毕业设计(论文)-数字语音系统-基于RFID技术的射频卡设计.doc
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1、南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文) 作 者: 学 号: 系 部: 通信工程学院 专 业: 电子信息工程 题 目: 数字语音系统-基于RFID技术的射频卡设计 指导者: 评阅者: 年 月 Digital Speech SystemRadio Frequency System based on RFID technologyA Thesis Submitted toNanjing Institute of TechnologyFor the Academic Degree of Bachelor of ScienceBy QianYu LinSupervised byAssociate
2、Professor YongQiang BaoCollege of Communication EngineeringNanjing Institute of Technology June 2010摘要射频识别技术(RFID,即Radio Frequency Identificati on)是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术。由于大规模集成电路技术的成熟,射频识别系统的体积大大缩小,因而才进入实用化的阶段。它利用射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目的并交换数据。它和同期或早期的接触式识别技术不同、RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别。因此它可在更广泛的场合中应用。它
3、可以在产品证件防伪、防盗及科学化自动化管理方面得到应用。本文主要介绍了一种基于EM4095的射频识别系统的设计和实现,该系统可以对电子标签卡进行检测、识别并作相应的处理,如显示卡内信息以及判断此卡的权限等。系统的控制以单片机为核心,这里简略的介绍了它的一些特点和开发环境的使用。另外,着重介绍了该系统的功能、结构和各个模块的具体设计。通过对系统软硬件及功能的测试,对测试中遇到的问题进行了解决。文章最后对该系统的应用与设计做了一个总结,并对该系统今后的发展与研究做了一个展望。关键词: 单片机;EM4095;读卡器;电子标签;射频识别;检测;处理AbstractRFID(Radio Frequenc
4、y Identification) is a kind of auto identification which came into maturity since 1980s. With the maturity of large-scale integraesd circuit technology, the volume of the radio frequency identification system was largely reduced and came to a practical stage. It develops non-contact two-way communic
5、ation with the mode of radio frequency to reach the goal of identification and the exchange of the data. It is different from the contact identification technology of the early and corresponding times. The radio frequency identity card rfic can finish the identification without contact with the prin
6、tronix. Therefore, it can be used in more wide situations such as the anti-counterfeiting, theft prevention and scientific automatic management. This essay aims to introduce the design and realization of the radio frequency identification based on the EM4095. This system can be used to check the ele
7、ctronic tag card, to identify and to make some corresponding treatment including the indication of the information of the card and the judgement of its power and so on. The control of the system focuses on the singlechip and this essay has a brief introduction of its characteristics and the usage of
8、 its development environment. Moreover, it also introduces the function and structure of the system and concrete design of every module. The essay also solves the problem met in the process of the examination on the soft hardware and functions of the system. Finally, the writer concludes the applica
9、tion and design of the system and takes a long view of its development and research.Key words: single-chip;EM4095;reader;tag;RFID;detection;process;目 录第一章 绪论71.1引言71.2 课题背景与意义71.2.1 优势及特点81.2.2全球RFID产业发展现状91.2.3 RFID市场前景展望91.3 章节安排91.4本章小结10第二章 RFID系统概要与理论基础112.1 引言112.2 系统基本组成112.3 系统基本特征122.4 能量供应
10、及耦合方式132.5 编码原理142.6本章小结14第三章 相关理论基础153.1引言153.2 EM4095芯片153.4 EM4100电子标签193.4.1 无源射频芯片EM4100工作原理:193.4.2 EM4100内存储的数据格式:213.4.3 EM4095读取EM4100波形图213.5 1602液晶显示屏223.6 Keil C 开发环境243.7 VB 开发环境253.8 本章小结26第四章 系统设计274.1 引言274.2 前期工作274.3 方案的提出274.4 硬件设计304.4.1 射频接口电路设计与实现314.4.2 主控模块334.4.3 PC机通信模块354.
11、4.4 显示模块364.4.5 报警模块374.5 硬件电路的焊接与调试384.6 软件设计394.6.1 解调输出波特点394.6.2 解码软件设计思路404.6.3 接受卡内信号流程图404.6.4 软件读卡过程的流程图414.6.5 PC机上的VB软件设计思路434.7本章小结43第五章 系统测试与结果445.1 引言445.2 遇到的问题及解决方法485.3 本章小结48第六章 总结与展望49致谢50参考文献51附录53一下位机源程序代码:53二上位机源程序代码:71第一章 绪论1.1引言射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术,射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦
12、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。近两年来,由于受以沃尔玛为代表的大型零售商的推动,RFID技术在全球掀起阵阵热潮,吸引了众多厂商参与相关技术和芯片的研究、开发。目前RFID技术正处于迅速上升的时期,该技术被业界公认为是本世纪最有前途的应用技术之一,许多国家都将RFID作为一项重要产业予以积极推动。RFID(Radio Frequency Identification)是自动识别技术的一种,即通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,对目标进行识别。一个典型的RFID系统一般由RFID标签、读写器以及计算机系统等部分组成。其中RFID标签中一般保存有约
13、定格式的编码数据,用来唯一标明标签所附着的物体。与传统的识别方式相比,RFID技术不用直接接触、光学可视、人工干预即可完成信息输入和处理,且操作方便快捷,能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等要收集和处理数据的应用领域,并被认为是条形码标签的未来替代品。1.2 课题背景与意义RFID技术的发展最早可以追溯至第二次世界大战时期,那时它被用来在空中作战行动中进行敌我识别。从历史上看,RFID技术的发展基本可按10年期划分为几个阶段(参见下表)。因此RFID并不是一个崭新的技术。从分类上看,经过多年的发展,1356MHz以下的RFID技术已相对成熟,目前业界最关注的
14、是位于中高频段的RFID技术,特别是860MHz960MHz(UHF频段)的远距离RFID技术发展最快;而245GHz和58GHz频段由于产品拥挤、易受干扰、技术相对复杂,其相关的研究和应用仍处于探索的阶段。1.2.1 优势及特点1.快速扫描条形码一次只能有一个条形码受到扫描;RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。2.体积小型化、形状多样化RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制,不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外,RFID标签更可往小型化与多样形态发展,以应用于不同产品。3.抗污染能力和耐久性传统条形码的载体是纸张,因此容易受到污染,但RFID对水、油和化学药品等
15、物质具有很强抵抗性。此外,由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上,所以特别容易受到折损;RFID卷标是将数据存在芯片中,因此可以免受污损。4.可重复使用现今的条形码印刷上去之后就无法更改,RFDI标签则可以重复地新增、修改、删除。RFID卷标内储存的数据,方便信息的更新。5.穿透性和无屏障阅读在被覆盖的情况下,RFID能穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质,并能进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下,才可辨读条形码。6.数据的记忆容量大未来物品所需携带的资料量会越来越大,对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。7.安全性RFID承载的是电子式信息,其数据内容可经由密
16、码保护,使其内容不易被伪造及变造。近年来,RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、信息管理的效率,还可以让销售企业和制造企业互联,从而更加准确地接收反馈信息,控制需求信息,优化整个供应链。1.2.2全球RFID产业发展现状从全球来看,美国已经在RFID标准的建立,相关软硬件技术的开发、应用领域走在世界的前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPCglobal标准。在封闭系统应用方面,欧洲与美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提出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。韩国政府对RFID给予了高度重视,但至今韩
17、国在RFID标准方面仍模糊不清。1.2.3 RFID市场前景展望随着RFID技术的发展演进以及成本的降低,未来几年内,全球开放的市场将为RFID带来巨大的商机。 据FS公司预测,到2009年,全球RFID市场将从2003年的20亿美元猛增到100亿美元。该公司将这个市场分为四大类应用:门禁控制、资产管理、供应链管理和交通运输,此外,还有其它类的应用,包括运动和医疗卫生。该公司的分析认为,仅安全类的应用将占到全球100亿美元份额中的30亿美元市场,而供应链的需求量届时会达到40亿美元。1.3 章节安排第1章介绍课题的背景和意义、论文的主要内容及章节安排。第2章对系统设计与实现所需要的芯片的选型、
18、开发环境、开发板等进行了介绍。第3章介绍了该系统的功能和结构以及系统软硬件的具体设计。第4章本章主要对该系统进行一些测试,发现问题并解决。第5章总结与研究本次系统的实现的成果,并对未来的前景进行的简单的分析。1.4本章小结本章对本课题的主要内容、课题背景与意义以及论文结构作了一个简单的介绍,使读者能够对本系统有一个初步的了解。第二章 RFID系统概要与理论基础2.1 引言为了本次毕业设计工作更好的开展,在系统方案的确定与设计之前先介绍一些RFID系统的理论知识。2.2 系统基本组成RFID的基本原理:射频识别RFID系统一般至少由以下两部分构成:1) 应答器(或称感应器/电子标签/tag/tr
19、ansponder):应放置在要识别的物体上2)阅读器(或称读写器/reader):可以是读或写/读装置,取决于所使用的结构和技术。图 2-1 阅读器与应答器是各种识别系统的基本组成部分应答器中一般保存有约定格式的编码数据,用以唯一标识标签所附着的物体。阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号;当应答器进入阅读器工作区域时,其天线产生感应电流,从而应答器获得能量被激活并向读写器发送出自身编码等数据信息;阅读器接收到来自应答器的载波信号,对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理;计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号;应答器的数据解调部
20、分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑,控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。一台典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器),控合元件,此外许多阅读器还有附加的接口(如RS232),而应答器往往由耦合元件以及微电子芯片组成。图 2-2 RFID原理框图2.3 系统基本特征射频识别系统品种繁多,厂家众多,要区分它可从以下几方面着手:基本工作方式分全双工和半双式以及时序系统。在全双工和半双工系统中,在阅读器接通高频电/磁场的情况下应答器的应答响应发送出去的。因为与阅读器本身的信号相比,在接收天线上的应答器的信号很弱的,只有使用合适的传输方法,才能有效区分应答器的信号与阅读器的信号
21、。现实生活中,人们对应答器到阅读器的数据传输往往使用阅读器发射频率的谐波,负载调制,或者有副载波的负载调制,在市场上不难找到相对应的产品。射频识别系统的应答器的数据量通常在几个字节或者几千个字节之间,但是有一个就是1比特应答器,它有1比特的数据量就己经足够了,使阅读器发出两种信号“在电磁场中有应答器”或者“在电磁场中无应答器”即可。比如图书借阅门禁系统就是例子。应答器的供电也是系统的一个重要特征,无源的应答器没有电源,它的能量来自于阅读器的电磁场,而有源的应答器多包含一个电池,为微型芯片的工作提供全部的或部份(“辅助电池”)的能量。射频识别系统的重要特征就是工作频率和作用距离一般是指阅读器的工
22、作频率或发送频率。2.4 能量供应及耦合方式射频识别系统根据耦合方式不同其作用原理也互异。而最为常用的有电感耦合:该类系统往往由单个微型芯片与用作天线用的大面积线圈,以及小量外围电路元件所组成。电感耦合的应答器偏无源工作,故芯片所需的全部能量必须由阅读器提供。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生。这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。因为频率范围(35Hkz:2400m,13.56MH:z22.lm)波长比阅读器天线和应答器之间的距离大好多倍,因此只需把应答器到天线间的电磁场当作简单的交变磁场来处理。图 2-3 典型的电感耦合应答器结构阅读器天线线圈发射磁场的一小部分磁力线穿过距离阅读器天线
23、线圈一定距离的应答器天线线圈。应答器的天线线圈和电容器Ci构成振荡回路,调谐到阅读器的发射频率。通过该回路的谐振,应答器线圈上的电压最大值。将其整流后作为数据载体(微型芯片)的电源。线圈上电压的值的大小与电容与线圈有很大关系。2.5 编码原理射频识别系统从某种角度来讲也是一个数字通信系统,它的数据传输含三个主要的功能模块,从阅读器到应答器的传输方向,依次是阅读器中的信号编码(信号处理)和调制器(载波电路),传输介质(通路),以及应答器中的解调器(载波回路)和信号译码(信号处理)。在本系统中使用曼彻斯特编码。曼彻斯特编码:在半个比特周期时的负边沿表示二进制l,半个比特周期中的正边沿表示二进制0。
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