基于RFID技術(shù)企業(yè)一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李文靜

摘 要：RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)目前已滲入人類生活的各個(gè)方面，而且隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，這種滲透速度仍在進(jìn)一步加快。通過文章的分析，希望對(duì)相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；無線技術(shù)；研究分析

目前，企業(yè)的日常管理耗費(fèi)大量的成本，亟需一種新型的管理系統(tǒng)以有效提高企業(yè)運(yùn)行效率，降低企業(yè)運(yùn)行成本。為此，文章在對(duì)現(xiàn)有RFID技術(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出一種基于射頻識(shí)別技術(shù)的企業(yè)一卡通系統(tǒng)方案，介紹了該方案的設(shè)計(jì)和算法實(shí)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)用表明該方法具有較好的魯棒性，以期進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)字化企業(yè)的建設(shè)進(jìn)程。

1 RFID系統(tǒng)概述

圖1為RFID系統(tǒng)的基本模型，主要組成部分為電子標(biāo)簽和讀寫器。

圖1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本組成

系統(tǒng)在正常工作時(shí)，讀寫器發(fā)出查詢信號(hào)，電子標(biāo)簽接收查詢信號(hào)后一部分能量信號(hào)被電子標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)信息調(diào)制后反射回讀寫器，將其另一部分能量信號(hào)整流為直流電源供電子標(biāo)簽內(nèi)的電路工作。

2 RFID讀寫器總體思路

讀寫器的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。讀寫器主控模塊與上位機(jī)通過串口與相連，發(fā)送寫卡、讀卡等命令，接收主控模塊的操作報(bào)告與數(shù)據(jù)。讀寫器與卡片的交易通過射頻模塊及其輔助天線與卡片通信來實(shí)現(xiàn)。讀寫器脫機(jī)工作時(shí)持卡者與讀寫器的互操作平臺(tái)為鍵盤和報(bào)警顯示模塊，同樣，聯(lián)機(jī)時(shí)也可以在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行互操作。

圖2 讀寫器的組成框圖

射頻識(shí)別技術(shù)是射頻卡讀寫器的核心是，1片MIFARE卡專用的讀寫處理芯片（MF RC500）是讀寫器內(nèi)的主要部件。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 讀寫器硬件系統(tǒng)框圖

3 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)中MCU控制電路、復(fù)位電路、顯示電路、鍵盤電路、報(bào)警電路、上位機(jī)傳輸電路文章不再一一詳細(xì)敘述，重點(diǎn)對(duì)專用讀寫芯片電路、RC 500與天線射頻接口電路及天線的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

3.1 專用讀寫芯片電路

作為單片機(jī)與射頻卡通訊的中介，MF RC500與MIFARE1卡由射頻場(chǎng)來建立無線鏈接并完成數(shù)據(jù)交換。讀寫模塊MF RC500需要完成讀寫MIFARE卡的全部必要功能，包括RF信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)以及防重疊和安全認(rèn)證等，是整個(gè)讀寫器的核心。

3.2 RC 500與天線射頻接口電路

RC500通過TX1和TX2提供頻率為13.56MHz的載波，發(fā)送調(diào)制信號(hào)。RX腳接收射頻信號(hào)送給RC500對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理后，送到I/O接口供外部MCU讀取。匹配電路包含一個(gè)接收電路、天線匹配電路、一個(gè)EMC低通濾波器以及天線。

3.3 天線的設(shè)計(jì)

讀卡器內(nèi)必須具有能接收和發(fā)射的不同形狀和大小的天線以保證讀卡器能與非接觸式IC卡進(jìn)行通信。

（1）天線大小和讀寫距離

文章所涉及的讀卡器中，天線規(guī)格為圈數(shù)為三圈、65mm×54mm、1mm的天線導(dǎo)體寬度的矩形天線。

（2）天線電感的測(cè)算

天線電感值應(yīng)位于800nH至1.8uH之間。通過以下公式計(jì)算天線的電感：

L=0.2*l（ln（l/D）-）*N18

（3）天線電路圖

天線電路原理圖如圖4所示：

圖4 天線原理電路

下面給出電路中各器件所依附的公式，其中：

經(jīng)過計(jì)算，確定卡內(nèi)天線給定的參數(shù)如下：

La=Lb=300nh，RL=4.14歐，Rcoil=0.35歐，Q=35，Z=Zant=500歐

經(jīng)過計(jì)算后有：

L=600nh，R=0.7歐，Rext=1.72歐，C1a=C1b=27pF，C2b=C2a=100pF

通過理論計(jì)算得到以上結(jié)果，然而，實(shí)際上天線的電感值最終決定了電容C2b、C2a、C1b、C1a（以下均稱C2）的值，并且天線的形狀不同，對(duì)應(yīng)的電容值也不同，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。C2值的大小影響讀卡器的讀寫距離，也就是影響讀卡器的性能表現(xiàn)。有一種比較簡(jiǎn)便的方法是讓讀卡器發(fā)出復(fù)位應(yīng)答指令給卡，假如卡能夠正確響應(yīng)，就點(diǎn)亮一個(gè)LED燈，反之，則使LED燈熄滅。首先讓卡與讀卡器緊貼在一起，此時(shí)LED燈點(diǎn)亮，之后使卡逐漸遠(yuǎn)離讀卡器，記錄下LED燈熄滅位置時(shí)的C2電容值和讀寫距離。按此方法通過實(shí)驗(yàn)不同的C2值以得出不同的讀寫距離，最終得到最大讀寫距離時(shí)的C2值。

4 驗(yàn)證分析

系統(tǒng)完成后，通過模擬實(shí)際使用環(huán)境，即多次手動(dòng)連續(xù)刷卡，通過蜂鳴器鳴叫和LED指示燈指示來檢測(cè)是否存在死機(jī)、不讀卡、反應(yīng)不靈敏等現(xiàn)象并測(cè)量不同的讀卡感應(yīng)距離。

通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，讀卡器沒有出現(xiàn)死機(jī)、不讀卡、反應(yīng)不靈敏等現(xiàn)象，經(jīng)過對(duì)天線電路電感、電容、電阻的實(shí)際調(diào)試，讀卡感應(yīng)距離可以達(dá)到60mm，調(diào)試后電容、電感參數(shù)為： La=Lb=1uh，Rcoil=0.33歐，Rext=1.8歐，C1a=C1b=20pF，C2a=C2b=100pF。

5 結(jié)束語

經(jīng)過反復(fù)論證，最終得到文章中的方案，已沒有什么問題。但是還需要進(jìn)一步探討低功耗方面的設(shè)計(jì)，如果能夠徹底解決系統(tǒng)功耗較高的問題，那么這個(gè)系統(tǒng)就更完善了。

參考文獻(xiàn)

[1]陸永寧.非接觸IC卡原理與應(yīng)用[M].北京，電子工業(yè)出版社，2006.

[2]游戰(zhàn)清，李蘇劍.無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.