无线射频识别技术RFID系统的基本组成图、组成

0 前言

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射频识别技术 RFID（Radio Frequency Identification）是1990年代出现的一种非接触式自动识别技术。利用其射频信号空间灾难的传输特性，可以实现对被识别物体的自动识别。识别过程不需要物理接触、光学可视化或人工管理即可完成信息的记录和处理。利用RFID技术，可以实现对运动目标和多目标的识别。同时，电子标签可读写，可承载大量数据基于mf rc500射频卡信息的读写实现，保密性强，不怕污渍、灰尘等环境适应性强。正是由于这些其他知悉方式无法比拟的优势，RFID技术在生产、物流、交通运输、医疗、防伪等领域有着广泛的应用和巨大的发展前景。在RFID系统中，射频阅读器是识别标签并将采集到的信息发送到后台信息处理系统的关键设备，对保证RFID系统的可靠运行起着重要作用。本文以飞利浦的MF RC500芯片为核心设计了一款以AT-MEGA162单片机为控制器的RFID射频阅读器。可以完成对Mifare一卡的所有读、写和控制操作，也可以方便地嵌入到其他系统中（如门禁、

1 RFID基本原理及系统组成

RFID系统一般由电子标签、阅读器和后台计算机组成。电子标签，也称为射频标签、转发器或数据载体；阅读器，也称为读头、通信器或读出设备（取决于电子标签是否可以无线重写数据）。电子标签与阅读器之间，通过耦合元件实现射频信号的空间（非接触）耦合；在耦合通道中，按照时序关系实现能量传输和数据交换，然后由后台计算机读取数据。trio R FID系统的基本组成如图1所示。对写入器读取的数据进行存储、管理和分析。

RFID系统的基本组成

图1 RFID系统的基本组成

系统工作时，读写器在一个区域内发射电磁波（该区域的大小取决于工作频率和天线尺寸），标签内有一个LC串联谐振电路，其频率与所发射的频率相同。读者。当电子标签通过读写器电磁波的有效区域时，在电磁波的激励下，标签中的LC谐振电路会发生谐振，从而产生感应电荷。当积累到一定程度时，这个电容就可以作为电源，为其他电路提供工作电压。发送卡内数据或接收到读卡器的数据后，读卡器会解码并进行错误校验，判断数据的有效性，然后使用RS-232、RS-422、

RFID系统的标准化程度和开发效率的高低是该系统能否得到广泛应用的首要因素。目前生产RFR]产品的企业大多采用自己的标准，国际上没有统一的标准。目前电子标签的标准有“S010536、5014443、IS015693和L9018000”，其中应用最广的是LSO14443，它由物理特性、射频功率与信号接口、初始化与防碰撞、传输协议四部分组成。在飞利浦的RFID系列芯片中，MF RC500可以支持所有层的IS014443A，方便系统开发，因此使用MF RC500可以大大提高读写器的开发效率，形成更统一的标准。

2 读卡器硬件系统设计

RFID射频阅读器的硬件电路主要包括微处理器AT-MEGA162、MF RC500、天线电路等。几颗电子标签读写芯片MF RC500是整个阅读器的核心，它将完成所有必需的读写电子标签功能，包括射频信号产生、调制、解调、安全认证和防碰撞等功能。微处理器 MCU 通过读写 MFR C501] 内核的特殊存储寄存器来控制 MF RC500。MF RC500实际上是MCU与电子标签之间信息交换的媒介。任何标签上的数据读写都必须通过 MF RCS00。向MF RC500发送不同类型的命令来控制MF RC500。

2.1 MF RC500功能及特点介绍

MF RC5 00 完全集成了先进的调制和解调概念，适用于 13.56 MHz 的所有类型的无源非接触式通信方法和协议。其内部发射器部分可直接驱动短工作距离达100毫米的天线，无需增加有源电路；接收器部分为符合 IS014443A 的转发器信号提供了强大且有效的解调和解码电路；数字部分处理 ISO14443A 成帧和错误检测（奇偶校验和 CRC）。此外基于mf rc500射频卡信息的读写实现，它还具有时钟频率监控、低功耗硬件复位、软件实现掉电模式、内部地址锁存器和 IRQ 线、微处理器并行接口类型自动检测、

2.2 硬件电路设计

RFID射频阅读器的硬件电路原理如图2所示。为了驱动天线，MF RC500通过TX和元件2提供13.56 MHz能量载波。发射信号由下式获得根据寄存器的设置调制传输的数据。RF 卡以 RF 场的负载调制进行响应。天线拾取的信号通过天线匹配电路发送到RX引脚。MF RC500的内部接收器对信号进行检测和解调，并根据寄存器的设置进行处理，然后将数据发送到并行接口供单片机读取。使用内部电路产生的 VMID 电压作为 RX 引脚的输入电压。为了提供稳定的参考电压，VMID管脚和地之间要接一个电容，VMID和RX管脚之间要接一个分压电阻，天线和分压电阻之间要加一个分压电阻。串联电容器也将提高电路的性能。

图2 RFID射频阅读器硬件电路示意图

2.3 MW RC-500 带微控制器的并行接口选择

MF RC50 0 支持不同的单片机接口，自带的自动检测逻辑可以自动适应系统总线的并行接口。使用信号 NCS 选择芯片，在上电或硬件复位后，MF RC500 也会复位其并行单片机接口模式并检查当前单片机接口类型，由复位后的单片机接口控制引脚的逻辑电平标识。接口类型由一组固定的引脚连接决定，如表1所示。本文选择复用地址线的接口类型，即地址和数据时分复用Da-D7，a共8位双向数据地址总线。当 ALE 为高时，将设置 AD。ADe 的地址被锁存在内部地址锁存器中，

表 1 MF RC 500 引脚和接口类型

MF RC 500 引脚和接口类型

2.4 ATMEGA162 外围电路设计

RFID阅读器以AVR系列ATMEGA162微控制器为控制核心。ATMEGA162单片机自带8条外存数据/地址线、地址锁存器ALE和WR、RD，可直接与RC500的ALE、NWR、NRD相连。此外，它还具有3个外部中断、2个串口、SPI接口等，硬件资源丰富，易于扩展读写器的功能，为读写器的多功能一体化设计留下了充足的空间。ATMEGA162外围电路原理如图3所示。

图3 ATMEGA 162外围电路原理图

3 阅读器软件系统设计

单片机的控制程序主要是初始化MFR C500；对IC卡进行读写、密码校验和擦除；处理与 MF RC-500 的通信中断。本文主要介绍使用单片机初始化MF RC500，即按键寄存器的操作。

3.1 按键寄存器设置

为了使读写器正常工作，完成基本的数据收发功能，需要涉及的寄存器有：页寄存器、命令寄存器、传输控制寄存器、FlFO数据寄存器、中断使能寄存器、InteruptRq二寄存器等. 命令寄存器的第 7 位 IFDetectBusy 为接口类型检测状态标志。为0时，表示接口类型检测完成。FIFO 数据寄存器是内部 64 字节 FIFO 缓冲区中的数据输入和输出端口。输入和输出数据流在 FIFO 缓冲区中进行转换，可以并行输入和输出。中断辅助寄存器是中断请求标志寄存器。当产生中断时，需要通过寄存器的相关标志位来判断中断的类型。

3.1.1 页寄存器

MF RC50 0 共有64个寄存器，8个寄存器为一页，每页的第一个寄存器为页寄存器，其设置如图4所示。其地址为0x00,0,Ox10,Ox18,Ox20,Ox28 ，Ox30，Ox38o，它们的初始值为10000000，0x80。页寄存器用于选择寄存器页，通过设置该寄存器可以确定该页寄存器的寻址方式。

图 4 页面寄存器设置

将 Use PageSelect 位设置为 1 可以寻址该页中的寄存器。PageSelect的内容是寄存器地址的A5、A4、A3。这 3 位可以寻址 8 个页面，每个页面有 7 个 A 寄存器，可以通过 A2、A1、Ao 选择。该位为 0 时，寄存器地址由内部地址锁存器的全部内容决定。本文中寄存器的寻址使用MF RC500手册中给出的寄存器绝对地址，所以每一页的页寄存器必须设置为0.

3.1.2 发送控制寄存器

发送控制寄存器，其设置如图5所示。控制MF RC500的两个天线引脚TX1，以及TX2上输出信号的类型，其地址为0x11，初始值为01011000、0x58

图 5 发送控制寄存器设置

将 TX2CW 位设置为 0，TX2 引脚上的输出信号为 13.56M Hz 的调制载波。将 TX2RFEn 设置为 1，用发送的数据调制的 13.56 MHZ 载波在 TX2 引脚上输出。将 TX1RFEn 位设置为 1，用发送数据调制的 13.56 MHz 载波在 TX1 引脚上输出。

3.1.3 中断允许寄存器

MF RC50 0 有定时器中断、发送中断、接收中断和空闲中断6 个中断源。可以通过设置中断使能寄存器来使能中断请求。SetIEn 是中断使能位。当该位设置为 1 时，该寄存器中的其他中断控制位有效。TimerlEn、TxIEn、RxlEn分别为定时器中断使能、发送中断使能和接收中断使能控制位，如图6所示。中断使能寄存器地址为0x06，初始值为OOOOOOOO、Ox00o

图 6 中断使能寄存器设置

3.2 系统软件设计

根据以上寄存器的操作，可以得出系统软件设计流程如图7所示。按照这个流程，读写器可以完成对电子标签的基本读写操作。

图 7 软件流程图

在完成读写操作的基础上，对系统软件进行丰富和补充，使读写器在天线范围内的所有电子标签中，通过防碰撞循环获取其中一个电子标签的序列号字段，并选择此标签已验证，通过后进行内存操作。典型操作时间不超过100ms

本文设计的RFID射频阅读器充分结合了硬件和软件的优势，可实现IS014443A协议的Mifare one卡的读写，读写距离可达6厘米。如果天线系统设计和优化得当，可以增加到9-10厘米。读写器可以方便地与包括PC机在内的串口设备连接，并且可以方便地嵌入到其他RFID应用系统中，用于不同的应用对象。由于选用的控制器程序存储单元为Flash存储，可重复编程，易于升级。该阅读器具有成本低、响应速度快、通讯稳定可靠、操作方便等优点。它具有非常广阔的应用前景，对RED的推广具有重要意义。