RFID读写器教学课件PPT.ppt

rfid,大连东软信息学院计算机系物联网团队 2011.8,什么是读写器 rfid阅读器（读写器）通过天线与rfid电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。,2,读写器,2. 读写器的作用 （1）读写器与电子标签之间的通信功能。 （2）读写器与计算机之间的通信功能。 （3）对读写器与电子标签之间要传送的数据进行编码、解码。 （4）对读写器与电子标签之间要传送的数据进行加密、解密。 （5）能够在读写作用范围内实现多标签同时识读功能，具备防碰撞功能。 （6）读写器能够提示读写过程中发生了错误，并显示错误信息。 （7）对有源标签，读写器能够读取标签的电池信息，以便进行决策。,3,读写器,3. 读写器的分类 按外形分为： 分离式阅读器：天线和阅读器分离制造，天线不怕水，阅读器则可以安装在室内 集成式阅读器：天线和阅读器集成制造，形体比较简单，但是安装比较地不灵活。 按应用场合不同，分为： 固定式阅读器：固定安装在某个作业位置。 手持式阅读器：单纯的手持标签阅读器和带有pda掌上电脑的阅读器。数据可以通过电缆或者无线传输给电脑/网络。阅读距离较近，作为补检、抽检之用。 发卡器或者标签注册机：标签注册之用，实际上是一个近距离的阅读器。其必须和实际工况中的阅读器同质，包括频率、协议等 移动式阅读器：可以移动的固定式阅读器。可以作为库房盘点等用。车载阅读器属于移动阅读器。 oem模块 嵌入的模块 工业阅读器：特殊场合应用的，如防水等 按系统频率分为： 低频、高频和超高频阅读器,4,读写器,5,读写器,4. 读写器的组成,6,图 读写器组成示意图,读写器的硬件部分通常由收发机、微处理器、存储器、外部传感器/执行器，报警器的输入/输出接口、通信接口及电源等部件组成，如图所示。,读写器,5. 读写器天线 阅读器的频率范围不同，天线类型也不同，一般来说，电感耦合的系统 一般用线圈天线，电磁散射型系统采用平板天线。,7,rfid系统读写器天线的特点是：足够小以至于能够贴到需要的物品上；有全向或半球覆盖的方向性；能够给标签的芯片提供最大可能的信号；无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配；具有鲁棒性；价格便宜。,在选择读写器天线时应考虑的主要因素有：天线的类型；天线的阻抗；应用到物品上的rf的性能；在有其他物品围绕贴标签物品时rf的性能。,读写器,5. 读写器天线 （1）电感式系统天线 电感式耦合的rfid系统中，阅读器天线产生磁通量，用于向电子标签提供电源，并在两者之间传输信息。 阅读器天线设计或选择就必须满足以下基本条件： 天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量。 功率匹配，以最大限度地利用磁通量的可用能量。 足够的带宽，保证载波信号的传输，这些信号是用数据信号调制而 （2）微波系统的天线 使用平面天线，其特点是制造有很高的复用性，结构坚固。,8,读写器,6. 读写器的设计 设计过程中会面临的困难： （1）标准和频率较多，选择较为困难。 （2）超高频段产品设计复杂，容易受环境影响，造价高。 （3）目前仍然是国外公司处于前列，国内较落后。,9,读写器,6. 读写器的设计基于 mfrc500 芯片的无源 rfid 读写器的系统设计 mf rc500是应用于13.56mhz非接触式通信中高集成读卡ic系列中的一员。该读卡ic系列利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56mhz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。mf rc500支持iso14443a所有的层，内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线（可达100mm）；接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于iso14443兼容的应答器信号；数字部分处理iso14443a帧和错误检测（奇偶&crc）。此外，它还支持快速crypto1加密算法，用于验证mifare系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡器/终端的设计提供了极大的灵活性。,10,11,mifare技术 非接触式与双接口ic智能射频卡主流技术为mifare技术 philips推出的产品包含六个系列：mifare classic，mifare prox，mifare ultralight，mifare双接口，mifare desfire8，mifare阅读器芯片。 非接触式接口符合iso/iec14443 type a标准，接触式接口符合iso/iec 7816标准 分为1 k字节 eeprom 的 mifare standard及4 k字节 eeprom的mifare standard 4k 以mifare1 ic s50系列芯片为核心 可靠性高、防碰撞能力强 一卡多用、安全性能好 卡与阅读器之间采用双向验证机制（采用三次认证技术）,读写器,12,mifare1 ic s50芯片的电路组成框图,读写器,13,pcd和m1卡之间的交互过程,读写器,14,m1卡存储区构成,扇区0的块0是一个特殊的块，该块存储了卡的制造商代码 m1卡各扇区块3中，存取控制码有4个字节,读写器,15,mifare prox,读写器,16,pcd基站芯片 iso/iec 14443标准制定了非接触式射频卡（picc）和阅读器（pcd）之间进行数据交换的接口标准type a和type b 比较常用的支持type a的阅读器芯片是mf rc500（philips semiconductors产品）,读写器,17,mf rc500芯片 载波频率为13.56 mhz； 集成了编码调制和解调解码的收发电路； 天线驱动电路仅需很少的外围元件，有效距离可达10 cm； 内部集成有并行接口控制电路，可自动检测外部微控制器（mcu）的接口类型； 具有内部地址锁存和irq线，可以很方便地与mcu接口； 集成有64字节的收发fifo缓存器； 内部寄存器、命令集、加密算法可支持type a标准的各项功能,读写器,18,电路组成 并行接口及控制电路 fifo（先进先出）缓存器 密钥存储及加密算法（cypto1） 状态机与寄存器 数据处理电路 模拟电路（调制、解调及输出驱动电路） 电源管理 中断控制等部分组成。,读写器,19,芯片内部寄存器配置 内部寄存器按页分配，并通过相应寻址方法获得地址； 内部寄存器共分8页，每页8个寄存器，每页的第1个寄存器称为页寄存器，用于选择该寄存器页； 内部寄存器的配置情况如书中表8.3.2所示，表中给出了页号、功能、寄存器地址（以16进制数给出）及各个页的寄存器名称。,读写器,20,芯片各寄存器功能 每个寄存器由8位组成，具有读/写（r/w），只读（r），仅写（w）和动态（dy）4种特性。 dy属性位可由微控制器读写，也可以在执行实际命令后自动由内部状态机改变位值 r的值仅能由内部状态决定 w的值可由mcu写入但不能读出 r/w位可由mcu读写，但内部状态机只能读。,读写器,21,eeprom存储器 共有32块，每块16字节。 第一部分为块0，属性为只读，用于保存产品的有关信息； 第二部分为块1和块2，它们具有读/写属性，用于存放寄存器初始化启动文件； 第三部分为块3至块7，用于存放寄存器初始化文件，属性为读写； 第四部分从块8至块31，属性为只写，用于存放加密运算的密钥。,读写器,22,fifo缓存 用于缓存微控制器mcu与芯片之间的输入/输出数据流 写入fifodata寄存器的字节也存入fifo，并且内部fifo写指针增量 从fifodata寄存器读，得到的是fifo读指针所指fifo的内容，读后读指针增量 状态由primarystatus、fifolevel、errorflag、control、fifolength寄存器的相关位指示,读写器,23,中断请求 定时设置到、发送请求、接收请求、一个命令执行完、fifo满、fifo空 0页寄存器interrupten的相应位（读/写属性）用于相应中断请求的使能设置,读写器,24,接收电路,读写器,25,接收电路 载波（13.56 mhz）解调采用正交解调电路，所需的i和q时钟（两者相位角差为90）可在芯片内产生，解调器有i、q两路输出，经增益可控放大（由寄存器rxcontrol 1的设置控制）和滤波后加至相关器，相关器有四路输出，可用寄存器rxcontrol 2的rcvclkseli位（位7）选择i或q时钟的相关器输出，经判决和数字化电路，判断有无位碰撞产生（根据曼彻斯特码前后半位的特性，通过rxthreshold寄存器的minlevel和colllevel位段的设置获得最佳效果），并送出有效的串行数据。,读写器,26,mf rc500芯片应用电路,读写器,27,mf rc500芯片应用电路 并行接口 初始化 寄存器地址的寻址 加密和认证,读写器,28,mf rc500芯片天线电路设计 电感耦合方式rfid系统的作用距离和下列因素有关：阅读器天线的尺寸；匹配电路的性能；周围环境的影响。 阅读器天线尺寸可以如下考虑：当作用距离为10 cm时，根据第2章介绍的天线的最佳几何尺寸选择的算式，如果阅读器采用的是圆形天线，那么天线的半径应为10 cm，如果采用的是长方形或方形的天线，可以以圆形天线所围面积为参考进行修正。,读写器,29,直接匹配天线,四层pcb的