一种非接触式IC卡识别系统教材

1、LOGO答辩人：答辩人： 指导教师：指导教师：一种非接触式一种非接触式IC卡识别系统卡识别系统n系统设计背景系统设计背景nRFID系统的相关理论系统的相关理论n读写器硬件系统设计读写器硬件系统设计n读写器软件系统设计读写器软件系统设计n总结总结n致谢致谢 目目 录录一、设计背景一、设计背景uRFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。u本文提出了一种基于本文提出了一种基于MFRC

2、522的的MIFARE卡读卡读写器设计方案，写器设计方案，MIFARE卡读写器使用射频识别卡读写器使用射频识别技术，在技术，在510cm范围内非接触读写数据，读写范围内非接触读写数据，读写时间不大于时间不大于0.1秒。秒。二、二、MIFARE射频卡概述及现状射频卡概述及现状u MIFARE卡是目前世界上使用量最大、技术最成熟、性能最稳定、内存容量卡是目前世界上使用量最大、技术最成熟、性能最稳定、内存容量最大的一种感应式智能最大的一种感应式智能IC卡。当卡片靠近读写器表面时即可完成对卡中数据卡。当卡片靠近读写器表面时即可完成对卡中数据的读写操作，成功地解决了无源和免接触这一难题。的读写操作，成功

3、地解决了无源和免接触这一难题。MIFARE卡主要芯片有卡主要芯片有Philips MIFARE S50、 S70等。等。u 射频卡的结构及工作原理射频卡的结构及工作原理卡片由一个卷绕天线和特定用途集成电路模块组成。其中，模卡片由一个卷绕天线和特定用途集成电路模块组成。其中，模块由一个高块由一个高 速速(106KB波特率波特率)的的RF接口，一个控制单元和一接口，一个控制单元和一个个E2PROM组成。组成。读写器向读写器向MF1卡发出一组固定频率卡发出一组固定频率(13.56MHZ)的电磁波，卡片的电磁波，卡片内有一个内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，串联谐振电路，其频率与

4、读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使谐振电容内谐振电路产生共振，从而使谐振电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到模块存储电容内储存，当所积累的电荷，将电容内的电荷送到模块存储电容内储存，当所积累的电荷达到达到2V以上时，此电容可作为电源向模块电路提供工作电压，以上时，此电容可作为电源向模块电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。二、二、MIFARE射频卡概述及现状射频卡概述及现状射频卡由耦合元件及

5、微电子芯片组成，没有供电电源，它的能量、时射频卡由耦合元件及微电子芯片组成，没有供电电源，它的能量、时钟脉冲以及数据都是通过耦合单元由读写器提供，并回送信息给读写器。钟脉冲以及数据都是通过耦合单元由读写器提供，并回送信息给读写器。L1为读写器为读写器PCD发送天线，发送天线，L2是射频卡是射频卡PICC的天线，其耦合回路电路如的天线，其耦合回路电路如下图所示。下图所示。 L1L2PCDPICC负载电阻线圈电阻三、硬件系统设计三、硬件系统设计u 硬件系统的构成硬件系统的构成u MCU电路设计电路设计u 射频接口模块射频接口模块u 天线设计部分天线设计部分 u 电源模块电源模块u RS-232接口

6、模块接口模块u 人机交互界面模块人机交互界面模块硬件系统的构成硬件系统的构成 读写器的硬件从功能上来划分大致可分为几个模块，包括读写器的硬件从功能上来划分大致可分为几个模块，包括MCU主控制模块、射频接口模块、键盘输入模块、主控制模块、射频接口模块、键盘输入模块、LCD显示模显示模块、串口通信模块、振铃报警模块等，其结构框图如下图所示。块、串口通信模块、振铃报警模块等，其结构框图如下图所示。MCU电路设计电路设计系统的控制芯片系统的控制芯片选用选用STC11F32XE，该芯片自带硬件该芯片自带硬件看门狗和看门狗和E2PROM，使硬，使硬件设计更简洁，件设计更简洁，其电路如图所示。其电路如图所示

7、。射频接口模块射频接口模块根据根据MFRC522的典型应用电路和系统本身的特点设计了射频接口部的典型应用电路和系统本身的特点设计了射频接口部分的电路，如图下图所示。分的电路，如图下图所示。天线设计部分天线设计部分 为了获得稳定、可靠的射频信号，天线部分的电路设计非常关键。设为了获得稳定、可靠的射频信号，天线部分的电路设计非常关键。设计读写模块的天线电路时，主要分四个部分：计读写模块的天线电路时，主要分四个部分：EMC低通滤波器、接收电路、低通滤波器、接收电路、天线匹配电路和天线。天线匹配电路和天线。电源模块电源模块 该设计需用到该设计需用到+5V和和+3.3V电源，其中电源，其中+5V电源采电

8、源采用外接电源，用外接电源，系统采用将系统采用将+5V电源降压至电源降压至+3.3V，采用，采用芯片芯片AMS1117进行变压处理，电路图进行变压处理，电路图如下如下图图：RS-232接口模块接口模块单片机单片机STC89C52与与PC串口电平不匹配，使用串口电平不匹配，使用MAX232型电平转换器进行电平的转换。电路图如型电平转换器进行电平的转换。电路图如下所示：下所示：人机交互界面模块人机交互界面模块u 液晶显示电路液晶显示电路 显示模块采用型号为显示模块采用型号为ZYMG12864的的LCD，该液，该液晶为点阵式显示器，显示内容灵活，显示数据量较晶为点阵式显示器，显示内容灵活，显示数据量

9、较大，比较适合本系统。显示模块的接口电路大，比较适合本系统。显示模块的接口电路如下图如下图。人机交互界面模块人机交互界面模块u 振铃报警电路振铃报警电路 由于单片机的由于单片机的I/O口驱动能力有限，因此选用口驱动能力有限，因此选用8050三极管驱动蜂鸣器，其电路图如下所示三极管驱动蜂鸣器，其电路图如下所示。人机交互界面模块人机交互界面模块u 键盘输入电路键盘输入电路本系统采用本系统采用22矩阵键盘作为输入模块，可实现矩阵键盘作为输入模块，可实现对对IC卡的注册、识别、消费、充值等功能的操作卡的注册、识别、消费、充值等功能的操作。矩阵键盘接口电路如下图。矩阵键盘接口电路如下图。四、读写器软件系

10、统设计四、读写器软件系统设计 射频卡读写器的软件系统主要射频卡读写器的软件系统主要分为：主程序、分为：主程序、MFRC522的应用的应用程序、及其它电路程序。其它部分程序、及其它电路程序。其它部分电路程序设计包括液晶显示程序设电路程序设计包括液晶显示程序设计、键盘扫描程序设计、串口通信计、键盘扫描程序设计、串口通信程序设计、振铃报警程序设计等。程序设计、振铃报警程序设计等。 （1）主程序流程）主程序流程四、读写器软件系统设计四、读写器软件系统设计（2）MIFARE卡操作程序卡操作程序 当有多张射频卡同时进当有多张射频卡同时进入读写器天线的有效工作范入读写器天线的有效工作范围内时，必须执行防冲突

11、操围内时，必须执行防冲突操作，返回其中一张卡的序列作，返回其中一张卡的序列号，作为本次操作的对象。号，作为本次操作的对象。在成功执行防冲撞操作得到在成功执行防冲撞操作得到其中一张射频卡的序列号之其中一张射频卡的序列号之后，若读写器想继续同该卡后，若读写器想继续同该卡片进行通信，必须执行选卡片进行通信，必须执行选卡操作，以建立与所选卡片的操作，以建立与所选卡片的通信。为了保证对射频卡操通信。为了保证对射频卡操作的合法性，在对卡片进行作的合法性，在对卡片进行各种读写操作之前必须在卡各种读写操作之前必须在卡片和读写器之间进行密码认片和读写器之间进行密码认证。证。四、读写器软件系统设计四、读写器软件系

12、统设计（3）键盘扫描程序流程图）键盘扫描程序流程图 四、读写器软件系统设计四、读写器软件系统设计（3）MCU串口通信程序流程图串口通信程序流程图 总 结u该设计能够读写距离在该设计能够读写距离在0-100mm范围内的符合范围内的符合IEC/IS014443 Type A标准的非接触式智能卡标准的非接触式智能卡。读卡器采用外接电源供电，具有蜂鸣器报警、。读卡器采用外接电源供电，具有蜂鸣器报警、LCD显示、显示、22小键盘输入和采用小键盘输入和采用RS232接口同接口同上位机通信的功能，能够很好地满足实际应用的需上位机通信的功能，能够很好地满足实际应用的需要。要。u该系统能够识别多种该系统能够识别

13、多种MIFARE系列射频卡，操作系列射频卡，操作方便灵活，可设置为脱离计算机独立工作方式，必方便灵活，可设置为脱离计算机独立工作方式，必要时再将所存储的记录数据上传到上位机供其处理要时再将所存储的记录数据上传到上位机供其处理。致 谢u首先，感谢朱首先，感谢朱老师的细心的指导，此次设计由刚老师的细心的指导，此次设计由刚开始的迷茫到最后的基本完成与老师给我的不厌其开始的迷茫到最后的基本完成与老师给我的不厌其烦的教导是密切相关的。老师的谆谆教导让我收益烦的教导是密切相关的。老师的谆谆教导让我收益非浅。在此，向朱俊杰老师表示崇高的敬意和衷心非浅。在此，向朱俊杰老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！的感谢！u其次，要感谢学校以及学院给我们提供的这次学以其次，要感谢学校以及学院给我们提供的这次学以致用的机会，把大学四年来所学的知识运用于实践致用的机会，把大学四年来所学的知识运用于实践，不仅检测了自己的能力，更为今