0 引 言
射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)是利用感應(yīng),、電磁場或電磁波為傳輸手段,，完成非接觸式雙向通信，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的一種自動識別技術(shù),。射頻識別卡最大的優(yōu)點就在于非接觸,，因此完成識別工作時無須人工干預(yù)，適于實現(xiàn)自動化且不易損壞,，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡,，操作快捷方便。目前,，射頻識別技術(shù)己經(jīng)廣泛使用，準(zhǔn)備接替目前許多人工完成的工作程序,。
RFID 技術(shù)是一個嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,，它不僅涵蓋了射頻技術(shù)，還包含了射頻技術(shù),、密碼學(xué),、通信原理和半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一個多學(xué)科綜合的新興學(xué)科,。因此,，對 RFID 技術(shù)的認(rèn)識和研究具有深遠(yuǎn)的理論意義,。隨著21世紀(jì)數(shù)字化時代的到來，基于遠(yuǎn)程信息化網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和移動商務(wù)的社會需求,，RFID 技術(shù)智能管理系統(tǒng)將在各個領(lǐng)域中發(fā)揮巨大的作用,。RFID 技術(shù)正在成為一個新的經(jīng)濟增長點，在全球范圍內(nèi)蔓延開來,，研究開發(fā) RFID 技術(shù)有著巨大的經(jīng)濟效益和社會意義,。
一個典型的 RFID 系統(tǒng)一般由 RFID 標(biāo)簽、讀寫器以及計算機系統(tǒng)等部分組成,。其中 RFID 標(biāo)簽中一般保存有約定格式的編碼數(shù)據(jù),，用以惟一標(biāo)識標(biāo)簽所附著的物體。與傳統(tǒng)的識別方式相比,，RFID 技術(shù)無需直接接觸,、無需光學(xué)可視、無需人工干預(yù)即可完成信息輸入和處理,，且操作方便快捷,。能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流,、交通,、運輸、醫(yī)療,、防偽,、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域,，并且認(rèn)為是條形碼標(biāo)簽的未來代替品,。RFID 系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。
讀寫器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號：當(dāng) RFID 標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作場時,，其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流,，從而 RFID 標(biāo)簽獲得能量被激活并向讀寫器發(fā)出自身編碼等信息；讀寫器接收到來自標(biāo)簽的載波信號,，對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼后送至計算機主機進(jìn)行處理,；計算機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該標(biāo)簽的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制,，發(fā)出指令信號,；RFID 標(biāo)簽的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接收指令完成存儲,、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作,。
RFID 針對常用的接觸式識別系統(tǒng)的缺點加以改良，采用射頻信號以無線方式傳送數(shù)據(jù)資料,，因此識別卡不必與讀卡機接觸就能讀寫數(shù)據(jù)資料,。
1 系統(tǒng)總體簡介
本系統(tǒng)以 AT89252 單片機為控制核心,，利用 RFID 讀寫基站 U2270B 對 Temic 公司的射頻卡(本系統(tǒng)使用 EM4100卡)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。在通信方面使用 USB 高速通信接口,，采用南京沁恒公司的 USB 主控芯片 CH375,。數(shù)據(jù)庫的存儲管理利用 SD卡。系統(tǒng)總體框如圖2所示,。
2 RFID 讀寫模塊
U2270B的載波頻率為100～150 kHz,，其調(diào)制方式為曼徹斯特碼和雙相位碼。U2270B 的電源供給可為5 V 的穩(wěn)壓電源或者是12 V 的汽車蓄電池,。它可以為RF場提供能量,，其中在短距離運用時，外圍驅(qū)動電路簡單,。U2270B 還具有信號微調(diào)能力,，而且其讀寫距離可達(dá)7～10 cm。U2270B還具有電壓輸出功能可以給微處理器或其他外圍電路供電,。
U2270B具有省電模式和 STANDBY 控制可選,，所以設(shè)計基站電路時可以按照功能的不同要求，設(shè)計基站的外圍電路,。具體電路圖如圖3所示,。
本系統(tǒng)采用9 V 電池供電，并通過 STANDBY 端進(jìn)行省電模式的控制,。同時通過橋式二極管來增強讀寫距離,。
通過調(diào)整RF引腳所接電阻的大小，可以將內(nèi)部振蕩頻率固定在150 kHz,，然后通過天線驅(qū)動器的放大作用,，在天線附近形成150 kHz的射頻場，當(dāng)射頻卡進(jìn)入該射頻場內(nèi)時,，由于電磁感應(yīng)的作用,，在射頻卡的天線端會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，該感應(yīng)電勢也是射頻卡的能量來源,。
數(shù)據(jù)寫入射頻卡采用場間隙方式,，即由數(shù)據(jù)的“O”和“1”控制振蕩器的啟振和停振，并由天線產(chǎn)生帶有窄間歇的射頻場,，不同的場寬度分別代表數(shù)據(jù)“O”和“1”,，這樣完成將基站發(fā)射的數(shù)據(jù)寫入射頻卡的過程，對場的控制可通過控制芯片的第6腳(CFE端)來實現(xiàn),。
由射頻卡返回的數(shù)據(jù)流可采用對射頻卡天線的負(fù)載調(diào)制方式來實現(xiàn),。射頻卡的負(fù)載調(diào)制會在基站天線上產(chǎn)生微弱的調(diào)幅,，這樣,，通過二極管對基站天線電壓的解調(diào)即可回收射頻卡調(diào)制數(shù)據(jù)流,。應(yīng)當(dāng)說明，與U2270B配套的射頻卡返回的數(shù)據(jù)流采用的是曼徹斯特編碼形式,。由于U2270B不能完成曼徹斯特編碼的解調(diào),，因此解調(diào)工作必須由微處理器來完成，這也是 U2270B 的不足之處,。
3 射頻卡模塊
射頻卡選用的 EM4100 卡是由瑞士微電生產(chǎn)的一款用于只讀射頻卡信息傳輸?shù)募尚酒?。射頻卡由 IC 芯片、感應(yīng)線圈組成,，COIL1與COIL2為感應(yīng)線圈接口,。全波整流電路、CSUP可以將線圈感應(yīng)產(chǎn)生的能量保存供給芯片作為工作電源,；時鐘選取電路將篩選頻率125 kHz的載波作為時序發(fā)生電路的基準(zhǔn)時鐘源,；內(nèi)存中64位數(shù)據(jù)依次串行輸出，通過編碼模塊輸出曼徹斯特碼,；最后信號通過調(diào)制電路再由感應(yīng)線圈發(fā)射出去,。圖4為EM4001芯片內(nèi)部功能圖。
EM4100全部的數(shù)據(jù)位為64位,，它包含9個開始位(其值均為‘1’),、40個數(shù)據(jù)位(8個廠商信息位+32個數(shù)據(jù)位)、14個行列奇校驗位(10個行校驗+4個列校驗)和1個結(jié)束停止位,。EM4100在向讀卡機或PC機傳送信息時,，首先傳送9個開始位，接著傳送8個廠商信息或版本代碼,，然后再傳送32個數(shù)據(jù)位,。其中15個校驗以及結(jié)束位用于跟蹤包含廠商信息在內(nèi)的40位數(shù)據(jù)。當(dāng)EM4001上電初始化后,，便依次將這64位數(shù)據(jù)反復(fù)輸出,，直到卡片離開基站讀寫器失電為止。圖5為EM4100芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)格式,。數(shù)據(jù)信息采用曼徹斯特編碼,，然后調(diào)制到載波上，影響感應(yīng)線圈工作,。數(shù)據(jù)“O”對應(yīng)著電平下跳,，數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)著電平上跳。
5 SD卡控制模塊
SD 卡有兩種總線協(xié)議,，SD 協(xié)議和 SPI 協(xié)議?，F(xiàn)在絕大部分微控制器都集成 SPI 接口，所以利用這種方式與 SD 卡通信相對簡單方便,，但SPI協(xié)議在數(shù)據(jù)交換時只允許1位數(shù)據(jù)串行傳輸,，所以速度受到限制,。在 SD 協(xié)議下，允許強大的1線到4線數(shù)據(jù)傳輸,，這樣就提高了傳輸速度,。但 SD總線時序要求嚴(yán)格，如果用軟件模擬不僅復(fù)雜繁瑣,，而且可靠性也不高,，W86L388D支持 SD 方式的4線數(shù)據(jù)傳輸，并且根據(jù)所收到的命令能自動產(chǎn)生相應(yīng)的 SD 時序,，從而方便用戶的使用,，提高了系統(tǒng)的性能。
W86L388D 為臺灣華邦公司的 SD 卡橋接芯片,。W86L388D 有8位數(shù)據(jù)與16位數(shù)據(jù)寬度可以選擇,，并且有專門的端口進(jìn)行 SD 卡的檢測與讀寫保護。W86L388D 的工作電壓為3．3 V,，所以在與89S52單片機進(jìn)行通信的時候必須經(jīng)過一個 470Ω 的電阻進(jìn)行分壓處理,。W86L388D 的電路圖如圖7所示。
6 結(jié) 語
射頻識別技術(shù)最大的優(yōu)點就在于非接觸,，因此完成識別工作時無須人工干預(yù),，適于實現(xiàn)自動化且不易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡,，操作快捷方便,。所以，目前已經(jīng)廣泛使用,，準(zhǔn)備接替許多人工完成的工作程序,。
讀卡器的設(shè)計主要用軟件來實現(xiàn)射頻信號的調(diào)制和解調(diào)，以實現(xiàn)對 Teinic 卡片的讀和寫操作,。利用 CH375 芯片來實現(xiàn)系統(tǒng)的USB通信及數(shù)據(jù)的傳輸,，利用 SD 卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)及原始數(shù)據(jù)庫的存儲，同時利用 SD 卡橋接芯片 W86L388D 來實現(xiàn)簡單便捷的 SD 卡 SD 模式的通信操作,。