13.56MHz RFID閱讀器的硬件設(shè)計與實現(xiàn)的詳細(xì)資料說明

　　本文在目前RFID技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，選擇上海復(fù)旦微電子公司的FM1725非接觸式IC卡芯片和Mifare 標(biāo)準(zhǔn)的IC卡MF1 IC S50以研究13.56MHz射頻識別系統(tǒng)，并重點論述了該閱讀器硬件的設(shè)計與實現(xiàn)。經(jīng)實踐證明，該閱讀器工作穩(wěn)定。該設(shè)計與實現(xiàn)對 13.56MHz RFID 閱讀器的研制具有典型意義。

　　RFID 的中文全稱為射頻識別（Radio Frequency Identification），這種技術(shù)最早應(yīng)用于第二次世界大戰(zhàn)時期區(qū)分盟軍和德軍飛機的識別系統(tǒng)，由于當(dāng)時技術(shù)和成本的原因，該技術(shù)并沒有得到廣泛應(yīng)用。二十世紀(jì)九十年代以來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的迅速發(fā)展，RFID 技術(shù)進入了商業(yè)化應(yīng)用階段。如今的 RFID 具有體積小、容量大、壽命長、可重復(fù)使用等特點，可支持快速讀寫、移動識別、多目標(biāo)識別、定位及長期跟蹤管理。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊技術(shù)相結(jié)合可應(yīng)用于物流、制造、公共信息服務(wù)等多個行業(yè)，其已經(jīng)涉及到人類生活的各個領(lǐng)域，并成為未來信息社會建設(shè)的一項基礎(chǔ)技術(shù)。根據(jù)預(yù)測，RFID 標(biāo)簽技術(shù)將在未來 2～5 年逐漸開始大規(guī)模應(yīng)用，到 2008 年 RFID 標(biāo)簽僅在全球供應(yīng)鏈領(lǐng)域的市場需求將達到40億美元。

　　1 RFID 系統(tǒng)的基本組成

　　最基本的 RFID 系統(tǒng)主要由閱讀器（Reader）、應(yīng)答器（Transponder）和RFID應(yīng)用支撐軟件組成，RFID系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖一所示。

　　閱讀器的主要任務(wù)是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答信號，對標(biāo)簽的對象標(biāo)識信息進行解碼，將對象標(biāo)識信息連帶標(biāo)簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C以供處理。閱讀器一般含有射頻模塊、控制單元以及與應(yīng)答器連接的耦合元件。此外，閱讀器還有附加的接口，如RS232、 RS485 等，用以將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸給另外的系統(tǒng)。

　　應(yīng)答器是閱讀器操作的對象，也可以稱為射頻標(biāo)簽或射頻卡片，其為產(chǎn)品信息或數(shù)據(jù)的載體，由芯片與天線組成。 RFID 標(biāo)簽依據(jù)發(fā)送射頻信號的方式不同，分為主動式和被動式兩種。主動式標(biāo)簽主動向讀寫器發(fā)送射頻信號，通常由內(nèi)置電池供電，又稱為有源標(biāo)簽; 被動式標(biāo)簽不帶電池，又稱為無源標(biāo)簽，其發(fā)射電波及內(nèi)部處理器運行所需的能量均來自閱讀器產(chǎn)生的電磁波。主動式標(biāo)簽通常具有更遠(yuǎn)的通信距離，其價格相對較高，主要應(yīng)用于貴重物品遠(yuǎn)距離檢測等應(yīng)用領(lǐng)域。被動式標(biāo)簽具有價格便宜的優(yōu)勢，但其工作距離、存儲容量等會受到能量來源的限制。

　　RFID應(yīng)用支撐軟件除了標(biāo)簽和閱讀器上運行的軟件外，介于閱讀器與企業(yè)應(yīng)用之間的中間件也是一個重要組成部分。

　　本文所研究的RFID系統(tǒng)為13.56MHz近耦合射頻識別系統(tǒng)。閱讀器射頻模塊采用復(fù)旦微電子公司的FM1725非接觸式 IC卡芯片，可以完成數(shù)據(jù)調(diào)制、解調(diào)的功能，并對射頻調(diào)制信號進行整流和發(fā)射。閱讀器的控制單元采用ATMEL公司生產(chǎn)的高性能CMOS 8位單片機AT89S52，其主要負(fù)責(zé)運行讀寫卡片的程序，提供FM1725芯片的控制信號，通過RS232接口完成與上位機或網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信。射頻卡片采用無源的 Mifare 標(biāo)準(zhǔn) IC卡 MF1 IC S50，卡片內(nèi)有 8K位 EEPROM，它是數(shù)據(jù)的存儲載體，通過閱讀器的天線對其進行數(shù)據(jù)的讀寫操作。

　　閱讀器硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖二所示。閱讀器硬件系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成： 接口電路、控制單元、射頻模塊、天線。上位機通過接口電路與閱讀器的控制單元連接，向控制單元發(fā)送讀/寫卡等命令，接收來自控制模塊的數(shù)據(jù)與操作報告?？刂茊卧c射頻模塊相連，在控制單元上運行的主程序根據(jù)具體情況控制射頻模塊操作。射頻模塊對數(shù)據(jù)進行調(diào)制后通過天線發(fā)送至應(yīng)答器，并對從天線上接收的應(yīng)答器返回信號進行解調(diào)。