基于单片机与RFID技术的公交车刷卡系统方案

1、. . . . 物联网综合实践项目名称 基于单片机的RC522智能公交刷卡系统 专业班级 物联网112班 学生学号 学生 指导教师 2014年 11 月 20 日29 / 30摘 要射频识别（Radiofrequency identification ，RFID）,又称电子标签（E-Tag），是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。随着技术的进步，RFID应用领域日益扩大，现已涉与到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。因此，研究、设计和开发RFID系统具有十分重要的理论意义和实际意义。论文系统地论述了射频识别系统和读卡器的理论分析，研究了射频识别系统

2、中的许多关键技术，并提出了射频识别读卡器的设计方案。本文首先分析了射频识别技术的基本原理、研究方向和应用情况。在充分研究了射频卡的基本原理、技术特点、国际相关标准后，进而提出了基于STC11F32单片机的射频读卡器系统设计的方法。设计采用MFRC522射频读写模块在STC11F32单片机的控制下实现对Mifare卡的读写访问操作。硬件部分设计主要包括单片机控制电路设计，射频模块设计，天线电路设计，串行通信电路设计，声音提示与显示电路设计等，其中详细讨论了读卡器的软件设计方法。软件设计包括单片机处理程序，射频基站芯片RC522的基本操作、Mifare卡操作程序设计、声音提示与显示部分程序等。论文

3、中系统地讨论了软件实现读卡器与Mifare卡之间通信所要求的请求应答、防冲撞、选卡片、认证、读写等功能模块的实现原理。关键词：射频识别，读卡器，IC卡，STC11F32，MFRC522AbstractRadio frequency identification (radio frequency identification, RFID), also known as electronic tags (e-Tag), is an RF signal automatic target recognition and access to relevant information technology

4、. With the advances in technology, RFID applications widening, has been involved in all aspects of people's daily lives, and will become a basic technology of the future information society. Therefore, research, design and development of RFID systems has important theoretical and practical signi

5、ficance.Discusses the theoretical analysis of radio frequency identification system and card reader to the paper system, many of the key technology of radio frequency identification system, and the design of radio frequency identification reader.This paper firstly analyzes the basic principle of rad

6、io frequency identification technology, the research direction and application. In the full study of RF Card basic principle, technical characteristics, relevant international standards, and then put forward based on STC11F32 single chip RF card reader system design method. The design adopts MFRC522

7、radio frequency read write module in STC11F32under the control of a single-chip microcomputer to realize Mifare card read and write access operations.The hardware part of the design including the MCU control circuit design, design of the RF module, Antenna circuit design, circuit design of the seria

8、l communication, voice prompts and display circuit design, including detailed discussion of the reader software design methods. Software design, including the microcontroller handler, the basic operation of the RF base station chip RC522, Mifare card operating procedures, voice prompts and display p

9、art of the program. The paper discussed the request response communication between the software implementation of the reader with Mifare card required, anti-collision, election card, certification, read and write function module principle.Key words:RFID, reader, IC card, AT89C52RC, MFRC522目 录第1章绪论51

10、.1课题研究的背景与意义51.2 RFID读卡器国外现状与前景51.3 RFID的研究情况与应用情况61.4射频识别技术面临的机遇与挑战71.5 51单片机的应用8第2章射频识别系统技术与相关理论102.1射频识别系统原理102.2射频识别系统组成102.3 射频识别系统的分类112.4 非接触式IC卡-S50112.5读卡器的工作原理12第3章系统的软件程序设计133.1MCU控制部分133.2射频部分133.3 天线设计143.4声音提示与显示部分143.5 非接触式射频识别卡15第4章系统设计16结果讨论19参考文献20致21附录22第1章 绪论1.1课题研究的背景与意义射频识别技术是二

11、十世纪九十年代兴起的一种天线的、非接触方式的自动识别技术，是近几年发展起来的前沿科技项目。该技术主要是利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。射频识别技术的显著优点在于非接触性，因此完成识别工作时无需人工干预，能够实现识别自动化且不易损坏；可识别高速运动并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便；射频标签不怕油渍、灰尘污染等恶劣环境，且可以穿透非金属物体进行识别，抗干扰能力强。REID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球围物品跟踪与信息共享。研究RFID技术,发展RFID产业对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等

12、方面产生深远影响，具有战略性的重大意义。因此，RFID技术已在世界各地得到广泛的应用，以美国、日本和欧洲的发达国家对该技术应用研究已达到相当高的水平，而我国处于岂不状态，大多采用了引进的技术成果。所以研究该技术已成为我国当今社会发展的必然趋势。另外RFID技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了微波技术与电磁学理论，而且包括通信原理与半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学科。因此对RFID技术的认识和应用研究具有深远的理论意义。现在，射频识别技术作为一种新型的自动识别技术，也将在中国很快地普与。典型的射频识别应用系统由非接触式IC卡、非接触式IC卡读卡器和应用系统组成，其中非接触式IC

13、卡读卡器是连接非接触式IC卡和应用系统的桥梁，是射频识别应用系统中的关键部件，而且现在的发展趋势要求射频识别系统要有更高的安全性，因此设计一款安全有效地读卡器有着重要的商业价值意义。1.2 RFID读卡器国外现状与前景RFID相比传统的识别系统具有信息量大，通过无线通信方式可重复读写数据，性极好，环境适应能力强，使用寿命更长。随着技术的进步，RFID应用领域日益扩大，现已涉与到人们的日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。目前第二代、公共交通等都广泛采用了这项技术，超市如沃尔玛采用电子标签管理商品。现射频识别技术在中国还处于一个迅猛发展的阶段，前景十分广阔，相信随着技术越来

14、越成熟，射频识别技术与其它技术一样走进我们日常生活的各个角落，使我们的生活更加方便快捷。RFID技术在国外的发展较早也较快，在美国、英国、德国、瑞典、日本等国家目前都有成熟且先进的RFID系统。其中低频近距离RFID系统主要集中在125KHz 、13.56MHz，高频远距离RFID系统主要集中在UHF频段915MHz、2.45GHz、5.8GHz，UHF频段远距离系统在北美得到了很好的发展，在欧洲有源2.45GHz得到了较多的应用，5.8GHz在日本和欧洲均有较为成熟的有源RFID系统。国RFID读卡器按照应用场合的不同出现全面发展的态势，有读写器模块便携式读写器、超高频（UHF）读写器、高频

15、读写器、双频标签读写微波读写器、低频读写器等各种各样的产品供应，这些产品有适合远距离读写、有近距离读写的。他们都有一个共同的特点，同质化严重，各产品之间的差别不大，性能也相近，基本上采用读卡器芯片加单片机的结构，而核心技术并不在自己手中，缺乏成套系统的自主知识产权。目前，RFID典型应用领域包括：（1）车辆道路交通自动收费管理；（2）旅客航空行包自动识别、分拣转运管理；（3）车辆出入控制；（4）RFID金融卡；（5）产品加工过程自动控制；（6）物流仓库自动管理；（7）门禁管理；（8）图书馆图书管理；（9）防伪技术。随着技术的进步，读卡器会朝着多功能如条码识别、无线数据传输、以太网传输等方向发展

16、，读卡器的成本也会越来越低，同时阅读器将实现多制式多频段兼容，多功能、多制式、小型化、模块化、嵌入式方向是读卡器发展的趋势。1.3 RFID的研究情况与应用情况RFID是芯片技术、无线电技术和计算机技术的结合，因此RFID体现了这些技术的优点，也必然要受到这些技术的制约。目前RFID在应用中受到的限制主要表现在以下几个方面：1)易受周围开放电磁环境的影响。2)在对电磁波传播有影响的物体上使用效果不理想，主要是在电子波无法穿透过的物体和吸收电磁波的物体上使用效果不好，在某些情况下甚至完全不能工作。3)识读效果受发射电波能量的限制。在实际应用中，RFID标签识读的准确性并不能达到百分之百，单位时间

17、可识读的标签数量也是有限的。4)识读设备之间易产生相互影响。设备(如天线放置与天线方向)安装如不合理，使用效果会受到严重影响，甚至完全失效。正是由于RFID技术的不成熟，因此关于RFID技术的研究如火如荼，如关于阅读器与标签、天线的研究：EPC、EPCglobal网络的研究，UID(Ubiquitous ID)研究等等。今年来，RFID技术在国外发展很快，被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、空间定位与追踪、系统安防等众多方面。1.4射频识别技术面临的机遇与挑战1隐私随着RFID逐渐广泛使用，它越来越得到人们的关注。很多社会人士、技术人员以与支持保护个人隐私者等都开始对RFID

18、的使用提出置疑。保护隐私支持者们认为，很多企业在使用RFID标签追踪商品流向的同时，也在无意中泄漏了顾客隐私。很多涉与的组织也开始关注这个问题，因为在购买物品时他们的身份已经与物品，一旦再次通过某些商场或中心时，自己的身份就有可能被嵌入在服装或随身物品上的RFID)标签泄漏。像RFID标签这种基于无线传输技术的产品存在一个与生俱来的缺点，那就是它通过不可见的无线信道进行信息交换，因此很难判断标签在什么时候向外发送信息。如果很多商品上都贴有RFID标签，从商店的角度来说，管理商品很方便，不管是分类还是快速收费或防止盗窃都很容易。但一旦商品出售后，若附在上面的RFID标签没有去掉，买主的身份就很容

19、易被泄漏。还有可能带来更多危害，如行窃者可以通过RFID阅读器得到贴附标签的物品的价值，从而判断买主的经济条件，为作案带来便利。为了解决上述问题，EPCglobal提出了一个方案，采用“kill switches”技术，可以在贴有RFID标签的物品完成交易后，通过激活开关，将标签置入死锁状态，那么标签就再向外发送信号。同样，RSA公司也开发了一种阻塞器标签(blockingtag)，它利用了EPCglobal提出的防碰撞协议。这种标签采用的是一种混淆信息的技术，将所有可能阅读器接收到信息的RFID标签一次提供给阅读器。因为阅读器一次只能与一个标签交换数据，当多个标签同时回应阅读器的查询时，阅读

20、器就只能侦测到一次冲突。此后阅读器会试图与每个标签单独通信，询问标签的每个bit位，这时Block标签也会同时发送一个0bit和一个lbit回答询问，这样阅读器就无法得到正确数据。实际上，很多因为RFID标签所涉与到的隐私问题都是可以解决的。由于现有RFID识别技术的限制，标签的识别距离还十分有限，要做到在远离某人视距围的汽车或大楼过阅读器来读取某人的标签信息基本上是不可能的。并且，微弱射频信号在障碍的阻挡下也会使阅读器无法识别，因此，RFID技术应该是安全的。但在有些情况下，如在通过门禁系统或付费系统时，用户的个人信息与相关信息都有可能泄漏。随着天线技术和IC技术的发展，远距离识别终会成为现

21、实，建立一种能有效保护隐私的机制是必不可少的。2RFID电子标签系统的成本在标签领域，条码技术己非常成熟并得到广泛应用，现在几乎所有产品都贴有条码。由于受存储空间限制，条码通常只能标识产品类型。RFID标签与条码相比，具有读取速度快、存储空间大、工作距离远、穿透性强、外形多样、工作环境适应性强和可重复使用等多种优势。读取速度快：可在瞬间完成对成百上千件物品标识信息的读取，从而提作效率；存储空间大：可以实现对单件物品的全过程管理与跟踪，克服条码只能对某类物品进行管理的局限；工作距离远：可以实现对物品的远距离管理；穿透能力强：可以实现透过纸、木材、塑料和金属等包装材料获取物品信息；标签根据应用场合

22、的不同可以做成条状、卡状、环状和钮扣状等多种形状；短距离不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境。不过，与条码几分钱甚至几厘钱的成本相比，RFID标签的成本目前还较高。3缺乏统一的标准目前制约RFID发展的原因之一就是缺乏统一的标准。多个组织在各自研发自己的RFID相关标准，但并没有完全取得一致。各国的RFID电子标签所使用的频段也不一样，不同国家调谐的RFID电子标签在其他国家就不能充分发挥其频率特性。这在一定程度上降低了企业采用RFID系统的积极性。4安全性问题安全性是另一个倍受使用者关注的问题。例如，一些公司采用RFID技术对货物的供应链进行管理，但它并不希望其他竞争对手能通过货物上的标签追踪到货

23、物的行踪与货物种类。同样，一些带有与用户金融信息有关的设备如果使用了RFID标签，那么与用户相关的信息也应该得到保护。为此，研究人员提出了一些加密算法，用于标签对阅读器实现身份认证，只对通过身份认证的阅读器传送信息。在认证过程中，标签需要记录通过认证的阅读器的ID号，阅读器也应以广播的形式向标签发送ID号。为了保证自身ID号不被其他攻击者截获，阅读器与标签之间必须实现加密传送。一旦标签对阅读器的认证没有通过，标签将拒绝传送所存储的信息。但是，这种带密钥的认证策略同样会受到中间人扮演攻击、重放攻击等方式的攻击。其它无线技术类似，RFID系统安全威胁不是来自于截取RFID标签并偷窃电子产品代码信息

24、的黑客，而是来自于信息从RFID传送到网络时被中途截取。对于没有使用带置协议如安全壳与安全槽层的设备来确保其RFID网络安全无忧的公司来说，存在着安全风险。作为一种存在很久的技术，RFID拥有广阔的市场前景。尽管面对很多挑战，不管是来自技术上还是观念上的，RFID以其与生具有的优点得到了越来越多企业和用户的支持。在未来RFID一定有着更广泛的应用15 51单片机的应用 单片机，专业名称Micro Controller Unit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL公司发明的，最早的系列是MCS-48，后来有了MCS-51，现在还有MCS-96系列 。我们经常说的51系列单片机就是MCS-5

25、1，它是一种8位的单片机，而MCS-96系列则是一种16位的单片机，至于它们之间有何区别，我们以后会讲到。后来INTEL公司把它的核心技术转让给了世界上很多的小公司（不过，再小也有几个亿的销售/年哦），所以世界上就有许多公司生产51系列兼容单片机，比如飞利浦的87 LPC系列，华邦的W78L系列，达拉斯的DS87系列，现代GSM97系列等等 。第2章射频识别系统技术与相关理论2.1射频识别系统原理从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递与信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射的电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机

26、）。射频标签与读卡器之间的电磁耦合包含两种情况：一种情况是电感耦合。在电感耦合方式中读卡器的天线相当于变压器的初级线圈，射频标签的天线相当于变压器的次级，因而也称电感耦合方式为变压器方式。电感耦合方式通过空间磁场实现耦合，耦合磁场在读卡器线圈（初级）与射频识别标签（次级）之间构成闭合电路。电感耦合方式是低频段近距离无接触射频识别的耦合方式。另一种是电磁耦合方式，在电磁耦合方式中，读卡器的天线将读卡器产生的射频信号以电磁波方式定向发送到空间围，形成读卡器的有效阅读区域，位于读卡器有效阅读区域中射频标签从读卡器天线发出得电磁场中提取工作电源，并通过射频标签的部电路与标签天线将标签存的数据信息传送到

27、读卡器。电磁耦合与电感耦合的差别在于电磁耦合方式中得读卡器将射频信号以电磁波的形式发送出去；在电感耦合方式中，读卡器将射频信号束缚在读卡器电感线圈的周围，通过交变闭合的线圈磁场，沟通读卡器与射频标签天线之间的射频通道，而没有向空间辐射电磁能量。2.2射频识别系统组成射频识别系统一般由以下三部分组成：读写器（Reader）一台典型的读写器应包含射频信号发射单元器，高频接收单元金额控制单元，此外，许多读写器还都有附加的接口（RS232、USB）,以便将获得的数据传输给另外系统作进一步的处理或存储。标签（Tag）RFID标签是一种以无线方式传送数据的信息载体形势，它具有数据处理与安全认证等特有的优点

28、。RFID标签是射频识别系统真正的数据载体，主要有天线、谐振电容以与IC芯片组成，其种类可以分为无源标签和有源标签两种。射频标签与读卡器之间采用双向验证机制，即读卡器验证射频标签的合法性，同时射频标签也验证读卡器的合法性；处理前，标签要与读卡器进行三次互相认证，而且在通讯过程中所有数据都加密。此外，标签中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。天线（Antenna）射频识别系统中的天线用于产生磁通量，而磁通量用于向无源标签提供能量并在读卡器和标签之间传送信息。13.56 MHz射频天线与其匹配电路共有三块：天线线圈、匹配电路（LC谐振电路）和EMC滤波电路。在天线的匹配设计中必须保证产生一个尽可

29、能强的电磁场，以使卡片能够获得足够的能量给自己供电，而且考虑到调谐电路的带通特性，天线的输出能量必须保证足够的通带围来传送调制后的信号。2.3 射频识别系统的分类按照读写距离来划分，RFID系统可分为接触式和非接触式，而非接触式又分为近距离（密耦合）、中距离（遥耦合）和远距离。按照工作频段来划分，RFID系统可分为低频、中高频、超高频和微波频段。如图所示 图 2-1 射频卡分类2.4 非接触式IC卡-S50Mifare1 IC智能（射频）卡的核心是NXP公司的Mifare1 IC S50(-01，-02，-03，-04)系列微晶片，他确定了卡片的也行以与卡片读写器的诸多性能。Mifare1 I

30、C智能卡采用先进的芯片制造工艺制作，建有高速的CMOS EEPROM，MCU等。卡片上除了微晶片与一副高效率天线外，无任何其他元件。卡片上无源（无任何电池），工作时的电源能量由卡片读写器天线发送电载波信号耦合到卡片上天线而产生电能，一般可达2V以上，供卡片上得IC工作。工作频率为13.56MHz。Mifare1射频卡所具有的独特的MIFARA RE(射频)非接触式接口标准已被指定为国际标准：ISO/IEC 14443 TYPEA标准。Mifare1 IC S50是多应用的智能卡，它使用起来方便、高速、安全，经常应用在支付领域，它与读写器通信使用握手式半双工通信协议；卡片上有高速的CRC协处理器

31、，符合CCITT标准，卡片制造是具有唯一的卡片序列号，没有重复的一样的两Mifare卡片。卡片上奸8K(bit)EEPROM存储容量并划分为16个扇区，每个扇区划分为4个数据存储块，每个扇区可由多种方式的密码来管理。卡片上还建有增值/减值的专项的数学运算电路，非常适合公交、地铁等行业的检票收费系统。典型的检票交易时间最长不超过100ms。卡片上的数据读写可超过10万次以上；数据保存期可达10年以上。本文设计的读卡器正是用于读写Mifare1 IC S50卡的应用系统，可以对Mifare 1 IC S50进行读写操作、电子钱包操作、密码操作以与认证方式设置等操作。 2.5读卡器的工作原理MCU通

32、过对读卡器芯片寄存器的读写来控制读卡器芯片，读卡器芯片搜到MCU发来的命令后，按照非接触式射频卡协议格式，通过天线与其匹配电路向附近发出一组固定频率的调制信号（13.56MHZ）进行寻卡，若此围有卡片存在，卡片部的LC谐振电路（谐振频率与读卡器发送的电磁波频率一样）在电磁波的激励下，产生共振，在卡片部电压泵的作用下不断为其另一端的电容充电，获得能量，当该电压达到2V时，即可作为电源为卡片的其他电路提供工作电压。当有卡片在读卡器的有效工作围时，MCU向卡片发出寻卡命令，卡片将回复卡片类型，建立卡片与读卡器的第一步联系，若同时有多卡片在天线的工作围，读卡器通过启动防冲撞机制，根据卡片序列号选定一卡

33、片，被选中的卡片再与读卡器进行密码校验，确保读卡器对卡片有操作权限以与卡片的合法性，而未被选中的则仍然处在闲置状态，等待下一次寻卡命令。密码验证通过后就可以对卡片进行读写等应用操作。第3章 系统的软件程序设计系统硬件电路分为控制电路,读写驱动电路和液晶显示电路等。RFID卡读写设备的基本结构包括以下几个部分图 3-1 系统组成3.1MCU控制部分MCU是读写设备的数据处理控制核心。它不仅要控制射频处理模块完成对RFID卡的读写，还要负责通过通信接口与主机或应用系统进行通信以与键盘、显示设备等其他外部设备的控制。单片机选用的是STC11F32是宏晶科技公司生产的单时钟机器周期(1T)的单片机，是

34、高速、低功耗、具有超强抗干扰能力的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快812倍。部集成高可靠复位电路，可用在高速通信、智能控制、强干扰等场合；部有32 KB的Flash、29KB的EEPROM和1 280字节的SRAM；EA、ALE、PSEN和RST引脚可以定义为通用IO，即4个P4引脚；编程支持ISP下载功能，使用起来比较方便。3.2射频部分射频部分是非接触式IC卡读写器的关键部件，通过该部分与非接触式IC卡进行数据通信。射频部分的主要部件就是射频基站芯片，这里选用的是MFRC522。MF RC522 是应用于 13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中

35、的一员。是 NXP 公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。 MF RC522 利用了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。支持ISO14443A的多层应用。其部发送器部分可驱动读写器天线与 ISO 14443A/MIFARE®卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理 ISO14443A 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

36、算法， 用于验证 MIFARE 系列产品。 MFRC522支持 MIFARE®更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达 424kbit/s。 作为 13.56MHz 高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MF RC522与 MF RC500 和MF RC530 有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异。它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求，选取 SPI、I2C 或串行 UART(类似 RS232)模式之一，有利于减少连线，缩小 PCB板体积，降低成本。l MFRC522支持SPI、I2C、UART接口；l 64字节发送和接收的FIFO缓存；l 4页，每页16

37、个寄存器，共64个寄存器；l 具有硬件掉电、软件掉电、发送掉电三种节电模式；l 支持 ISO/IEC 14443 TypeA和 MIFARE®通信协议；3.3 天线设计天线的作用就是产生磁通量，为卡片提供电源，在读写设备和卡片之间传送信息，天线的有效电磁场围就是系统的工作区域。3.4声音提示与显示部分非接触式IC卡读写器进行读写 操作时发出提示音，发声的器件选用蜂鸣器，该器件使用方便、价格便宜。单片机的IO口驱动能力有限，不能直接驱动蜂鸣器发声，通过三极管来驱动蜂鸣器。显示部分采用LCD12864液晶显示模块。带中文字库的128X64-0402B每屏可显示4行8列共32个16

38、5;16点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中 文字符或2个16×8点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。带中文字库的128X64-0402B部提供128×2字节的字符显示RAM缓冲区（DDRAM）。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、HCGROM（ASCII码字库）与CGRAM（自定义字形）的容。三种不同字符/字型的选择编码围为：00000006H（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）显示自定义字型，02H7FH显示半宽

39、ASCII码字符，A1A0HF7FFH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80H9FH。图 3-2 LCD12864液晶显示器3.5 非接触式射频识别卡1K数据存储区，数据有密钥保护。可提供白卡，印刷卡，纸质不干胶标签，钥匙链，TOKEN，且有多种大小规格与薄卡和厚卡。主要应用：门禁、考勤、会议签到、身份识别、物流、工业自动化、各种会员卡、如售饭、地铁、公交代币卡、俱乐部等电子消费、电子门票、动物识别、目标跟踪、洗衣管理、各种一卡通等等。图 3-3 系统组成第4章 系统设计读卡器硬件系统必须在软件的控制下进行工作，前面主要描述了读卡器系统软件设计的原理，包括

40、读卡器和Mifarel卡通信的流程、系统初始化、防碰撞、身份验证和读写操作等模块。所有驱动程序是在Philips公司的基准程序基础上进行的开发，开发环境是采用的Keil C51。程序的每一部分按模块化设计成一个文件，单独调试通过后，再在KeilC51环境下加入到工程文件中汇编生成HEX文件，用仿真器进行仿真通过后，写入AT89C53RC芯片中脱离仿真器运行。当Mifarel卡进入阅读器的有效围时，天线的能量使RFID卡耦合出自身工作的能量，并建立通信。MF RC522对卡的操作主要是通过写通讯命令、参数和数据到FIFODATA，再通过写命令到COMMAND，实现与RFID卡的通讯。所有函数均在

41、一个工程文件中，工程中包含了3个主要C51文件，分别是MAINC、MF RC522C和12864C。分别包含了主函数、MF RC522处理函数和输入输出函数相关程序段。每个C文件都对应的有一个头文件，头文件里定义了各个C文件中用到的相关参数。整个工程编译成一个HEX二进制代码文件，利用KEIL的烧录软件把HEX文件送入AT89C53RC部ROM。把单片机和上位机通过串口连接，上位机启动Mifarel卡的识别软件，然后把单片机加电、复位，自动运行程序，把卡靠近读卡器天线，看识别软件是否获得卡的序列号，如果获得成功，说明系统初始化等工作正常，如果失败则寻找原因，再次调试。为了调试方便，调试过程忠在

42、每个程序段中增加使LED(P35脚)亮灭的相应代码，用于测试相应代码执行结果。调试中并没有设置断点，因为实际调试结果是如果设置断点容易导致MF RC522芯片损坏(原因不明)。初始调试时并不能正确实别卡序列号，多次分别从软件程序和硬件两方面查找原因，软件方面主要采用分段执行通过硬件LED的闪烁与否测试每段程序；硬件主要调整高频电路中的输出匹配电阻阻值来调整测试。解决能量供给的问题就是射频技术发展所需要解决的问题。提高射频信号的功率，以提供足够的能量保障卡芯片和CPU的正常工作，这也是解决接触式IC卡和非接触式IC卡兼容问题的最为经济和现实的途径。 目前市场上最常见的非接触式IC卡是非接触式逻辑

43、加密卡，这类IC卡凭借其良好的性能和较高的性价比得到了广大用户的青睐，并已被广泛应用于公交、医疗、校园一卡通，门禁等领域。由于非接触式逻辑加密卡芯片采用的是流密码技术，密钥长度也不是很长（比较典型的密码长度是Mifare的48 bit），因此逻辑加密卡芯片普遍存在着一定的安全隐患，有被黑客破解的可能。在金融、身份识别、电子护照等对安全要求比较高的领域目前更倾向于使用嵌微处理器的非接触式CPU卡芯片。 CPU卡芯片部都有双重安全机制，第一重是芯片本身集成的加密算法模块，芯片设计公司通常都会将经实践检验最安全的几种加密算法集成入芯片，目前比较常见的安全算法有RSA，3-DES等。国芯片设计公司还会

44、引入国密算法（SSF33，SCB2，SM2，SM3等）来加强芯片的安全性。国密算法是不对外公开的，因此国密算法一般比其他公开算法的加密算法具有更高的安全性。第二重保护则是CPU卡芯片特有的COS（Card Operation System）系统，COS可以为芯片设立多个相互独立的密码，密钥以目录为单位存放，每个目录下的密钥相互之间独立，并且有防火墙功能（不同目录下密钥不会互相影响）。同时COS部还设立密码最大重试次数以防止恶意攻击。由此可见，非接触式CPU卡比非接触式逻辑加密卡具有更高的安全性。 第五章系统硬件设计与实现 5.1 显示模块 本系统的人机接口部分采用LCD显示，LCD型号为128

45、64，带中文字库的128X64是一种具有2线或3线串行、4位/8位并行的多种接口方式，部包括国标一级、二级简体的中文字库的点阵图形显示模块；它的分辨率为128×64, 部置有128个16*8点ASCII字符集和8192个16*16点汉字。该模块方便、简单的操作指令与灵活的接口方式令，可以构成全中文人与机交互的图形界面。显著特点之一为低电压低功耗。选用由该模块构成的显示方案和同类型的图形点显示模块相比较，无论显示程序或者硬件电路结构都要简洁很多，而且此模块的成本略低。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、C

46、GRAM（自定义字形）和HCGROM（ASCII20 码字库）的容。三种不同的字符/字体选择代码围：0000H0006H（分别为0000,0002,0004,0006共4种）显示自定义的字体，02H7FH显示半宽ASCII字符，A1A0HF7FFH显示8192种GB2312中文字符字形。字符显示在液晶显示模块RAM地址为80H9FH。字符显示的RAM的地址和字符显示区域32是一对一的关系图 4-1 硬件仿真图 4-2 系统仿真图图4-3 系统开机图4-4 系统演示结果讨论在整个系统设计的过程中，通过对文献资料的查阅和相关技术手册的研读，我比较全面的掌握了RFID系统的基本原理和实现方法，特别是

47、对于非接触式IC卡类型的RFID系统。RFID识别技术作为当前发展迅速，应用日趋广泛的技术形势，正在改变着我们周围的世界，改变着我们的生活方式。研究RFID识别技术是促进识别技术与其应用的必然要求，作为读卡设备为了适应日益丰富的需求，其性能能够以与功能也在不断的进步中。本文的读卡器是具体应用需求的一次尝试，做了以下工作：对RFID技术原理、能量的传输以与数据的传输、电子标签以与读卡器的构造做了较全面的研究，分析了单片机在RFID读卡器上的优势与可行性。完成了读写器的软件设计，包括对RC522的基本操作函数的编写、对非接触式IC卡各种操作的程序的编写。经过整个系统的调试与实验，本文涉与的读写器能

48、够对Mifare 1 S50卡进行寻卡、防碰撞、认证、读写数据、读写值等各种操作，由于天线尺寸的限制，操作距离约为50mm。图 烧写错误图参考文献1军辉,射频识别技术与应用，机械工业，2008年5月2周晓光，王晓华，射频识别（RFID）技术原理与应用实例。人民邮电，2006年5月3康东.勇鹏 射频识别（RFID）核心技术与典型应用开发实例 20084严光文,其善;射频识别卡读写模块的设计J;航空航天大学学报;2003年02期5 游战清 ,建 无线射频识别技术(RFID)理论与应用M：电子工业。20046 朝清.单片机原理与接口技术. 航空航天大学.1994致光阴似箭，岁月如梭，短暂而充实的四年

49、大学生活即将接近尾声。在论文完成之际，首先要感我的全体老师。本文从前期选题，到整个设计制作过程，到最后论文的完成，都是在导师的细心指导和严格要求下进行的。老师学识渊博、治学严谨、思维敏捷。他不仅在学习上给了我很多帮助和启发，而且让我学会做人做事以与做学问的态度和方法，将使我受益终身。再次，向导师表示衷心的感和深深地敬意！同时，我要感我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了许多知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感我的母校工学院，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。附录/MFRC500sbit

50、 MF522_NSS =P13 ;/RC500片选sbit MF522_SCK = P14;sbit MF522_SI = P15;sbit MF522_SO = P16;sbit MF522_RST = P17; /指示灯sbit LED_GREEN = P25; sbit FM_QI = P26; -*/#include "lpcreg.h"#include "main.h"#include "mfrc522.h"#include "12864.h"#include <nokia5110.h>#in

51、clude <STDIO.H>#include <string.h>unsigned char code data116 = 0x12,0x34,0x56,0x78,0xED,0xCB,0xA9,0x87,0x12,0x34,0x56,0x78,0x01,0xFE,0x01,0xFE;/M1卡的某一块写为如下格式，则该块为钱包，可接收扣款和充值命令/4字节金额（低字节在前）4字节金额取反4字节金额1字节块地址1字节块地址取反1字节块地址1字节块地址取反 unsigned char code data24 = 0,0,0,0x01;unsigned char code D

52、efaultKey6 = 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF; unsigned char g_ucTempbuf20; void delay1(unsigned int z)unsigned int x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-); void main( ) unsigned char status,i,k; unsigned int temp; /lcd_init();res=0;for(k=0;k<250;k+);res=1; LCD_init(); /初始化LCD模块 LCD_clear();

53、 /清屏幕LCD_write_hanzi(0,0,0); LCD_write_hanzi(2,0,1); LCD_write_hanzi(4,0,2); LCD_write_hanzi(6,0,3); LCD_write_hanzi(8,0,4); LCD_write_hanzi(10,0,5); LCD_write_hanzi(12,0,6); LCD_write_hanzi(0,2,7); LCD_write_hanzi(2,2,8); LCD_write_hanzi(4,2,9); LCD_write_hanzi(6,2,10); LCD_write_hanzi(8,2,11); LCD_write_hanzi(10,2,12); LCD_write_hanzi(12,2,13); LCD_write_hanzi(2,4,14); LCD_write_hanzi(4,4,15); LCD_write_hanzi(6,4,16); LCD_write_hanzi(8,4,17); LCD_write_hanzi(10,4,18); InitializeSystem( ); PcdReset(); PcdAntenna