断开，而副载波 本身在 Manchester 编码数据流的时钟中进行调制，使用 ASK 或 FSK 调制。 调制方法的选择是由读写器发送的传输协议中 FLAG 字节的标记位来标明，因此， VICC 支持 ASK(副载波频率为 424kHz)和 FSK(副载波频率为 424/484kHz) 两种调制方法。 数据传输速率分为高速和低速两种，同样是通过 FLAG 字节的标记位来选择。 这两种速率根据采用的副载波速率不同而略有不同，采用单副载波时低速为 ，高速为 8kbps；采用双副载波时则分别为 和。 可见， ISO/IEC 15693 标准具有应用灵活，操作距离远等优点 [7]。 ISO/IEC 15693 标准的防冲突机制 如果在同一时间段内有多于一个的射 频标签同时响应，则说明发生冲突。 西北大学本科毕业论文 8 RFID 的核心是防冲突技术，防冲突机制使得同时处于读写区内的多个标签的正确操作成为可能，通过算法编程，读写器即可自动选取其中一个标签进行读写操作。 这样既方便了操作，也提高了操作的速度。 ISO/IEC 15693 标准采用基于时隙的轮询机制、分时查询的方式完成防冲突机制，在模式 1 的防冲突算法中最多有 16 个时隙，电子标签在每个 时隙通过比较读写器指定的 UID 中某些位来决定是否响应，从而达到防冲突的目的 [7]。 三大空中接口标准中， ISO/IEC 14443 和 ISO/IEC 15693 系列标准主要从射频 IC卡的角度描述了接近式卡和邻近式卡与相应的耦合设备处于不同距离时的情况，而 ISO/IEC 18000 系列标准侧重描述了在单品管理中，在不同频率下利用射频识别技术进行自动识别和数据采集。 西北大学本科毕业论文 9 第三章 RFID 系统 读写器 设计 系统结构 技术指标 本论文中所设计的非接触式射频卡读写器技术指标如下 ：  电子标签 ： Tagit 系列， VICC（符合 ISO/IEC156931 标准）  工作频率：  读写距离： 0l5cm  通信速率：  射频输出：通过功率匹配将天线线圈直接连接到功率输出级  供电电压： 5V 士 10﹪（ l00mA）  工作温度： 40～ 85℃  存储温度： 55～ 125℃  接口：标准 RS232(读写器）， 8 位串 行口（读写模块）  安装方式： 读写器方式：采用标准串口与 PC 机相连 模块方式：直接焊接在系统 电路 板上 设计方案 系统设计总体构思 本系统 原 本 采用 TI 公司符合 ISO/IEC 15693 空中接口 标准 ， 工作于 HF（ ） 的 RFID 读写芯片 TRF7960 为核心设计。 但是由于该芯片在封装工艺上的特点， 无法 手工焊接，以及考虑到时间仓促，难以在规定时间内较好的完成课题设计并制版调试，故在四月底决定换用 TI 公司具有相同功能的RIR6C001A（ S6700） 芯片。 外围电路包括 单片机 （ AT89S52）、耦合 天线、串口通信 接口 电路 （ MAX232） 、 程序下载电路 等组成。 电源稳压模块把整个系统的工作电压稳定在 5V。 HF 频段 射频识别一卡通系统 如图 所示。 西北大学本科毕业论文 10 图 系统总体 框图 RFID 一卡通 系统的 工作过程如下 ：  运行于 PC 机上的 一卡通 系统 软件通过 PC 机的 RS232 串口向读写器内的单片机 （ AT89S52） 不断 发送读 卡 指令  读写器内单片机收到读卡命令后 向 读写器芯片（ S6700） 发出指令  读写器芯片（ S6700） 把 收到的指令按照 空中接口 标准 （ ISO15693）进行编码，并对读写器芯片产生的载频 信号进 调制  经调制的已调信 号 经过 线圈 天线发送 到空中  在 读写器阅读场区 内 （典型为 10cm 以内） 的电子标签 获得射频激励取得能量并 收到 读标签信息的 命令  标签 经过认 ， 证 如果 命令 正确，则按命令的要求把 标签内存信息 发送出去 ，如果 认证 错误，则返回错误信息  读写器收到返回信息后，经过 解调和解码 获得标签内存 UID 等信息  读写器芯片（ S6700） 将内存 UID 等信息传递 给单片机  单片机将 收到的 标签信息 送给 PC 机 一卡通系统 软件  系统 软件 收到信息后 查找注册人员数据库，从中调出刷卡人的个人信息显示出来 或声音提示，并记录刷卡信息（如时间、地点 、 金额 ）等。 TRF7960 芯片的功能与特点 TRF7960 芯片是 2020 年初 TI 公司发布的全球最小的 高性能、低功耗、支持 多协议 的 高频 RFID 射频模拟前端芯片。 它具有如下特点： （ 1） 高集成度：  整个电路只需要一个 的晶振；  芯片 可 提供 、 和 三种 时钟输出来作为单片一卡通系统 MAX232 5V 稳压电源 耦合线圈天线 AT89S52 匹配 电路 S6700 电子 标签 读写器 西北大学本科毕业论文 11 机 的时钟选择；  内部集成了高的电源抑制比的 LDO，可直接驱动单片机来进行工作 ；  采用 5 x 5 毫米 32 引脚的 QFN（ IC 与电路板 )连接封装大大减少了整个电路板的外围器件和电路板空间。 （ 2） 多协议支持：支持 IS0/IEC 14443A/B、 IS0/IEC 1569 IS0/IEC180003以及 TI 的非接触支付商务与 Tagit 应答器产品系列； （ 3） 低功耗：具有 7 种灵活的手动或自动配置设置，它们能关闭未使用的部分读卡器以达到省电的目的，因此可以降低读卡器的整体功耗。 TRF7960 可工作在 2． 7 至 V 输入电源电压之间。 在断电模式下，电流消耗低于 1uA，待机电流小于 120uA； （ 4） 支持振幅和相位两种调制模式：有。