基于mifare卡的读写器设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于mifare卡的读写器设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。 系统由一个询问器（或 阅读器 ）和很多 应答器 （或标签）组成。 本文提出了一种基于 MFRC500 的 MIFARE 卡读写器设计方案， MIFARE 卡读写器使用射频识别技术，在 5~10cm 范围内非接触读写数据，读写时间不大于 秒，上位机通过读写器完成对卡中数据的设置，三次认证机制增强系统的可靠性，完善的防冲突机制实现一机多卡功能。 采用 STC89C52 对 MFRC500 的控制，实现对 MIFARE 卡的读写操作。 本系统具有体积小巧，功耗低，通信可靠稳定等特点。 RFID国内外发展及现状 RFID 技术的发展可按 10 年期划分如下： 1941～ 1950 年，雷达的改进和应用催生了 RFID 技术， 1948 年奠定了 RFID 技术的 理论基础。 1951～ 1960 年，早期 RFID 技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 1961～ 1970 年， RFID 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 1971～ 1980 年， RFID 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种 RFID 技术测试得到加速，出现了一些最早的射频识别应用。 1981～ 1990 年， RFID 技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。 1991～ 20xx 年， RFID 技术标准化问题同趋得到重视， RFID 产品得到广泛应用，逐渐成为人们生活中的一部分。 20xx 年至今， RFID 产品 种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半导体无源电 子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。 RFID 技术的理论得到丰富和完善。 单芯片电子标签、电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的 RFID 正在成为现实。 从全球的范围看，美国已经在 RFID 标准的建立、相关软硬件技术的开发及应用领域兰州工业高等专科学校毕业论文 1. 绪论 2 走在了世界的前列 ； 在射频识别技术的应用方面，欧洲与美国基本处于同一阶段 ； 日本虽然己经提出 UID 标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走 ； 在韩国 RFID 技术的重要性得到了加强，政府给予了高度重视。 随着 RFID 技术的重要性日益体现，我国政府也希望在这项技术上有所创新。 1993 年，我国提出 “ 金卡工程 ” ，是一个以电子货币应用为重点的各类卡应用系统工程。 20xx 年 2月，我国国家标准化管理委员会宣布成立 “ 电子标签 (RFID)” 国家标准工作组，负责起草、指定我国有关 “ 电子标签 ” 的国家标准。 20xx 年 6 月《中国射频识别 (RFID)技术政策白皮书》在北京发布，该白皮书为 RFID 技术与产业未来几年的发展提供了系统性的指南。 20xx年 10 月 863 计划投入经费一亿两千八百万人 民币用于射频识别技术与应用。 RFID技术 概念 RFID技术概念 RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。 RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 RFID 是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。 系统由一个询问器 (或阅读器 )和很多应答器 (或标签 )组成。 RFID的分类 RFID 按应用频率的不同分为低频 (LF)、高频 (HF)、超高频 (UHF)、微波 (MW)，相对应的代表性频率分别为：低频 135KHz 以下、高频 、超高频 860M~960MHz、微波。 RFID 按照能源的供给方式分为无源 RFID，有源 RFID，以及半有源 RFID。 无源 RFID读写距离近，价格低；有源 RFID 可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。 RFID技术的基本工作原理 RFID 技术的基本工作原理并不复杂：标签进入 磁场 后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（ Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（ Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。 一套完整的 RFID 系统， 是由阅读器 (Reader)与电子标签 (TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及 应用软件 系统三个部份所组成 ， 其工作原理是 Reader 发射一特定频率的无线电波能量给 Transponder， 用以驱动 Transponder 电路将内部的数据送出，此时 Reader便依序接收解读数据， 送给 应用程序 做相应的处理。 以 RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：感应 耦合 (Inductive Coupling) 及后向散射耦合 (Backscatter Coupling)两种。 一般低频的 RFID 大都采用第一种式 ， 而较高频大多采兰州工业高等专科学校毕业论文 1. 绪论 3 用第二种方式。 阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读 /写装置，是 RFID 系统信息 控制和处理中心。 阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。 阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换， 同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。 在实际应用中，可进一步通过 Ether 或 WLAN 等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。 应答器是 RFID 系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。 RFID系统结构 RFID系统组成 RFID 系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境， RFID 系统的组成会有所不同，但从 RFID 系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。 （ 1）信 号发射机在 RFID 系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签（ TAG）。 标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。 标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。 （ 2）信号接收机在 RFID 系统中，信号接收机一般叫做阅读器。 根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。 阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。 另外，阅读器还提供相 当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。 标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。 识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。 阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。 一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是 “ 命令响应协议 ”。 使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止 “ 欺骗问题 ” 的产生。 （ 3）天线是标签 与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。 在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。 RFID的 工作流程 阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合 法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机兰州工业高等专科学校毕业论文 1. 绪论 4 构动作。 在耦合方式 (电感 电磁 )、通信流程 (FDX、 HDX、 SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法 (负载调制、反向散射、高次谐波 )以及频率范围等方面，不同的非接触传输方法有根本的区别，但所有的阅读器在功能原理上，以及由此决定的设计构造上都很相似，所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。 高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡；接收并解调来自射 频卡的高频信号。 不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异。 论文的结构安排 基于此背景，本论文针 对 MIFARE 射频卡的特点，采用 Philips 公司支持 lSO／IEC14443A 近耦合 协议的最新通用射频集成电路 MFRC500 设计了一款射频卡读写器。 共分为 五 章内容， 整体框架 结构安排如下： 第一章是绪论 ，阐述了本课题研究的 的背景和意义并介绍了 RFID 技术的基本工作原理 和系统结构。 第二章 是 RFID 的相关理论， 阐述了射频卡 的 基本概念及理论 ， 重 点 介绍了 MIFARE射频卡的特点、工作原理、存储结构及存储控制。 第三章是 MFRC500 芯片，阐述 了所采用的射频接口芯片 MFRC500 的特性、内部结构及主要引脚描述。 第 四 章 是 读写器硬件系统 设计与制作， 提出了射频卡读写器的核心部分的即硬件电路系统 ，包括 MCU 主控制模块、 射频模块、读写器天线 、存储模块时钟模块、显示模块、键盘模块、 通讯模块及声光报警模块 ，并在其间简单描述了键盘的 通信协议。 第 五 章 是 读写器软件 系统设计， 给出了硬件 相关 模块的软件设计及操作方法，并着重阐述了读写器对射频卡的软件操作流程。 最后对该论文做总结，给出结论、致谢、附录及参考文献。 兰州工业高等专科学校毕业论文 2. RFID 系统的相关理论 5 2． RFID系统 的相关理论 MIFARE射频卡概述及现状 MIFARE 卡是目前世界上使用量最大、技术最成熟、性能最稳定、内存容量最大的一种感应式智能 IC 卡。 而传统的 射频卡 则 诞生于 20 世纪 90 年代，也叫非接触式 IC卡是 随 射频识别技术与 IC 卡技术的结合而出现的，自出现以来就成为这两种技术的重要发展方向。 当卡片靠近读写器表面时即可完成对卡中数据的读写操作，成功地解决了无源和免接触这一难题，是电子器件领域的一项重大突破。 MIFARE 卡主要芯片有 Philips MIFARE1 S50、 S70 等。 国内目前出现了 MIFARE 卡 的兼容产品 ， 但性能稍逊一筹。 接触式与非接触式 IC卡之比较 项目 接触式 IC 卡 非接触式 IC 卡 Memory 容量 大 多种选择 安全性 高 高 Chip 来源 广 广 本土化能力 已可 已量产 成本 贵 非常贵 一卡多用 无 用途非常广泛 Access 速度 较慢 快速 秒 使用寿命 长 10 年 表 21： 接触式与非接触式 IC 卡之比 非接触卡的优点 与接触式相比较 ,非接触式卡具有以下优点 ： （ 1）可靠性高 非接触式与读写器之间无机械接触 ,避免了由于接触读写而产 生的各种故障 ， 例如 ： 由于粗暴插卡 ， 非卡外物插入 ， 灰尘或油污导致接触不良造成的故障。 此外 ， 非接触式卡表面无裸露芯片 ， 无须担心芯片脱落 ， 静电击穿 ， 弯曲损坏等问题 ， 既便于卡片印刷 ，又提高了卡片的使用可靠性。 （ 2） 操作方便 由于非接触通讯 ， 读写器在 10CM 范围内就可以对卡片操作 ， 所以不必插拨卡，非常方便用户使用。 非接触式卡使用时没有方向性 ， 卡片可以在任意方向掠过读写器表面 ， 既可完成操作 ， 这大大提高了每次使用的速度。 （ 3） 防冲突 非接触式卡中有快速防冲突机制 ， 能防止卡片之间出现数据干扰 ， 因此，读写器可以兰州工业高等专科学校毕业论文 2. RFID 的相关理论 6 “ 同时 ” 处理多张非接触式。 这提高了应用的并行性 ， 无形中提高系统工作速度。 （ 4） 可以适合于多种应用 非接触式卡的序列号是唯一的 ， 制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化 ， 不可再更改。 非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制 ， 即读写器验证的合法性 ， 同时也验证读写器的合法性。 非接触式卡在处理前要与读写器之间进行三次相互认证 ， 而。