高频RFID读卡器软件设计

    一、引言

    RFID（Radio Frequency Identification）即无线射频识别系统达，也称为无线IC 标签、电子标签、感应式电子芯片、非接触卡等，它是一种透过无线电波来到非接触的资料获取和存取的技术，即一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。自2004 年以来，与RFID 技术相关的文章在各个媒体上不断涌现相关的报道让这个历史其实并不短的技术在短时间内成为国际追逐的焦点。从全球巨型商业帝国沃尔玛，到国际IT 巨头IBM、HP、微软等等，从美国国防部到中国国家标准委，全都在RFID魔棒的指挥下舞蹈起来。本文所论述的工作，主要是在基于Philips系统的RFID 读卡器的软件设计及其调试。具体来说，主要是在利用AT89S51 单片机控制Philips 的RFID 芯片，读取射频卡上的信息，并将其显示在数码管上。

    二、基本原理及相关理论

    1．RFID 标签的组成

    （1）读写器：也是由天线、信号收发报机与译码器组成。RFID 标签上的芯片被激活启动后，就进行需要的读出、写入数据操作，读写器可把通过天线得到的标签芯片中的数据，经过译码器进行译码，送往主计算机处理。
    （2）天线：标签和读写器收发报机之间的管道，通过天线来控制系统信号的获得与交换。天线的形状和大小有多种多样，例如可以装在门框上，接收从该门通过的人或物品的相关数据；还可安装在适当地点监控道路上的交通情况等。
    （3）标签：其核心部分是发射机应答器，能够接收并发送信号，一般被做成低功率的集成电路，与外部的电磁波或电磁感应相互作用，产生RFID 标签工作时所需的功率并进行数据传输。RFID 标签通常是由印刷层、芯片层与底层构成。芯片层在印刷层与底层之间，是标签的核心部分，芯片层不能承受印刷压力，因此通常的做法是先印好印刷层，做好底层，再与芯片层复合。

    2．RFID 读卡器工作原理

    RFID（射频识别）系统由两部分组成：读/写单元和电子收发器。读写器通过天线发出一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去。系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。读写器的控制单元的功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；控制与射频卡的通信过程（主—从原则）；信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行防冲突算法，对射频卡与读写器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和读写器间的身份验证等附加功能。射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数。目前，长距离射频识别系统的价格还很贵，因此寻找提高其读写距离的方法很重要。影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、读写器的射频输出功率、读写器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的Q 值、天线方向、读写器和射频卡的耦合度，以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离大约是读取距离的40%～80%。系统工作原理如图1 所示。

    三、读卡器软件部分设计

    本次设计的目的是设计一款应用于13.56MHz 的射频读卡器，使其能非接触地读取IC 卡信息，使信息准确无误地显示在数码管上，并保证一定的读卡距离。

    编程平台：Keil uVision2；程序烧录软件：AtmelMicrocontroller ISP Software

    1．对IC卡操作的流程如图2 所示。

    （1）初始化：初始化就是对MF RC500 的32 个寄存器进行设置。MF RC500 在复位引脚RSTPD 脚由高变低的时候复位，延时的长度由系统晶振频率决定， 本系统的晶振频率是13.56MHz。初始化程序流程图如图3 所示。

    （2）发送请求：发送请求命令过程为ISO/IEC14443 TYPE A 通信协议中的REQA 命令。借助RC500 的TRANSCEIVE 命令将REQA 命令发送至IC 卡，并接收返回的数据。发送请求命令的作用就是搜寻有无IC 卡靠近，跟据返回得数据判断有无需要与之通信的IC 卡。

    请求模式有Request all 和Request std 两种。Request all 指令是非连续性的读卡指令，只读一次。但有个例外，当某一次Request all 指令读卡片失败时，例如，卡片没能通过密码认证或其它原因而出错时，Request all 指令将连续地读卡，直到读卡成功才进入非连续性的读卡模式。