射频身份识别系统设计 推荐.docx
《射频身份识别系统设计 推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《射频身份识别系统设计 推荐.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
射频身份识别系统设计推荐
射频卡身份识别系统设计
Person IdentificationSystemDesignofRFIDCard
摘要
随着科学技术的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入。
单片机技术应向着数字化控制，智能化控制方向发展。
门禁,又称出入管理控制系统（ACCESSCONTROLSYSTEM）。
是一种管理人员进出的数字化管理系统。
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。
射频识别是非接触式的自动识别，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。
射频识别技术中，标签与读写器通过无线射频信号交换信息。
由于RFID标签具有非接触识别、可识别高速运动物体、抗恶劣环境、保密性强、可同时识别多个识别对象等突出特点，射频标签已被广泛应用于工业、商业、交通运输、物流、物品管理系统、畜禽检疫管理等众多领域。
本文介绍单片机结合RF01D读卡机模块实现的方案。
RF01D感应式读卡机模块是针对125KHz非接触式RFID晶片而设计的读卡机模块。
它能针对目前市面上125KHz非接触式RFID晶片进行资料读取与资料判断。
本系统将RF01D读卡器读入的卡号通过韦根26通信协议读出并通过数码管显示出来。
该系统是具有识别ID卡功能的产品，产品主要应用范围为人员考勤管理、门禁管制系统、玩具、动物或物品辨识及产品管理。
关键词：
单片机读卡机模块通信协议
\
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofsingle-chipmicrocomputeriscontinuouslydeepening.Single-chiptechnologyshouldbetowardsthedigitalcontrol,intelligentcontrolofdirection.AccessControl,alsoknownasaccessmanagementcontrolsystem（ACCESSCONTROLSYSTEM）.Managersaccesstoadigitalmanagementsystem.Radiofrequencyidentificationtechnologyisusageofaradiofrequencysignalthroughspacecoupling（alternatingmagneticfieldorelectromagneticfield）toachievenon-contacttransmissionofinformationandthroughthemessagetoidentifythepurpose.RFIDisnon-contactautomaticidentification,itgetstargetandrelevantdatathroughtheradiofrequencysignalautomatically,identifieswithouthumanintervention,canworkinavarietyofharshenvironments.InRFIDtechnology,labelsandreadersexchangetheinformationthroughradiofrequencysignals.AstheRFIDtaghasanon-contactidentification,itcanidentifyhigh-speedobjects,anti-poorenvironment,confidentiality,identifymultipletargetssimultaneously,suchsalientfeaturesmakingitwidelyusedinindustry,commerce,transportation,logistics,materialsmanagementsystems,livestockquarantinemanagementandmanyotherfields.Thisarticledescribesthecombinationofsingle-chipmoduleRF01Dreaderprogram.InductiveRF01Dreadermoduleisaimedat125KHzcontactlesschipRFIDreaderdesignedmodules.Itiscurrentlyavailableinthemarketfor125KHzcontactlessRFIDchipreadinganddatainformationtojudge.RF01DthesystemwillreadthecardreaderthroughtheWiegandcommunicationprotocoltoreadout26andoutthroughthedigitaldisplay.ThesystemisafunctionofidentificationIDcardproducts,andproductsaremainlyforstafftimeandattendanceapplicationmanagement,accesscontrolsystems,toys,animalsorobjectstoidentifyandproductmanagement.
Keywords:
Single-chipmicrocomputerreadermodulecommunicationprotocol
绪论
随着科学技术的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益。
单片机在电子科技中扮演的角色越来越重要，许许多多复杂的功能的实现通过一个小小的芯片就能得到解决。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用的，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合。
单片机技术的应用给人们的工作、科研、生活带来很大的方便。
单片机技术应向着数字化控制，智能化控制方向发展。
为了更好的运用这门技术，需要我们不断深入的学习。
射频识别技术具有很多优势：
通过射频信号自动识别目标对象，无需可见光源；具有穿透性，可以透过外部材料直接读取数据，保护外部包装，节省开箱时间；射频产品可以在恶劣环境下工作，对环境要求低；读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据；支持写入数据，无需重新制作新的标签；使用防冲突技术，能够同时处理多个射频标签，适用于批量识别场合；可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位，提供位置信息。
由于RFID芯片的小型化和高性能芯片的实用化，射频识别标签不仅帮助不同领域的管理者追踪物品的位置和搬运情况，还可以实时报告标签上附带的其他信息，比如温度和压力等。
射频标签是通过连接到数据网络上的读写器来提供此类信息的，迄今为止射频识别标签主要作为条码的延伸而应用于工厂自动化或者库存管理等领域。
但最终说来，尺寸更小的射频识别标签将应用于更先进的领域内。
Wiegand协议是国际上统一的标准，有很多格式，标准的26-bit应该是最常用的格式。
而标准26-bit格式是一个开放式的格式，这就意味着任何人都可以购买某一特定格式的HID卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的。
26-Bit格式就是一个广泛使用的工业标准，并且对所有HID的用户开放。
几乎所有的门禁控制系统都接受标准的26-Bit格式。
1系统总体设计
1.1引言
在日常生活中经常要用到门禁系统来保护我们的财产。
非接触IC卡由于其较高的安全性,最好的便捷性和性价比成为门禁系统的主流。
RF01D感应式读卡机模块是针对125KHz非接触式RFID晶片而设计的读卡机模块。
它能针对目前市面上125KHz非接触式RFID晶片如瑞士μEM公司H4001、4102；台科TK4001、4102以及凌航科技GK4001晶片或其他规格相近产品进行资料读取与资料判断，使用者可以发展此感应式读卡机建立相关应用系统，产品主要应用范围为人员考勤管理、门禁管制系统、玩具、动物或物品辨识及产品管理。
此读卡机模块优点有:
（1）独立性高，后段控制规划容易，安装简单。
（2）资料读取稳定性高。
（3）系统安全性高；RFID资料不重复且难以复制可以安全使用。
（3）可规划输出控制标准界面格式（跳线设置）。
1.2系统的基本构成
整个系统以单片机89C52为控制核心，由感应读卡机模块、显示模块、LED指示模块、报警模块组成，他们共同完成读卡校验的任务。
其中读卡机模块对非接触式RFID晶片进行读入，由单片机进行卡号比较，LED指示模块可进行报警。
1.2.1系统实现方法
RF01D感应式读卡机对RFID晶片通过韦根26协议进行读取。
显示模块由8位七段数码管组成，可实现显示卡号的功能，报警模块由红色LED实现卡号错误的时候发光报警功能，其实现方法是通过读入卡号和单片机内部设定的正确卡号比对来判断是否应该报警。
1.2.2系统结构
整个系统都是围绕89C52展开的。
它控制着整个系统的工作，是整个系统的“心脏”。
89C52有一个输入，发出两个个输出控制信号。
一个输入时RF01D读卡器读入卡号，两个个输出是:
首先是8位七段数码管显示卡号，其次是LED指示模块显示卡片是否正确。
1.3工作原理
整个系统的工作原理是：
首先上电后由单片机对各部分扫描，对RF01D模块和显示模块初始化，使8位七段数码管显示全部0。
当由H4001系列芯片制作的非接触时卡片进入天线（感应线圈）电磁场工作范围内，引起电场振幅变化时，RF变换处理电路将这种振幅变化处理成脉冲波型变化，并送至存储器等候单片机的调用。
由4.000Mhz晶体振荡器产生的基频信号，经32分频、放大后，送至天线，用以产生具有一定功率的、频率稳定的125Khz射频信号，处在该射频信号的场强范围内的非接触式卡片，便可以在该场强中获得能量，再利用非接触式卡片内IC电路自带的电源转换处理模块，将电磁场能量转换为直流电源，以供整个非接触式卡片电路用电。
单片机依据Manchestercode（曼彻斯特码）的规则将这些pulses（脉冲信号）转成hexcode（十六进制的数字编码），最后由DataOutput端子输出控制数据。
根据RF01D的LED脚的数据进入中断，开始由2个中断分别读入DATA0和DATA1，两根线分别将0或1输出。
当26位数据都读入以后，将26bit数据的二进制卡号译成十进制卡号，并送入显示模块显示。
将卡号与系统内存的正确卡号对比，若卡号正确，则正常显示卡号；若卡号错误，则LED指示模块的红灯亮。
2硬件设计
2.1硬件系统的主要构成
整个系统主要由单片机89C52、RF01D读卡器模块、8位七段数码管显示模块、LED指示模块、报警模块组成。
每个器件完成它相应的功能。
2.1.1单片机89C52
AT89C52[1～5]是美国ATMEL生产的低电压，高性能COMS8位单片机，片内含有8Kbytes可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes随即存储数据存储器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准的MCS-51指令系统和8052产品引脚相兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大的AT89C52适用与许多较为复杂的应用场合。
主要参数说明：
（1）与MCS－51产品指令和引脚完全兼容
（2）
8K字节可重擦写Flash闪速储存器
（3）1000次擦写周期
（4）全静态操作：
0HZ－24MHZ
（5）三级加密程序储存器
（6）256字节内部RAM
（7）32个可编程I/O口线
（8）3个16位定时/计数器
（9）8个中断源
（10）可变成串行UART通道
（11）低功耗空闲和掉电模式图2－1AT89C52管脚图
功能特性概述：
89C52[8]提供以下标准功能：
8K字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，ATM89C52可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节点工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
引脚功能说明：
（1）VCC：
电源电压
（2）GND：
地
（3）P0口[18]：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也是地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在FLASH编程时，P0口接受指令字节，而正在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻[16]。
（1）P1口[7]：
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此可作为输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚处被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与89C51[8～15]不同之处是，P1.0和P1.1还可以分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表2-1。
FLASH[10]编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
表2-1P1.0和P1.1的第二功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时/计数2捕获。
重装载触发和方向控制）
（2）P2口[9]：
P2是一个带用内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）[15]。
在访问外部程序存储器或16位地址外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
FLASH编程或校验时，P2亦接受高位地址和一些控制信号。
（3）P3口：
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）[1～3]。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示：
表2-2P3口引脚功能
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
/INT0（外中断0）
P3.3
/INT1（外中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0）
P3.5
T1（定时/计数器1）
P3.6
/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
/RD（外部数据存储器读选通）
此外，P3口还接受一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
（4）RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器人周期以上高电平将单片机复位。
（5）ALE/PROG：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该操作位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效[5]。
（6）/PESN程序存储允许（/PSEN）输出是外部程序存储器的选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次/PSEN有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次/PSEN信号。
（7）/EA/VPP：
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），/EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12编程电压VPP。
（8）XTAL1：
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
（9）XTAL2：
振荡起器反相放大器的输出端。
2.1.2RF01D读卡器模块
（1）概述
单片机控制的ID卡智能门禁系统主要器件是单片机和射频卡读写模块。
单片机选用Atmel公司的芯片AT89C52，它可以完全满足本试验的功能需求，读卡器选用RF01D。
RF01D感应式读卡机模块是针对125KHz非接触式RFID晶片而设计的读卡机模块。
它能针对目前市面上125KHz非接触式RFID晶片如瑞士μEM公司H4001、4102；台科TK4001、4102以及凌航科技GK4001晶片或其他规格相近产品进行资料读取与资料判断，使用者可以发展此感应式读卡机建立相关应用系统，产品主要应用范围为人员考勤管理、门禁管制系统、玩具、动物或物品辨识及产品管理，此读卡机模块主要有点叙述如下：
①独立性高，后段控制规划容易，安装简单。
②资料读取稳定性高。
③系统安全性高；RFID资料不重复且难以复制可以安全使用。
④可规划输出控制标准界面格式（跳线设置）。
（2）硬体/软体功能
125KHz感应式读卡器系统图示如下：
图2-2RF01D系统图
使用RF01DManchestercodefixed-codetag，以125KHz的低频频率在5-15cm距离内读取H4001tagcode的时间不超过100ms。
感应式读卡机系统点为DC5V电源，如使用AC110V或AC220V交流电源则需使用AC/DC电源转换器。
感应线圈为系统必须，感应线圈可以与系统分开放置，亦可设于系统中，为防止感应电磁场干扰，请勿以金属板置于线圈感应面。
（3）硬体/软体规则
感应式读卡器模块硬体架构图如下:
图2-3感应式读卡器模块硬体架构图
当由H4001系列芯片制作的非接触时卡片进入天线（感应线圈）电磁场工作范围内，引起电场振幅变化时，RF变换处理电路将这种振幅变化处理成脉冲波型变化，并送至存储器等候单片机的调用。
由4.000MHz晶体振荡器产生的基频信号，经32分频、放大后，送至天线，用以产生具有一定功率的、频率稳定的125KHz射频信号，处在该射频信号的场强范围内的非接触式卡片，便可以在该场强中获得能量，再利用非接触式卡片内IC电路自带的电源转换处理模块，将电磁场能量转换为直流电源，以供整个非接触式卡片电路用电。
单片机依据Manchestercode（曼彻斯特码）的规则将这些pulses（脉冲信号）转成hexcode（十六进制的数字编码），最后由DataOutput端子输出控制数据。
（4）读卡机模块电器特性
读卡机模块引脚输出功能说明如表2-3所示：
表2-3读卡机模块引脚输出
NUMBER
NAME
I/O
DESCRIPTION
1
5VD
INPUT
2
CLK
OUTPUT
Wiegand=D1
3
DATA
OUTPUT
Wiegand=D0
4
CP
OUTPUT
ABA
5
SW1
INPUT
Modeselect1
6
SW2
INPUT
OutputModeselect2
7
SW3
INPUT
OutputModeselect3
8
SW4
INPUT
Modeselect4
9
LED
OUTPUT
10
GND
OUTPUT/INPUT
A1
ANT
OUTPUT/INPUT
Antennacoilconnection
A2
ANT
OUTPUT/INPUT
Antennacoilconnection
（5）模块控制流程
SW2、SW3决定输出格式：
表2-4输出格式
SW2
SW3
0
1
RS232
1
0
WIEGEND26
Wiegand26输出数据格式：
图2-4读写时序图
表2-5读写时序数据
symbol
PARAMETER
Limitsmin
Limitsmax
type
UNITS
THD
Holdstartdatareaddelaytime
0.5
2
0.55
mS
TDW
Dataplusewidthtime
20
100
50
uS
TIW
Datapulseintervaltime
0.2
4
2
mS
TSN
Datasenddelaytime
5
--
80
uS
TCS
Holdandstartreadtime
40
120
100
mS
TA
Totalscantime
100
--
--
mS
韦根数据输出由二根线组成，分别是DATA0和DATA1；二根线分别将‘0’或‘1’输出。
输出‘0’时：
DATA0线上出现负脉冲；
输出‘1’时：
DATA1线上出现负脉冲；
负脉冲宽度TP=100微秒；周期TW=1600微秒
2.1.3CD4511芯片
CD4511是BCD/七段数码译码锁存驱动IC，它与七段数码管配合使用。
数码显示器采用八段发光二极管显示器，它可直接显示出译码器输出的十进制数。
七段发光显示器有共阴接法和共阳接法两种：
共阴接法就是把发光二极管的阴极都接在一个公共点（接地），其引脚排列和内部原理如图2－5（a）所示，配套的译码器为CD4511，CD4028等；共阳公共点接法相反，它是把发光二极管的阳极接在一起（接Vcc），配套的译码器为CD4028等，其引脚排列和内部原理如图2－5
升级会员 