基于单片机的移动式RFID信息采集器的设计与实现.docx
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基于单片机的移动式RFID信息采集器的设计与实现
本科毕业论文（设计）论文
基于单片机的移动式RFID信息采集器的设计与实现
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。
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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：
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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。
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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
本设计针对现有数据采集器大都需要跟电脑连接，受场地和仪器限制的现状，本文提出了基于AT89C51单片机和RFID技术的手持式数据采集器的设计思路，设计一种便携、实时、准确识别的信息采集仪器。
该设计将会在物流、仓库管理等化方面有广阔的市场。
无线射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID），或称射频识别技术是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自动识别技术。
它是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。
关键词：
AT89C51单片机；RFID；数据采集器；实时时钟；
第一章绪论
1.1研究背景
当今世界信息技术的发展日新月异，一个以信息资源的采集、开发、利用为特征的信息技术革命正席卷全球，信息技术已广泛的渗透到社会各个领域，在世界经济和社会发展中发挥着越来越重要的作用。
目前各个发达国家都在致力于信息化建设，以此来加速本国经济的发展。
发展信息产业有许多关键的要素，如计算机、通信、集成电路、
软件和信息服务业的建设等。
但是如何将人类的社会活动和生产活动与现代化的信息传输和处理手段联系在一起也是一个重要的课题，只有解决了这个实际要求，才能使人类享受到信息技术带来的高度的物质文明和精神文明。
射频识别技术正是解决这一课题的重要研究方向之一。
例如，电子车票在公交领域的应用取代了传统的纸制车票，方便了乘客的出行，使司机不必兼任售票工作减小了注意力的分散，降低了公交企业的运营成本，甚至对生态环境的保护也产生了积极的效果。
又例如，可以自动检查每个人进出办公楼、管理区或某个房间的准入权限的门禁系统，提高了监控区域的安全性和进出人员的通过速度，并且可以很方便的通过中央计算机修改某个人的准入权限。
另外，由于人们生活水平的提高，顾客对酒店、银行、医院、娱乐场所等服务型行业的消费环境提出了新的要求―在这些场合中，顾客需要在任何位置任何时候都能得到服务人员及时、体贴和温馨的服务，因此，具有呼叫功能的无线呼叫系统应运而生。
射频识别技术做到了科学技术与人类生活的完美结合，已经成为社会现代化过程中的一种新的基础设施建设。
本文从我国信息建设和社会生活中的实际需要出发，分析了射频识别技术在我国的发展与应用情况，利用射频识别技术提出了一种先进的无线呼叫系统的ASIC设计与实现方案。
1.2本设计现状
单片机是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。
微计算机（单片机）在这种情况下诞生了。
纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。
以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。
在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。
这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了，且容易升级改善。
射频识别[1]的名称来自英文名词“RadioFrequencyIdentification”,又可以称为无线电频率识别，简称RFID技术。
它利用无线射频方式进行非接触双向通信，来识别目标并交换数据。
近年来，射频识别技术在交通、金融、商业、军事等许多领域得到了快速的普及和推广，其目的在于安全、准确、快捷地提供个人、车辆、资金、货物的标志信息及运行状态。
一个典型的RFID系统由电子数据载体（称应答器）和阅读器组成。
应答器与阅读器之间的能量、数据和时序信息的交换是通过无线电与雷达技术实现的。
应答器：
应答器放置在要识别的物体上，可以发送和接收信息，可根据收到的操作命令作读/写等处理。
应答器中往往镶嵌有可电擦除的可编程只读存储器（即2EPROM），逻辑加密电路，以及中央处理器等。
存储器中的信息根据需要可以有条件地供外部读取，或供内部信息处理或判别之用。
第二章方案论证
2.1控制芯片选择
方案一：
采用飞思卡尔半导体公司的十六位单片机mc9s12xs128单片机，此款单片机共有80引脚绝大部分为I/O口，最高主频可达到96MHZ,运行速度快，但由于本系统的资源需求不是很大，而且此款单片机的照价较高，外围电路较复杂，故没有选择此款单片机。
方案二：
采用传统的8位机AT89C51此款单片机应用方便外围电路简单，从设计任务看此款单片机足可胜任，最终从经济、性能等方面本系统选择了AT89C51作为主控芯片；
2.2显示模块的选择
方案一：
采用液晶1602作为显示模块，1602液晶每行可显示16个字符一共可以显示两行，可以显示数字和字符但是不能显示汉字，由于系统中采集的信息有可能是汉字的所以没有选择1602液晶。
方案二：
采用液晶12864，,12864液晶显示可以显示汉字，带有字库显示方便技术成熟，对于系统而言满足系统要求。
可以显示较多的信息，清晰明了，所以本系统选择了12864作为显示单元的显示器。
2.2系统总体结构确立
最终从控制芯片和硬件电路的综合角度确立了系统结构框图其中包括控制模块，显示模块，RFID识别模块等部分，如图2.1所示：
12864显示
图2.1系统总设计结构图
系统主要由CPU（时钟电路、复位电路）、显示电路、实时时钟电路、RFID输入识别电路、声音提示电路等。
第三章硬件电路设计
3.1系统硬件组成
本系统电路主控芯片AT89C51，晶振和两个电容组成的时钟电路，电阻和一个电解电容和一个按键组成的复位电路，ATS125KRFID读卡模块构成ID识别电路，液晶12864作为显示器，一个声音提示电路，和一个实时时钟电路。
3.2单片机系统介绍
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。
以当前使用较多的AT89系列单片机来说，，在复位脚加高电平2个机器周期（即24个振荡周期）可使单片机复位。
复位后，主要特征是各IO口呈现高电平，程序计数器从零开始执行程序。
单片机的外部引脚图如图3.1所示：
图3.1单片机系统图
3.3复位电路介绍
单片机的复位方式大体有两种。
1.手动复位：
按钮按下，复位脚得到VCC的高电平，单片机复位，按钮松开后，单片机开始工作。
2.上电复位：
上电后，电容电压不能突变，VCC通过复位电容（10μF电解）给单片机复位脚施加高电平5V，同时，通过1KΩ电阻向电容器反向充电，使复位脚电压逐渐降低。
经一定时间后（约10毫秒）复位脚变为0V，单片机开始工作。
本系统中单片机采用手动按键复位电路，电路由按键、电阻、电容组成。
原理图如图3.2所示：
图3.2复位电路
3.4晶振电路
单片机运行离不开晶振电路，晶振电路由两个30pf的电容和一个晶振组成的。
给单片机的运行提供了时钟基准基本原理如图3.3所示：
图3.3晶振电路
3.3RFID识别电路
3.3.1ATS125KRFID读卡模块简介
ATS125K非接触式射频ID卡专用模块，釆用先进的射频接收线路及嵌入式微控制器设计，结合高效译码算法，完成对EM4100、TK4100兼容式ID卡的数据接收。
具有接收灵敏度高﹑工作电流小﹑稳定性高等特点,适用于门禁﹑考勤收费﹑防盗﹑巡更等各种射频识别应用领域。
操作方便，只要接好电源线（接任意的VCC和GND引脚，供电电压：
3V~5V）就可以读卡，读卡成功LED会闪一下提示，蜂鸣器响一下。
支持各种输出格式：
包括10进制（10位编码、8位编码、18位编码）、16进制编码格式输出,兼容rdm6300模块格式输出；使用授权好的ID卡嘀卡，可以让本模块输出高电平。
默认情况下是输出10进制10位编码，使用软件简单设置一下即可改为10进制（8位编码、18位编码）、16进制编码、rdm6300模块格式任一种格式输出或设置成输出高电平模式。
模块实物如图3.4所示：
图3.4RFID读卡模块
3.3.2ATS125KRFID读卡模块参数
ATS125KRFID读卡模块感应距离：
钥匙扣卡距离约4cm、ID薄白卡距离约6cm。
如图3.5为ID卡实物图。
图3.5ID卡实物
3.3.3在个人电脑通过串口调试助手软件读卡演示
本模块操作简单，只要接好电源线（接任意的VCC和GND引脚，供电电压：
3V~5V）就可以读卡，读卡成功LED会闪一下提示，蜂鸣器响一下。
若要在读卡时显示卡的ID号就需要接显示设备。
现介绍在个人电脑通过SSCOM3.2串口调试助手软件读卡演示：
如图3.6为演示上位机：
图3.6调试上位机
3.3.4在个人电脑通过软件读ID卡及设置输出格式方法
1、通过软件读ID卡：
把ATS125K读卡模块与USB转TTL串口模块接好，先插到电脑上，然后打开软件。
点击“OPENCOM”，串口打开后把ID卡放到线圈能感应的范围，即可读出。
2、本模块支持各种输出格式：
包括10位编码、8位编码、18位编码、16进制编码格式输出，同时兼容rdm6300模块格式输出。
默认情况下是输出10位编码，用户若需要其它格式输出，可使用我们提供的软件按以下方法简单设置一下即可改为8位编码、18位编码、16进制编码、rdm6300模块格式任一种格式若要改为18位编码或16进制编码或rdm6300模块输出格式方法相同。
①ID卡放到线圈感应范围内，读到卡，指示灯亮，并且通过TXD引脚输出高电平；成功输出高电平蜂鸣器响一下提示，一直读到卡会一直输出高电平。
②默认情况下当读不到已授权的ID卡，约2秒指示灯灭，输出低电平，蜂鸣
器长鸣一秒提示。
③只有已授权的ID卡，才能被该模块读卡输出高电平，最多授权30张。
④其他输出格式切换成高电平输出格式时，需要重新上电，高电平输出格式才生效。
⑤使用高级版授权软件通过电脑可以给本模块设置授权卡，可以设置读到授权卡是输出高电平或者低电平，可以设置读到卡后多少秒输出开关量及读不到卡后多少秒停止开关量输出。
（高级版授权软件只对批量客户开放）。
模块设置某一种输出格式后，只要不更改，会一直保持该输出格式。
4、查询ATS125K读卡模块输出格式：
若用户想知道读卡模块当前的输出格式是何种，可以通过软件查询，点击“读取模块信息”按扭，然后看
到当前的输出格式项被选中，表示当前是该格式输出。
3.3.4ATS125K读卡模块通讯协议和编码格式介绍
通讯接口：
通用串行异步接口中（UART串口）。
UART串口参数：
波特率:
9600
起始位：
1位
数据位：
8位
校验位：
无
停止位：
1位通讯协议卡号（ASCII编码）+回车（0x0D）+换行（0x0A）注意：
ATS125K模块默认支持10位10进制卡号，另外还支持8位10进制、18位10进制和16进制格式输出，详见卡号编码。
可以通过专用PC软件进行设置。
字符之间时间距为典型值为104uS，最大值为208uS，最小值为0uS。
以图以16进制输出格式为例，对ATS125K读卡时输出波型为例分析：
图中显示的16进制卡号为：
080019040C。
卡号编码：
16进制编码的卡数是最全的包括了1个字节的厂家信息，即节5个字节。
如：
0x080x0x000x190x040x0C；10位10进制只包含4字节的卡号，没有厂家号，如：
0x000x190x040x0C，对应10值:
0001639436；8位10进制只包含16进制编码的后三个字节，并且分为两部份，如：
0x190x040x0C。
对应的10进制用逗号分开如：
025（0x19），1036（0x040C）。
18位10进制只是10位10进制和8位10进制的组合，中间用空隔符号分开，如：
0001639436025,01036。
3.4声音提示电路原理
当有信息采集时会有提示音。
声音提示电路由三极管和蜂鸣器组成的基本原理如图3.3所示：
图3.3声音提示电路
3.5实时时钟电路
系统采用DS1302作为实时时钟的芯片，实物图如图3.4所示
图3.4实时时钟模块
第四章软件设计
4.1主程序流程图
系统上电后显示欢迎使用RFID信息采集系统，过后显示请刷卡，当刷卡后信息将显示在12864显示屏上，系统的软件整体流程图如图4.1所示：
图4.1主程序流程图
4.2软件程序各模块函数介绍
4.2.1.延时函数：
voidDelayMs（unsignedchart）
含有输入参数unsignedchart，无返回值unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0~255这里使用晶振12M。
实现对程序的延时功能。
4.2.2.RFID信息采集函数：
刷卡后信息通过RFID模块发出后进入单片机进行识别判断。
voidInitUART（void）
主要对RFID模块发送的数据进行接收，是程序信息采集的关键函数。
下面给出了基本寄存器的初始化简介：
SCON=0x50;SCON:
模式1,8-bitUART,使能接收
TMOD|=0x20;TMOD:
timer1,mode2,8-bit重装
TH1=0xFD;TH1:
重装值9600波特率晶振11.0592MHz
TR1=1;TR1:
timer1打开
EA=1;打开总中断
ES=1;打开串口中断
4.2.3液晶屏初始化函数：
voidInit_ST7920（）
主要对12864液晶在显示前进行端口初始化，方便数据到来时的显示。
PSB=1;设置为8BIT并口工作模式
RES=0;复位
RES=1;复位置高
Write_Cmd（0x30）;选择基本指令集
DelayUs2x（50）;延时大于100us
Write_Cmd（0x30）;选择8bit数据流
DelayUs2x（20）;延时大于37us
Write_Cmd（0x0c）;开显示（无游标、不反白）
DelayUs2x（50）;延时大于100us
Write_Cmd（0x01）;清除显示，并且设定地址指针为00H
DelayMs（15）;延时大于10ms
Write_Cmd（0x06）;指定在资料的读取及写入时，设定游标的移动方向及指定显示的移位，光标从右向左加1位移动
4.2.4串口中断程序：
voidUART_SER（void）interrupt4//串行中断服务程序
{
unsignedcharTemp;//定义临时变量
if（RI）//判断是接收中断产生
{
RI=0;//标志位清零
ID[a]=SBUF;//读入缓冲区的值
//SBUF=Temp;//把接收到的值再发回电脑端
a++;
}
4.2.4主程序
voidmain（void）
整个程序的核心，调控各个模块函数。
所有函数将在主程序中被调用。
{
unsignedchari;
InitUART（）;
Init_ST7920（）;//初始化
LCD_PutString（0,2,"欢迎使用RFID"）;
LCD_PutString（0,3,"信息采集系统"）;
for（i=0;i<15;i++）
DelayMs（200）;
ClrScreen（）;
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