ID电子标签自动识别检测系统.docx
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ID电子标签自动识别检测系统
RFID电子标签自动识别检测系统
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
随着时代与科技的进步，全球纷纷进入到研究RFID技术中来，由于它的优势给我们提供了许多的便捷之处，许多国际巨头也开始纷纷抢滩RFID业务。
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。
本项目的设计内容为对RFID电子标签自动识别检测系统进行程序设计，包括总体程序设计、各个模块的程序设计。
各个模块的程序设计包括USB接口的程序模块、以太网接口芯片W5100的程序模块、串口芯片MAX3232的程序模块、NandFlash芯片K9F1G08U0C的程序模块、日历芯片DS1340的程序模块、LCD显示器的程序模块、按键处理芯片MAX7359的程序模块、RF芯片TRF7960的程序模块、WiFi的程序模块等。
本项目采用MSP430单片机，具有超低功耗和快速的指令周期，无系统任务时将转入低功耗模式，使得系统的续航能力大大增强。
关键词：
RFID电子标签MSP430
ABSTRACT
RFIDtechnologyhaveenteredintotheworld.Becauseitgivesustheadvantageofmanyconvenientplace.ManyinternationalgiantshavebeguntoseizetheRFIDbusiness.RadioFrequencyIdentificationRFIDisanon-contactautomaticidentificationtechnology.ItisthroughtheRFsignalautomatictargetrecognitionandaccesstorelevantdata.Itrecognitionofworkwithouthumanintervention.It’sinavarietyofharshenvironments.RFIDtechnologycanidentifythehigh-speedmovingobjects.Itcanalsoidentifymultipletags.It'sConvenientoperation.
RFIDisasimplewirelesssystem.Ithastwobasiccomponents,Thesystemisusedtocontrol,objectdetectionandtracking.Systemconsistsofaninterrogator（orreader）andalotoftransponders（ortags）.ThedesignoftheprojectcontentoftheRFIDtagdetectionsystemforautomaticidentificationprogramming.Includingtheoverallprogramdesign,programdesignofeachmodule.TheprogrammodulesincludeUSBinterface,ethernetinterfacechipW5100programmodules,serialchipMAX3232programmodules,NandFlashchipK9F1G08U0Cprogrammodules,thecalendarchipDS1340programmodules,LCDdisplayoftheprogrammodules,keyprocessingchipMAX7359programmodules,RFchipTRF7960programmodules,WiFiandotherprogrammodules.ThisprojectusestheMSP430microcontrollerwithlowpowerconsumptionandfastinstructioncycle.whennon-systemtasks,Itwillbetransferredtolow-powermodeandmakingthesystemgreatlyincreasedbatterylife.
Keywords:
RFIDMSP430
1绪论
在我们国家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标准的RFID芯片，像上面我们所提到的已经成功地应用于交通一卡通和中国二代身份证等项目。
但同时我们也知道任何一项新技术的推广都需要一个时间，而对于这项技术也不是完全的成熟，不免还存在一些困难，例如某些技术条件还不是非常成熟，以及RFID产品的成本偏高。
这也说明了RFID技术正在逐渐完善中。
对于宏观的探讨，我们可以从相关资料中收集到有些企业甚至是个人已经将目光集中到对于RFID技术的投资中来，人们已经把整个RFID产业链规划为，核心芯片提供商，硬件设备商，标签厂家，产品分销和代理商，系统集成商，中间件提供商，业务咨询提供商。
就目前而言，芯片设计需要投入巨大的资金和技术力量。
而标签生产，同样需要非常大的资金支持，虽然短期来看，略有风险，但是远景可观；至于系统集成以及读写器件的开发，主要运营成本在人员和技术上。
现在，在各种媒介上不难搜集到人们对于RFID的热忱态度。
国内也日益重视发展RFID技术，例如2005年863计划第三批立项课题中，信息技术领域立项中包含3项有关RFID的相关研究，国家科技部也正在建立RFID与条码应用于物流的综合示范项目。
因此，RFID的研究意义所在不仅在于是企业上的应用更加有条不紊，同样也让我们的生活从中受益匪浅。
随着大规模集成电路、网络通信、信息安全等技术的发展，RFID技术进入商业化应用阶段。
由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，RFID技术显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是21世纪的最有发展前途的信息技术之一，许多国家都将RFID作为一项重要产业予以积极推动。
目前中国已经将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域。
2007年，在政府主导项目的拉动下，中国RFID市场依旧保持了快速增长，主要体现在身份识别领域应用继续保持领先地位，其中二代身份证的继续集中发放依然是RFID应用的最大市场。
这两年RFID应用的亮点之一主要表现在北京奥运会电子门票和奥运食品供应链的应用上，例如在奥运会食品供应链方面，奥组委宣布启用食品安全系统，所在食品将一律加贴RFID电子标签，实现对供应食品的全程跟踪。
此外，政府开始积极推动如邮政、海关、危险品管理、药品管理、物流等各种试点工作的开展，随着应用的推进与展开，各种行业标准也处于相应的制定过程中。
2RFID电子标签自动识别检测系统介绍
射频识别即RFID（RadioFrequencyIDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
下面是几种典型的RFID电子标签：
图2-1电子标签
图2-2电子标签
图2-3电子标签
对于RFID电子标签的自动识别检测系统，首先来介绍一下RFID电子标签自动识别的含义。
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，从而可工作于各种恶劣环境，且操作快捷方便。
RF技术利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向传输数据，已达到目标识别和数据交换的目的。
而一个最基本的RF系统则由三部分组成，标签又称射频卡，阅读器以及天线，本次课题系统还通过USB接口与外部计算机连接，通过以太网芯片与实现与Internet的连接从而进行数据交换。
图2-4RFID电子标签原理示意图
对于本课题RFID电子标签自动识别检测系统的程序设计，可将其分为：
（1）总体程序设计；
（2）各个模块的程序设计；而各个模块的程序设计又可分为USB接口的程序模块设计、以太网接口芯片W5100的程序模块设计、串口芯片MAX3232的程序模块设计、NandFlash芯片K9F1G08U0C的程序模块设计、日历芯片DS1340的程序模块设计、LCD显示器的程序模块设计、按键处理芯片MAX7359的程序模块设计、RF芯片TRF7960的程序模块设计和WiFi的程序模块设计等。
本次题目程序设计主要由C语言开发，由于使用C语言开发MSP430系列单片机比较简单，而且采用C语言开发可以大大提高开发效率，缩短开发周期，并且具有非常好的可读性和移植性，所以选用C语言进行编程。
3芯片及开发环境介绍
3.1Msp430简介
MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器（MixedSignalProcessor）。
称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。
3.1.1MSP430单片机的发展
MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在1996年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。
下面介绍一下MSP430系列单片机的发展过程。
开始阶段—从1996年推出MSP430系列开始到2000年初，这个阶段首先推出有33X、32X、31X等几个系列，而后于2000年初又推出了11X、11X1系列。
MSP430的3X、32X、31X等系列具有LCD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。
每一系列有ROM型（C）、OTP型（P）、和EPROM型（E）等芯片。
EPROM型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。
这也表明了这几个系列的开发模式，即用户可以用EPROM型开发样机；用OTP型进行小批量生产；而ROM型适应大批量生产的产品。
2000年推出了11X/11X1系列。
这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和I/O引脚数比较少，但是价格比较低廉。
这个时期的MSP430已经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点，但也有不尽如人意之处。
它的许多重要特性，如：
片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的I/O引脚等，只有33X系列才具备。
33X系列价格较高，比较适合于较为复杂的应用系统。
当用户设计需要更多考虑成本时，33X并不一定是最适合的。
而片内高精度A/D转换器又只有32X系列才有。
为了寻找突破，引入了Flash技术，随着Flash技术的迅速发展，TI公司也将这一技术引入MSP430系列中。
在2000年7月推出了F13X/F14X系列，在2001年7月到2002年又相继推出F41X、F43X、F44X这些全部是Flash型单片机。
F41X单片机是目前应用比较广的单片机，它有48个I/O口，96段LCD驱动。
F43X、F44X系列是在13X、14X的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动LCD的段数由3XX系列的最多120段增加到160段。
并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址，为以后的发展拓展了空间。
MSP430系列由于具有Flash存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。
这是TI公司推出具有Flash型存储器及JTAG边界扫描技术的廉价开发工具MSP-FET430X110将国际上先进的JTAG技术和Flash在线编程技术引入MSP430。
这种以Flash技术与FET开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。
另外，2001年TI公司又公布了BOOTSTRAPLOADER技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。
这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。
BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令可达到32个字节的长度。
蓬勃发展阶段—在前一阶段，引进新技术和内部进行调整之后，为MSP430的功能扩展打下了良好的基础。
于是TI公司在2002年底和2003年期间又陆续推出了F15X和F16X系列的产品。
在这一新的系列中，有了两个方面的发展。
一是从存储器方面来说，将RAM容量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。
这样一来，希望将实时操作系统（RTOS）引入MSP430的，就不会因RAM不够而发愁了。
二是从外围模块来说，增加了I2C、DMA、DAC12和SVS等模块。
在2003年中，TI公司还推出了专门用于电量计量的MSP430FE42X和用于水表、气表、热表上的具有无磁传感模块的MSP430FW42X单片机。
我们相信由于MSP430的开放性的基本架构和新技术的应用，新的MSP430的产品品种必将会不断出现。
3.1.2MSP430单片机的特点
MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点。
强大的处理能力MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令，大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算，还有高效的查表处理指令，有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。
这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。
16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。
MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。
当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6us。
超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8V至3.6V电压。
[3]
因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200uA至400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。
其次，独特的时钟系统设计。
在MSP430系列中有两个不同的时钟系统分别为，基本时钟系统和锁频环（FLL和FLL+）时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。
有的使用一个晶体振荡器（32768Hz）,有的使用两个晶体振荡器。
由时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。
并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。
由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。
在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0至LPM4）。
在等待方式下，耗电为0.7uA，在节电方式下，最低可达0.1uA。
系统工作稳定。
上电复位后，首先由DCOCLK启动CPU，，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。
然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。
如果晶体振荡器在用做CPU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作，如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。
丰富的片上外围模块MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。
它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（Timer_A）、定时器B（Timer_B）、串口0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Sigma-DeltaAD、直接寻址模块（DMA）、端口O（P0）、端口1~6（P1~P6）、基本定时器（BasicTimer）等的一些外围模块的不同组合。
其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器（Timer_A和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄
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