基于RFID的快递取件系统设计毕业论文.docx

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基于RFID的快递取件系统设计毕业论文

题目：

基于RFID的快递取件系统设计

摘要

当前学校日常快件派发数量多，导致在快件签收上，因为时间的原因，收件信息的不及时，这带给学校师生收取快件很多不方便。

因此，针对这个问题，现今学校内快递要解决的关键就在于优化调整快件的派发。

为此，根据实际性需求，本文设计了一个基于RFID的快递取件系统。

本文基于RFID结合单片机来设计快递取件系统，并紧密结合射频识别卡的运用，当学校内的快件经由派发送至存储柜，利用射频识别卡接受来自读写器的识别，读写显示屏接收到识别卡的信号后，经由终端信息判断确认，快件对应的柜门就会打开。

这使取件人收取快件相对便捷，同时读卡器的识别效率高,读取方便。

本系统具有结构简单、耗时短、安全稳定高效的特点，很具有实际生活应用价值。

本课题根据快递取件系统设计的电路原理图制作电路，电路板通电后经由测试正常工作后，将整个系统设计的程序下载到电路板中，然后将射频识别卡放置在读写器的识别区域进行测试。

经过测试，系统工作正常，运行稳定，射频识别卡可以被读写器有效地识别，显示屏显示出读写信息。

关键词：

射频通信技术；读卡器；快递取件系统

Abstract

Atpresent,theschoolhasalargenumberofdailyexpressdelivery,whichleadstothelatereceiptofexpressdeliveryinformationduetotime,whichmakesitinconvenientforteachersandstudentstoreceiveexpressdelivery.Thus,thecoretodealwiththeproblemistochangeandadjusttheconfigurationofexpress.,Andaccordingtothedailydemands,thepapercreatesanRFIDwhichbasedonexpresspickupsystem.

BasedonRFIDcombinedwithsinglechipmicrocomputertodesigntheCourierpick-upsystem,andcloselycombinedwiththeuseofradiofrequencyidentificationcard,whentheexpressmailinsidetheschoolissenttothestoragetank,theuseofradiofrequencyidentificationcardfromreceivingrecognitionofreadandwrite,readingandwritingafterscreenreceivestheidentificationcard,viatheterminalinformationjudgmenttoconfirmthatexpressthecorrespondingcupboarddoorwillopen.Thismakesitrelativelyconvenientfortherecipienttoreceivetheexpressmail,andatthesametime,thecardreaderhashighrecognitionefficiencyandiseasytoread.Thesystemhasthefeaturesofsimplefabric,transienttimeconsumption,security,fixityandhighefficiency.

Accordingtothecircuitschematicdiagramdesignedbytheexpresspickupsystem,topicistomakecircuit.Afterthecircuitboardisenergized,itwillworknormallyafterthetest.Theprogramdesignedbythewholesystemwillbedownloadedintothecircuitboard,andthentheRFIDcardwillbeplacedintherecognitionareaofthereaderfortesting.Aftertesting,thesystemworksnormallyandrunsstably.TheRFIDcardcanbeeffectivelyrecognizedbythereader,andthedisplayscreendisplaysthereadingandwritinginformation.

KeyWords:

Radiofrequencycommunicationtechnology;Expresspickupsystem;Cardreader

第1章绪论

1.1研究背景与现状

1.1.1课题研究背景

在互联网热潮的推波助澜下，网络兴起的电子营销商务一直处在呈火箭般的模式下高速发展,选择在网上购物的大学生的数量越来越多,因为大学校园里管理制度的严格以及快递量大且频繁,校园快件在配送环节方面上已出现了许多问题,本来学校周边快递的代理点多,很多都是处于特别分散状态，缺乏有效的联合运营和管理，这就导致了快递本身服务毫无秩序的竞争、签收效率的状态特差，随着广大师生日常日益增长的多样化的需求，尤其是在收取快递，因为时间的原因，通知的差错，收件的不及时，签收效率的低下，这就带给学校群体许多较大的负面影响[1]。

根据实际性需要，本文设计了一个基于RFID的快递取件系统。

正因为如此，所以在学校里物流管理方面上，关于快件服务系统的设计优化是当前快递当前要解决的关键。

所以基于RFID的校园取件系统设计与实现紧密结合运用于校园配送至存储柜,识别效率高,读取方便.整个系统的识别过程利用单片机结合系统的软硬件的协同工作一起完成，使快递员的工作更为方便快捷,取件人的方式更加及时有效。

1.1.2课题研究的意义

RFID，即无线射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术，可通过无线电信号识别读写具体目标和相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触天线的一种方式，非接触式自动识别技术，近些年来在科学技术领域发展迅速[2]。

这项技术主要是利用电子标签进入读写识别的信号区域，当解读器在接收到来自电子标签的信号后，就会自动得标注要发送的频率信号，紧接着解读器进行读写信息与编码，在将其发给中央系统的信息数据然后进行处理。

它其中的优点就在于非接触式显著，工作的时候可以没有人工去干预，能够识别自动化且不易受到干扰；同时识别高速运动甚至多个无线电标签，操作方便、快捷；RFID行业提升整体社会的信息化质量水平，带动经济的发展，增加公共安全和国家安全等，有很大影响的深远意义。

就现在来说，无线射频识别技术作为一种新的自动识别技术，在国内得到广泛的普及。

当前所应用的射频通信系统，最典型的是由非接触式射频卡、非接触式射频读卡器和非接触式应用系统组成。

非接触式射频读卡器是连接非接触式射频卡应用系统的重要桥梁，也是系统中所应用的关键部件，当前经济发展的一个趋势就是明确的要求射频通信系统应该具有很高的安全性[3]。

1.2研究现状

得益于科学技术的重大发展，射频技术可应用的领域也不断扩大，现已经涉及到人们日常工作与生活的方方面面，日后并将成为在未来当中信息社会发展建设的一种重要的基础技术。

它的典型应用包括：

在物流方面上，可以用作大型的储存管理，自动化机械生产，产品货物销售；在交通运输方面上，可以用于集装箱与包裹管理，高速高架桥公路出入收费与区域管理停车收费；在医学方面上，可以用于制药，监控患者的疾病，定位跟踪医院里的医疗垃圾并处理；在制造生产方面上，可以用于零部件与库存的可视化管控；另外它还能够应用于图书与应用文档管理，日常出入刷卡的门禁管理，物体跟踪和地理位置定位，周围居住环境感知和支票纸币防伪防假等诸多领域。

射频识别技术最开始在国外的发展和应用的时间相对而言都比较早，许多国家如今都有较为先进的射频系统。

中低频近距离RFID系统主要集中分布在125KHz、13.56MHz这两个频段，高频的远距离RFID系统大部分集中分布在UHF频段915MHz、2.45GHz、5.8GHz这三个频段，UHF频段远距离系统在美国等国家有一个相对而言非常不错的应用建设和发展，欧洲有源2.45GHz得到了相对而言应用的比较多，5.8GHz在日本以及欧洲国家都由很成熟的有源RFID系统[4]。

中国有关政府部门在近几年以来，一直加大对RFID的经济投入，不断加大对RFID产业和政策上的鼓励支持，给RFID的发展提供了一个有利的成长发展环境。

此外随着技术的稳步成熟和成本的逐渐降低，中国目前RFID的应用已经从最开始由政府主导相关的项目逐步向各个行业扩散开。

三胜咨询公司的一名顾问张祥光先生表示，伴随着射频通信技术的进一步成熟和成本的进一步降低，射频通信技术开始逐步应用到各行各业中[5]。

1.3研究内容

本课题主要基于RFID射频通信技术设计一个快递取件系统，以RFID技术作为基础,设计出了一种快递物流取件系统方案,在物品存取的各个层面上进行优化的基础上，针对使用的不同场合，掌握射频通信技术快递取件系统的设计方法。

根据上述对课题内容的介绍，论文的章节结构设计如下：

第一章，绪论主要是对论文中射频通信技术的相关研究背景内容和现状以及研究方法这一块进行介绍；第二章，是介绍系统方案设计一个总体的过程以及设计快递取件系统的组成与原理；第三章，是详细对快递取件系统硬件部分的设计作介绍说明；第四章，是关于快递取件系统的软件设计；第五章，是对系统的一个调试操作以及单片机调试后的结果分析；第六章，总结部分归纳对快递取件系统的两个部分总结，并简要得说明设计中的优缺。

第2章系统方案设计

2.1终端存储系统模型设计

首先是在快件管理员在取件柜的终端那边进行对相应快件的用户的相关信息进行登记输入，然后用户的带有芯片的射频卡放入读写器区域接受识别，液晶屏会显示对应的信息，系统感应后会通过片外扩展存储芯片AT24C08来感应对应的快递的门的开关，紧接着读写器对识别射频卡芯片的信息进行判断，如果接收信号后信息是正确的，那么该系统就会发出指令，于是快递柜对应的门会自动打开。

2.2取件系统设计

2.2.1系统总体方案设计

通过具体实施快递取件系统功能的方案，该识别装置的硬件电路主要由主控制模块、射频模块、存储模块，按键模块，液晶显示模块、感应开关装置模块电源供电模块构成。

硬件框图如图2-1所示：

图2-1原理框图

通过对用户的射频识别卡接触到读写器上的信息采集器上，识别到的信息反馈给主控制模块；主控制模块对信息进行分析与判断，把相应的信息命令发送给液晶模块和感应开关装置模块进行处理。

2.2.2系统开发应用模拟场景

图2-2系统总体应用流程

如图2-2所示，系统总体的应用实现主要由这几部分来构成，有电子标签，阅读器（读写器），存储器，应用系统以及中间件和应用件以及各种接口。

2.3快递取件系统组成及工作原理

快递取件系统主要是由射频电子标签（采用带有芯片的校园卡），读写器，中间件还有应用系统软件组成。

射频识别是一种采用无线传输的方式作为传送信息载体的有效形式，，它的独特优势就在于有数据处理和安全认证等。

从真正意义上来讲，射频识别系统是有效的数据载体，主要包括谐振电容，集成电路芯片[6]。

电子标签部分，由耦合元件及芯片来组成，从另外一个角度来说，电子标签就类似于一个片上系统且具有无线收发和存贮两个功能。

任何一个电子标签上都附带有一个单独的电子编码，依附在物体上，主要作用就是用来标识目标对象。

电子标签载可用来对所依附在目标物体的编码内相关数据信息进行识别认证。

在这里，采用的是基于射频通信技术的射频识别卡来进行读取识别，射频识别卡也被称之为集成电路卡片，它是相同的大小和普通信用卡塑料卡嵌套设置的一个或多个集成电路构成[7]。

附带在射频卡内的芯片，它既能够被称为存储器，也能够称为处理器。

带有存储器的射频卡又能够被当作为记忆卡，或是叫做储存卡。

记忆卡本身就具有储存大量信息的功能；除了对数据的读取和记忆，还具有对信息数据进行执行处理的能力。

射频通信系统的工作原理：

当产品靠近读写器的时候，电子标签将会接收到来自读写器发出的查询信号，此时读写器发出的信号将和标签建立联系[8]。

针对信号的命令，电子标签接受命令后就会去查询，查询得到的数据和信息就会被发送给读写器。

当读写器接收到来自标签发送的信息之后，在经过读写内部的解调把它转换成变成计算机能够识别处理的格式，经由计算机的内部处理后，发出指令给电子标签，标签就会做出计算机指定的行为。

在电子标签接受读写器工作识别时，标签就会向读写器发送出其本身的编码和信息；依据逻辑运算，计算机系统在进行分析该标签的编码信息数据，通过多种类别的判断与分析做出对应的处理，紧接着发出信号指令；射频标签数据的解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据后，在将数据发送到控制逻辑，控制逻辑接收指令在去完成存储，发送数据或者进行其他操纵[9]。

第3章系统硬件电路设计

由单片机和外围电路来共同组成主控制电路。

主控制的核心是MCU，以及与主机部分的通信接口，还有系统本身硬件的显示模块，按键模块，射频模块，报警模块。

主控制模块图如图3-1所示：

图3-1主控制模块

3.1系统主控制电路设计

3.1.1单片机最小系统

图3-2单片机最小系统

单片机最小系统如图3-2所示。

首先，整个系统的核心是单片机，来负责读写数据处理及控制。

不仅仅负责对射频模块的读写以及识别功能的控制之外，而且也还负责各个接口与主机间的通信，或者是应用系统的接口通信还有显示、按键模块等控制这些外部设备。

STC89C52是STC公司旗下生产的一种微控制器，它的特点是低功耗、高性能[10]。

经过改良后的STC89C52，所使用的内核是MCS-51，使用了这一内核后，芯片就具备了以前51单片机并不具备的另外的功能。

与此同时，单芯片上还拥有8位十分灵活的CPU和可编程的Flash，使得STC89C52可以相对灵活并且稳定有效的解决众多嵌入式控制的应用系统[11]。

在空闲模式的状态下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作[12]。

在模式处于掉电保护的状态下启动后，那么RAM的相关数据内容就会被存储掉，所以振荡器就会被停止掉，紧接着单片机的一切工作受干扰而停止，一直到下一个硬件进行复位操作，要么就是中断后停止。

如表3-1所示：

表3-1STC89C52主要功能表

名称

主要功能

8k字节FlashRom

与MCS-51单片机兼容

512字节RAM

片内时钟振荡器

32位I/O口线

内置4KBEEPROM,MAX810复位电路

3个16位的定时器/计数器

全双工串行口

4个外部中断

低功耗空闲和掉电模式

看门狗定时器

软件设置睡眠和唤醒功能

晶振电路：

主要是为整个系统的运行提供精准的工作时钟[13]。

由于所有的完整的系统都需要在时钟操控下工作，操控的时间不一样就造就了不一样的时钟之间的区别。

核心元器件都是晶体振荡器，晶振的选取是按照每个电路的设计要求。

不同的电路选取的晶振频率也不相同。

有一点需要说明的是，搭建单片机最小系统的时候，尽量把晶振电路与单片机距离控制的比较近。

这样做的好处是减少了不必要的信号对主控电路的干扰，所使用的连接线也不至于过长，同时，信号传输到主控芯片的时间也比较快，会使得延迟时间很小，对于整个系统而言，整体的运行效率就相对较高。

晶振电路如图3-3所示：

图3-3晶振电路

复位电路：

复位电路在整个系统运行的过程当中出现某些不可避免的问题的时候，就需要复位电路使系统回到初始的状态。

因此，最小系统当中，复位电路必不可少。

基本构造是电阻和电容，同时连接到单片机的复位端口。

复位电路是重新进行上电的开关，目的是直接给复位的引脚接上了两个高电平的周期信号，这就可以使单片机进行复位。

另外系统除了进入正常初始化之外，程序在下载编译后运行的时候，假如出现错误，或者是因为操作不正确而导致错误出现致使系统置于一种封闭状态的时候，如果想摆脱这种模式，那么也通过借助复位键，按下后开始重新进行复位。

具体的工作思路是利用电阻和电容的组合电路实现对复位端口的开关。

高电平的时候，复位端口开始工作。

低电平的时候，复位端口不工作。

复位电路如图3-4所示：

图3-4复位电路

3.2液晶显示电路设计

这一显示采用的是LCD12864液晶显示屏。

带有中文字库的128×64有很多种接口方式，显示的分辨率是128×64，这种显示模块具有接口方式灵活并且操作指令简单、便捷等特点[14]。

它不仅仅显示出8×4行16×16点阵的汉字，而且图形也能得以显示。

借助字符的帮助来显示编码和RAM。

对不同的文字内容，可以显示在液晶屏幕上显示CGROM（中文字库），HCGROM（ASCII字符）和CGRAM（自定义字体），02H~7FH显示半宽ASCII码字符，A1A0H~F7FFH显示8192种GB2312中文字库字形，字符显示RAM在液晶模块中的地址80H~9FH[15]。

当数据发生一次变化的时候，单片机才会刷新一次液晶显示屏，这样就会有效地避免了重复刷屏，达到了一个非常好的效果。

液晶显示屏如图3-5所示：

图3-5LCD12864液晶显示屏

3.3MF-RC522读写模块设计

MFRC522本身是支持多种不同的单片机接口，来自读写模块的内部检测逻辑，本身就能够自然得与总线的接口相适应。

通过在SPI总线的帮助下，微控制器与MFRC522得以连接。

当处在工作模式的状态下，它的最高传输速率为10Mbps，数据和时钟相位的关系满足“空闲时钟为低电平，在时钟上升沿同步接收、发送数据，在下降沿进行数据转换”的约束关系[16]。

MFRC522与控制器的接口电路如图3-6所示：

图3-6MFRC522与控制器的接口电路

单片机通过读写器进行读写控制读写器芯片，当在单片机芯片中发现格式的命令后，按照非接触式射频识别卡的协议格式后来进行读写识别。

当已经注册过的有效射频卡在读写器的有效识别区域范围内的时候，MCU会向射频卡发送读写识别的指令，该卡片将会建立与读写器的初步联系，根据所选卡片对应信息选定，然后进行校验，再次确保读写识别器具有操作权限以及射频识别卡的有效性，因为未注册的射频识别卡在识别区域是接受不到信息的识别，这时射频识别卡就是无效的。

信息数据确认通过后就可以对射频识别卡进行读写等基本的应用操作。

该读写模块MFRC522的系统工作原理是：

射频识别卡读写模块通过计算机通信网络向射频卡发送载波信号，耦合接受信号后的射频识别卡，首先就是将波形转置，下一步是滤波的整流，借由内部处理对电压进行调节，在这当中还包含稳压等；最后输送至射频识别卡的各个电路当中[17]。

同时，射频识别卡接收到载波信号后，通过信号调制，就会对载波信号进行解调，信号处理完毕，被发送的信号被射频识别卡的控制器来进行控制处理。

在完成数据信息处理后，射频识别卡通过计算机无线网络对读写模块的载波信号进行操作，直至数据信号返回，通过本身的解调电路，MFRC522来处理这些信号。

借助这样的一个来回的回路，往返的通讯，读写模块就可以对射频识别卡进行读写信息操作。

3.4按键电路设计

图3-7按键电路图

按键电路图如图3-7所示。

这个设计按键控制采用矩阵按键，四个按键开关是分别用来选择复位，菜单，注册，取消的开关，矩阵按键用来控制输入，都是一端连接5V电压；另外一端直接连接单片机的I/O口，当按键按下后进入正常工作状态，上电后显示屏初始状态，紧接着按键按下后电平拉低，此时会执行相应的程序命令。

3.5报警电路设计

图3-8报警电路图

报警电路图如图3-8所示。

从本质上来讲，蜂鸣报警器是一个感性元件，蜂鸣报警器的电流不能够瞬间发生改变，所以就需要三极管驱动来帮助续流。

蜂鸣报警器的驱动三极管使用PNP型，而不是NPN型。

在单片机刚上电的时候，在全部IO口会都会有一个较短暂的高电平产生。

如果蜂鸣报警器的驱动三极管是NPN型的，即使在程序上将IO口拉低，蜂鸣报警器也会发出声音，蜂鸣报警器的驱动三极管使用PNP型[18]。

第4章系统软件设计

系统软件设计包含三个部分，包括主程序、读写识别程序设计和显示电路程序设计。

主程序的部分主要是快递取件系统总体的运行程序。

读卡器硬件系统的运行则必须在软件的控制下进入工作状态，例如读写识别系统描述的软件设计的主要应用和原理。

所有驱动程序的开发环境都是基于采用KeilC51下进行的。

程序的每个部分根据模块化设计成一个文件，等单独调试通过后，加入KeilC51环境中的工程文件编译生成HEX文件，然后使用仿真器进行仿真之后，写入到STC89C52芯片中脱离仿真器运行[19]。

当射频识别卡进入到读写器的有效识别范围区域内的时候，读写器终端接受到射频识别卡的信号后，就会建立联系。

MFRC522主要是通过写操作命令、参数、和数据到寄存器，然后通过写命令到COMMAND，实现射频通信。

4.1主程序设计

主程序的部分是实现了整个对系统运行的操作控制以及对射频卡的识别，与此同时也决定了系统中的硬件部分的工作时序，保证整个系统的操作运行。

整个程序执行过程比较复杂，要对一连串的指令进行执行操作，需要调用多个函数。

其中包括键盘扫描、液晶显示、射频识别卡以及外围的一些电路控制等。

这一系列的操作都必须跟正常的步骤去运行。

主程序流程图如图4-1所示：

图4-1主程序流程图

4.2读写识别程序设计

该设计使用C语言来编写读写识别程序部分主要实现了整个对读卡器的控制以及接受对射频卡识别，如图4-2所示：

图4-2读写程序流程图

4.3显示程序设计

在复位按键按下后，终端进入扫描状态，能够很好得显示系统的初始状态，紧接着通过菜单和注册按键按下后注册的识别卡则可以受到读卡识别区的扫描，此时接受到信号的感应后终端会显示出相关信息。

按键流程图如图4-3所示：

图4-3按键流程图

第5章系统仿真及功能验证

5.1系统仿真环境

5.1.1软件环境

此次设计，首先采取KeilC51进行软件编程，在根据测试结果，对所需要的效果进行了调试，本设计使用KeilC51开发系统结合STC-ISP进行下载编译。

本系统设计采取了C语言进行程序编程。

软件调试步骤如下：

1.在KeilC51软件中先创建一个工程；

2.重新建立一个用户文件:

新建一个空白文本，然后在这个文本当中编写程序代码，代码完成后，再保存文件并将文件设置扩展名,并生成HEX文件。

3.程序的下载，编译与调试：

单击下载编译按钮，系统对文件进行运行，然后可以在输出的窗口看到相关的信息提示，当提示到出现错误信息的时候找出并改正，直到没有错误出现为止。

4.在程序编译无误后，开始仿真验证系统功能是否满足要求。

程序下载编译图如图5-1所示：

图5-1