PLC及PC与RFID射频识别读写器串行通讯的实现

本文以EMS（Escort Memory Systems）的RFID射频识别读写器LRP830为例，分别介绍了可编程控制器及微机与RFID射频识别读写器进行串行通讯，从而读取标识数据的具体实现方法：PLC通过串行I/O通讯协议与RFID读写器实现串行通讯，PC通过Windows多线程技术与RFID读写器实现串行通讯。文中给出了实例。RFID射频识别在我国的应用才刚刚开始，前景非常广阔。本文所述方法具有一定代表性，对于推动RFID射频识别技术在工业自动化等领域的应用，具有一定的积极意义。

RFID射频识别系统简介

RFID 的全称是Radio Frequency Identification，即射频识别,它利用无线电射频实现可编程控制器（PLC）或微机（PC）与标识间的数据传输, 从而实现非接触式目标识别与跟踪。

一个典型的RFID射频识别系统包括四部分：标识、天线、控制器和主机（PLC或PC），系统结构图见图1。

图1 RFID射频识别系统结构图

标识一般固定在跟踪识别对象上，如托盘、货架、小车、集装箱，在标识中可以存储一定字节的数据，用于记录识别对象的重要信息。当标识随识别对象移动时，标识就成为一个移动的数据载体。以RFID在计算机组装线上的应用为例，标识中可以记录机箱的类型（立式还是卧式）、所需配件及型号（主板、硬盘、CD-ROM等）、需要完成的工序等。又如在邮包的自动分拣和跟踪应用中，可以在标识中存储邮包的始发地、目的地、路由等信息。

天线的作用是通过无线电磁波从标识中读数据或写数据到标识中。天线形状大小各异，大的可以做成货仓出口的门或通道，小的可以小到1mm。

控制器用于控制天线与PLC或PC间的数据通信，有的控制器还带有数字量输入输出，可以直接用于控制。控制器与天线合称读写器。

PLC或PC根据读写器捕捉到的标识中的数据完成相应的过程控制，或进行数据分析、显示

和存储。

本文即以具有代表性的美国EMS（Escort Memory Systems）公司的13.56MHz无源RFID射频识别读写器LRP830为例，介绍了PLC及PC与RFID读写器进行串行通讯，从而获取标识数据，用于控制或数据处理的具体实现方法。

RFID射频识别读写器的命令集及串行通讯协议

以LRP830读写器为例，LRP830是EMS 13.56MHz无源系列射频读写器中的一种，它的标识和天线可以在水下或高温腐蚀环境中正常工作，可以一次读写99个标识，最大读写距离63.5cm。它带有两个串口，一个DeviceNet接口，4个DI隔离输入，4个DI隔离输出，保护等级IP66，NEMA4封装，非常适合于在工业自动化中应用。

LRP830读写器上的串口是合在一起的，通过专用电缆可以分接出COM1和COM2两个串口，两个串口作用不同，COM1用作通讯口，从PLC或PC接收命令并返回响应数据, 可以配置为RS232、RS422或DeviceNet接口。COM2用于配置系统参数（如读写模式、波特率等）或下载系统升级程序。

LRP830可以与所有EMS的FastTrackTM系列无源标识结合使用，每个标识中可以存储48

个字节的数据，另外还有8个字节用于存储只读的唯一的序列号（出厂前由厂方设定）。

LRP830提供了单标识读写命令集（见表1），多标识读写命令与此类似。

表1 单标识命令集

RFID读写器与PC串行通讯

仍以EMS RFID读写器LRP830为例。与PC机相连时，LRP830的COM1/COM2与PC机的9针串口

COM1/COM2的连接对应关系见表4。

表4 LRP830的串口与PC串口连接对应关系

在PC机上开发串口通讯程序，可以使用现有的通讯控件（如VB的Mscomm），也可以使用高级编程语言结合Windows API实现。本文用Delphi 6在Windows2000环境中，应用多线程技术实现了PC与RFID读写器间的串行通信。使用Delphi的优点是，Delphi对许多Windows底层API函数作了封装，简化了程序代码。使用多线程的优点是，程序编写比较灵活，而且串口监听线程不影响主线程其它任务的执行。程序结构框图见图4。

图4 PC与RFID读写器串行通信程序框图

在具体实现上述思路时，要注意以下技术细节：

1）根据RFID读写器通讯协议的特点，读写器每执行一个主机发来的指令，无论是读标识

还是写标识，都会返回一定字节的响应数据，用以确认命令已执行或返回标识中存储的数据。因此，主机读或写标识数据都需要先写（串口命令）后读（返回的串口数据）。

2）为了使程序体现模块化的设计思想，易于调试和维护，可以把各种RFID命令预先存入命令数组中，而把主机对RFID串口的命令和捕捉RFID读写器命令响应编制成单独的子程序，在调用它之前，先调用命令字赋值子程序。

3）对主线程的说明：在主线程中用CreateFile函数建立串口事件，设置缓冲区和通信参数，创建串口监听线程。用WriteFile写串口函数完成通过RFID读写器写数据到标识中。部分程序如下：

hcom := CreateFile(pchar(Whichcom), GENERIC_WRITE Or GENERIC_READ, 0, 0, OPEN_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, 0); //产生串口事件setupcomm(hcom,TOTALBYTES,TOTALBYTES); //设置缓冲区

getcommstate(hcom,lpdcb);

lpdcb.BaudRate:=BAUDRATE; //波特率

lpdcb.StopBits := STOPBIT; //停止位

lpdcb.ByteSize := BYTESIZE; //每字节有几位

lpdcb.Parity :=PARITY; //奇偶校验

setcommstate(hcom,lpdcb); //设置串口

Mycomm := Tcomm2.Create(False); //创建串口监听线程

WriteFile(hcom, WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),lpBytesSent, 0);//写标识命令

……

4）对串口监听线程的说明：

程序中用到的方法主要有Synchronize和Terminate。Synchronize是Delphi提供的一种安全调用线程的方法，它把线程的调用权交给了主线程，从而避免了线程间的冲突，这是一种最简单的线程间同步的方法，可以省去用其它语言编程时需要调用的多个Windows API 函数，例如createEvent（创建同步事件），Waitforsingleobject（等待同步事件置位），resetevent（同步事件复位），PostMessage(向主线程发送消息)等。用Delphi编写多线程通讯程序的优点是显而易见的。例如以下语句即可实现串口监听线程：

While (not Terminated) do //如果终止属性不为真

Begin

dwEvtMask:=0;

Wait := WaitCommEvent(hcom,dwevtmask,lpol); //等待串口事件

if Wait Then

begin

Synchronize(DataProcessing); //同步串口事件

end;

end;

上述程序一旦检测到串口事件，就调用DataProcessing方法读串口数据，并写入数组，

供程序其它部分调用，另外还要检测何时退出线程，程序如下：

procedure Tmainform.DataProcessing

begin

clear := CLEARCOMMERROR(hcom,lperrors,@comms); //清除串口错误

if Clear Then

Begin //处理接收数据

ReadFile(hcom,ReadBuffer,Comms.cbInQue,LPReadNumber,0);

ReceBytes[I+ArrayOffset] := ReadBuffer[I];

//读串口缓冲区数据并写入数组

gameover := (ReceBytes[I+ArrayOffset-1]=Byte($FF))

and (ReceBytes[I+ArrayOffset]=Byte($FF)); //终止条件

if gameover then terminate; //退出线程

……

End;

End；

其中，Terminate将线程的Terminated属性设置为True。线程一旦检测到Terminated属性为True，就会结束线程，去执行Onterminate事件，在Onterminate事件中对采集到的RFID标识数据进行处理。由于RFID读写器的ABxS协议的命令响应的最后两个字节都是FF，所以可以将收到连续的两个FF作为终止线程的条件之一。

程序应用举例：

以持续读标识中所有48字节数据命令为例，在程序中用WriteBuffer数组保存该命令，对WriteBuffer数组的各个元素赋值如下：

WriteBuffer[0] := Byte($AA); WriteBuffer[1] := Byte($0D); //连续读标识命令字头WriteBuffer[2] := Byte($00); WriteBuffer[3] := Byte($00); //从第一个字节开始读WriteBuffer[4] := Byte($00); WriteBuffer[5] := Byte($30); //读48个字节数据

WriteBuffer[6] := Byte($00); WriteBuffer[7] := Byte($02); //延时2秒

WriteBuffer[8] := Byte($ff); WriteBuffer[9] := Byte($ff); //连续读标识命令字

执行持续读标识命令后，程序以WriteBuffer数组写串口，RFID读写器执行此命令，并返回响应数据（见图5）。

图5 持续读标识命令执行结果

从图5窗口中可以看到，前4个字节AA OD FF FF就是LRP830读写器对持续读命令的确认信息，然后是数据报文头AA OD和标识中48个字节的数据（每字节数据前加00），最后是数据报文尾FF FF。

结束语

本文介绍了可编程控制器及微机与RFID射频识别读写器进行串行通讯，从而获取标识中的数据的具体实现方法：PLC通过串行I/O通讯协议与RFID读写器实现串行通讯，PC通过Windows多线程技术与RFID读写器实现串行通讯。本文所述方法具有通用性，对于其它厂家的PLC和RFID系统也有一定的参考价值。RFID射频识别技术在我国工业自动化等领域的应用才刚刚开始，前景非常广阔。本文对于促进该技术的推广应用具有一定的积极意义。

参考文献

[1] ESCORT MEMORY SYSTEMS, LRP830-Series Long-Range Passive Reader/Writers Operator’s Manual, July,2000

[2] Marco Cantù, Mastering Delphi 6, SYBEX Inc.(USA), 2001

[3] Steve Teixeira and Xavier Pacheco，Borland Delphi? 6 Developer’s Guide, Sams Publishing(USA),2002

作者简介：王宏，男，1973年2月出生，工程师，工学硕士。原籍河南洛阳，1995 年、1998年于东北电力学院自动控制系生产过程自动化专业分别取得工学学士、工学硕士学位。现主要从事PLC及人机界面软件应用、DCS及其仿真研究。

RFID读写器与PLC串行通讯

以EMS RFID读写器LRP830 与GE Fanuc VersaMax PLC的串行通讯为例。VersaMax PLC 的RS232串口与LRP830的COM1接线对应关系见表3。

表3 VersaMax与LRP830读写器的串口接线对应关系

通过PLC控制RFID读写器读写标识数据的实现流程如图2所示。

图2 PLC读写RFID标识数据的程序结构框图

以下是具体实现时要注意的技术细节：

1）LRP830与VersaMax PLC的串口相连时，信号线要错线，即VersaMax RS232口的TXD/RXD要接LRP830 的COM1的RXD/TXD，LRP830与PC连接时则是直通的。

2）PLC使用串行I/O通讯协议与RFID读写器通讯。串口初始化、设置缓冲区、清除缓冲区、写串口、读串口状态等操作都是先通过一组BLKMOV WORD指令给COMMREQ的数据块赋值，然后执行COMMREQ指令完成的。例如，以下语句（见图3）通过RFID读写器写10个FF（46H）到标识中，从第一个字节写起。

图3 PLC与RFID读写器串行通讯例程

3）要注意PLC写标识数据只需要执行写串口命令就可以了，而PLC读标识数据的过程则包含两步：一是PLC执行写串口命令, 即写读标识命令到RFID读写器；二是PLC执行读串口命令，捕捉RFID读写器返回的数据。这是由于RFID读写器在接到读标识命令后,会返回读命令的响应信息到串口缓冲区,其中包含了读到的标识数据。

4）使用ABxS协议时，要注意命令字的MSB和LSB的顺序问题。RFID读写器与PLC通讯时，要将读写器指令的MSB和LSB颠倒一下，即LSB在前，MSB在后。例如图3中，第二个BLKMOV WORD指令的第三个输入IN3应为16＃4AA，而非16＃AA04。

5）利用读写器指示灯的变化辅助PLC程序调试。LRP830读写器的面板上有两排LED指示灯，其中，当“ANT”亮时，表示天线在执行读写操作；“COM1”亮时，表示串口1执行了写命令，“RF”亮时，表示有标识被读写且仍在读写范围内。

每种命令可以有三种通讯协议：ABxS 、ABxF 、ABx ASCII。表2 是ABxS通讯协议持续读单标识命令的一个例子，其它命令与此类似。

RFID读写器天线设计中比较实用的方法

RFID读写器天线设计中比较实用的方法 射频识别技术（Radio Frequency Identification,缩写RFID），射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID应用将继续以供应物流领域为主，在这个领域用RFID 收发器进行包括各种各样的可移动货物/产品的记录和跟踪，在RFID收发器（信用卡大小的塑料/纸标签，内含芯片、射频部分和天线）上的必要存储将继续成为主要的应用。另外的一个可能应用就是将收发器标签贴到纺织品、药品包装或者甚至是单个药盒内。然而，未来RFID还将被用在如地方公共交通、汽车遥控钥匙、传送轮胎气压以及在移动电话等领域内。本文主要通过实际工作中对于各种RFID读写系统的对比，总结研究RFID读写器天线设计中比较实用的方法。 1 实际RFID天线设计主要考虑物理参量 磁场强度 磁场强度是线圈安匝数的一个表征量，反映磁场的源强弱。磁感应强度则表示磁场源在特定环境下的效果。打个不恰当的比方，你用一个固定的力去移动一个物体，但实际对物体产生的效果并不一样，比如你是借助于工具的，也可能你使力的位置不同或方向不同。对你来说你用了一个确定的力。而对物体却有一个实际的感受，你作用的力好比磁场强度，而物体的实际感受好比磁感应强度。它定义为磁通密度[1]B除以真空磁导率μ0再减去磁化强度μ，即-μH为矢量。这样，在恒定磁场中磁场强度的闭合环路积分仅与环路所链环的传导电流Ic有关而不含束缚分子电流。 运动的电荷或者说电流会产生磁场，磁场的大小用磁场强度来表示。RFID天线的作用距离，与天线线圈电流所产生的磁场强度紧密相关。 圆形线圈的磁场强度（在近场耦合有效的前提下，近场耦合有效与否的判断在节）可用式（1）进行计算： 式中：H是磁场强度；I是电流强度；N为匝数；R为天线半径；x为作用距离。

125kHzRFID读写器的硬件设计_

中国高新技术企业１２５ｋＨｚＲＦＩＤ读写器的硬件设计 文／王萍曾宝国 【摘要】射频识别（ＲＦＩＤ）是利用无线方式对电子数据载体（电子标签）进行识别的一种新兴技术。本文针对 工作频率为１２５ｋＨｚ的电子标签ＡＴ８８ＦＲ２５６－１２，介绍了其识读系统的组成及读写终端的硬件设计。 【关键词】ＲＦＩＤ读写器硬件设计 射频识别技术（ＲＦＩＤ）是近年迅速发展起来的一项新技术，它利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现非接触式信息传递，达到自动识别目的。与接触式ＩＣ卡和条形码识别技术相比，射频识别技术最大的优势在于特别适合对数量大、分布区域广的信息进行智能化管理和高效快捷地运作，因此在物流、交通航运、自动收费、服务领域等方面有着广泛的应用前景。针对工作频率为１２５ｋＨｚ的电子标签ＡＴ８８ＦＲ２５６－１２，本文介绍了其识读系统的组成及读写终端的硬件设计。 １读写器的系统组成 本文所研究的ＲＦＩＤ系统为１２５ｋＨｚ近耦合射频识别系统，系统组成如图１所示。ＲＦＩＤ读写器硬件主要由三部分构成：接口电路、控制模块、射频模块及天线。控制中心或Ｉ／Ｏ设备通过接口电路与控制模块通信，向控制模块发送控制命令或接收来自控制模块的数据与操作报告。控制模块采用ＡＴＭＥＬ公司生产的ＡＴ８９Ｓ５２单片机，实现过程控制、数据处理以及通过接口电路完成与控制中心的数据通信或Ｉ／Ｏ设备的数据传输。射频模块用于实现数据调制、解调及收发信号，本系统采用ＲＦＩＤ专用无线基站芯片ＥＭ４０９５作为电子标签与识读终端之间的接口。电子标签采用Ａｔｍｅｌ公司的ＡＴ８８ＦＲ２５６－１２无源可读写标签，使用时可根据用户要求通过读写器将相关信息写入标签。当标签进入读写器的工作范围内时，标签被激活，读写器发送读数据给标签，标签根据接收到的读数据信号将存储单元中指定的数据通过天线发送至读写器，读写器再将处理后的数据通过接口电路送回控制中心；若需要修改标签的数据，可由读写器发送写数据信号给标签，标签收到数据后自动修改内存数据。 图１ＲＦＩＤ识读系统的组成 ２读写器的硬件设计 ２．１电源电路设计 ＥＭ４０９５和ＡＴ８９Ｓ５２的工作电压均为＋５Ｖ，可用２２０Ｖ市电经整流、滤波、稳压后输出稳定的＋５Ｖ的直流电为其供电。＋５Ｖ稳压器采用ＣＷ７８０５，其应用电路如图２所示。图中，滤波电容Ｃ１和Ｃ３的值为１０００μＦ，Ｃ２和Ｃ４为０．３３μＦ。发光二极管Ｄ的作用是显示读写器的电源是否接通，若接通则Ｄ灯亮，无接通则Ｄ灯灭。 图２电源电路原理图 ２．２射频收发模块电路设计 ＥＭ４０９５兼容多种传输协议（如ＥＭ４ＯＯＸ、ＥＭ４１５０等），工作频率１００ｋＨｚ￣１５０ｋＨｚ；不需外接晶振，利用内部锁相环ＰＬＬ就可得到与天线匹配的谐振频率；采用调幅同步解调技术，具有睡眠模式，与微控制器的接口简单。 ＥＭ４０９５的内部结构如图３所示。接收模块由采样保持器、滤波器、比较器组成。ＤＭＯＤ－ＩＮ端输入的ＡＭ信号在ＶＣＯ输出信号的同步控制下被采样，采样输出信号由端脚ＣＤＥＣ外接的电容隔离直和带通滤波采样（消除输出中的载频成分、高频和低频噪声）后，经异步比较得到对应的数字信号。发送模块由锁相环ＰＬＬ、天线驱动器和调制器组成。其中ＰＬＬ由环路滤波器、相位比较器、压控制振荡器组成。天线感生的信号经耦合电容输入ＤＭＯＤ－ＩＮ端，该信号与天线驱动器的输入信号由相位比较器进行相位比较，形成与相位差对应的电压，作为压控振荡器的控制信号，最终实现对天线发射信号频率的锁定。 图３射频芯片ＥＭ４０９５内部结构图 ＥＭ４０９５的工作受输入信号ＳＨＤ和ＭＯＤ控制。ＭＯＤ＝０时，芯片工作于只读模式；ＭＯＤ＝１时，芯片工作于读／写模式。ＳＨＤ＝１时，为睡眠模式。芯片供电之后，ＳＨＤ应先为高电平，以初始化芯片，然后再接低电平，芯片即处于收发状态。天线感生到的ＡＭ信号中携带的数据经解调模块解调后由ＤＭＯＤ－０ＵＴ端输出。ＲＤＹ／ＣＬＫ端用于向微控制器提供芯片内部的状态以及与收发信号同步的参考时钟。ＳＨＤ＝１时，ＲＤＹ／ＣＬＫ端输出低电平；ＳＨＤ由高电平变为低电平后，经过约３５ｍｓ，ＲＤＹ／ＣＬＫ端输出同步时钟信号，该参考时钟信号的出现表示发射模块和接收模块已经启动。通过查询ＲＤＹ／ＣＬＫ端信号状态，微控制器即可确定从ＤＭＯＤ－ＯＵＴ端接收数据的时刻。 由ＥＭ４０９５构成的射频收发模块电路如图４所示，ＬＡ、ＣＲＥＳ、ＣＤＶ１和ＣＤＶ２组成ＬＣ串联谐振天线，谐振频率为ｆ０＝１／［２π×（ＬＡ、Ｃ０）１／２］，其中Ｃ０＝ＣＲＥＳ＋ＣＤＶ１‖ＣＤＶ２。天线的工作电流与谐振电路Ｑ值有关，可在天线线圈ＬＡ上并联一个电阻调节Ｑ值。 图４射频收发／控制模块电路设计 ２．３控制模块电路设计 微控制器ＡＴ８９Ｓ５２负责启动ＥＭ４０９５并接收由ＥＭ４０９５解调的编码数据。ＥＭ４０９５的ＤＭＯＤ－ＯＵＴ端接Ｐ１．０，ＳＨＤ接Ｐ１．１，ＭＯＤ接Ｐ１．２，ＲＤＹ／ＣＬＫ端接Ｐ３．４，用作编解码的同步时钟。 图５ＡＴ８９Ｓ５２与ＭＡＸ２３２Ａ电路连接图 （下转８８页 ）科技论坛 ８５ －－

MHz RFID读写器设计与制作

RFID技术及应用实训报告 题目: RFID读写器设计与制作 班级: 学号: 姓名: 指导教师: 二〇一五年七月一日

目录 第1章RFID读写器的设计与制作..................... 错误!未定义书签。 读写器组成与分析.............................. 错误!未定义书签。 读写器原理图与PCB设计........................ 错误!未定义书签。 读写器原理图............................... 错误!未定义书签。 读写器PCB设计............................. 错误!未定义书签。 读写器装配与功能测试.......................... 错误!未定义书签。 装配....................................... 错误!未定义书签。 功能调试................................... 错误!未定义书签。第2章RFID上位机软件开发与调试................... 错误!未定义书签。 数据访问层设计与实现.......................... 错误!未定义书签。 数据访问层设计............................. 错误!未定义书签。 实现过程及代码分析......................... 错误!未定义书签。 窗体表示层设计与实现.......................... 错误!未定义书签。 设计与实现................................. 错误!未定义书签。总结.............................................. 错误!未定义书签。

基于单片机的RFID读写器设计毕业设计

摘要 射频识别（Radiofrequency identification ，RFID）,又称电子标签（E-Tag），是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。随着技术的进步，RFID应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。因此，研究、设计和开发RFID系统具有十分重要的理论意义和实际意义。 论文系统地论述了射频识别系统和读卡器的理论分析，研究了射频识别系统中的许多关键技术，并提出了射频识别读卡器的设计方案。 本文首先分析了射频识别技术的基本原理、研究方向和应用情况。在充分研究了射频卡的基本原理、技术特点、国际相关标准后，进而提出了基于STC11F32单片机的射频读卡器系统设计的方法。设计采用MFRC522射频读写模块在STC11F32单片机的控制下实现对Mifare卡的读写访问操作。 硬件部分设计主要包括单片机控制电路设计，射频模块设计，天线电路设计，串行通信电路设计，声音提示及显示电路设计等，其中详细讨论了读卡器的软件设计方法。软件设计包括单片机处理程序，射频基站芯片RC522的基本操作、Mifare卡操作程序设计、声音提示及显示部分程序等。论文中系统地讨论了软件实现读卡器与Mifare卡之间通信所要求的请求应答、防冲撞、选卡片、认证、读写等功能模块的实现原理。 关键词：射频识别，读卡器，IC卡，STC11F32，MFRC522

Abstract Radio frequency identification (radio frequency identification, RFID), also known as electronic tags (e-Tag), is an RF signal automatic target recognition and access to relevant information technology. With the advances in technology, RFID applications widening, has been involved in all aspects of people's daily lives, and will become a basic technology of the future information society. Therefore, research, design and development of RFID systems has important theoretical and practical significance. Discusses the theoretical analysis of radio frequency identification system and card reader to the paper system, many of the key technology of radio frequency identification system, and the design of radio frequency identification reader. This paper firstly analyzes the basic principle of radio frequency identification technology, the research direction and application. In the full study of RF Card basic principle, technical characteristics, relevant international standards, and then put forward based on STC11F32 single chip RF card reader system design method. The design adopts MFRC522radio frequency read write module in STC11F32under the control of a single-chip microcomputer to realize Mifare card read and write access operations. The hardware part of the design including the MCU control circuit design, design of the RF module, Antenna circuit design, circuit design of the serial communication, voice prompts and display circuit design, including detailed discussion of the reader software design methods. Software design, including the microcontroller handler, the basic operation of the RF base station chip RC522, Mifare card operating procedures, voice prompts and display part of the program. The paper discussed the request response communication between the software implementation of the reader with Mifare card required, anti-collision, election card, certification, read and write function module principle. Key words:RFID, reader, IC card, STC11F32, MFRC522

基于单片机的RFID读写器设计

基于单片机的RFID读写器设计 摘要 射频识别（Radiofrequency identification ，RFID）,又称电子标签（E-Tag），是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。随着技术的进步，RFID应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。因此，研究、设计和开发RFID系统具有十分重要的理论意义和实际意义。 论文系统地论述了射频识别系统和读卡器的理论分析，研究了射频识别系统中的许多关键技术，并提出了射频识别读卡器的设计方案。 本文首先分析了射频识别技术的基本原理、研究方向和应用情况。在充分研究了射频卡的基本原理、技术特点、国际相关标准后，进而提出了基于STC11F32单片机的射频读卡器系统设计的方法。设计采用MFRC522射频读写模块在STC11F32单片机的控制下实现对Mifare卡的读写访问操作。 硬件部分设计主要包括单片机控制电路设计，射频模块设计，天线电路设计，串行通信电路设计，声音提示及显示电路设计等，其中详细讨论了读卡器的软件设计方法。软件设计包括单片机处理程序，射频基站芯片RC522的基本操作、Mifare卡操作程序设计、声音提示及显示部分程序等。论文中系统地讨论了软件实现读卡器与Mifare卡之间通信所要求的请求应答、防冲撞、选卡片、认证、读写等功能模块的实现原理。 关键词：射频识别，读卡器，IC卡，STC11F32，MFRC522

Abstract Radio frequency identification (radio frequency identification, RFID), also known as electronic tags (e-Tag), is an RF signal automatic target recognition and access to relevant information technology. With the advances in technology, RFID applications widening, has been involved in all aspects of people's daily lives, and will become a basic technology of the future information society. Therefore, research, design and development of RFID systems has important theoretical and practical significance. Discusses the theoretical analysis of radio frequency identification system and card reader to the paper system, many of the key technology of radio frequency identification system, and the design of radio frequency identification reader. This paper firstly analyzes the basic principle of radio frequency identification technology, the research direction and application. In the full study of RF Card basic principle, technical characteristics, relevant international standards, and then put forward based on STC11F32 single chip RF card reader system design method. The design adopts MFRC522radio frequency read write module in STC11F32under the control of a single-chip microcomputer to realize Mifare card read and write access operations. The hardware part of the design including the MCU control circuit design, design of the RF module, Antenna circuit design, circuit design of the serial communication, voice prompts and display circuit design, including detailed discussion of the reader software design methods. Software design, including the microcontroller handler, the basic operation of the RF base station chip RC522, Mifare card operating procedures, voice prompts and display part of the program. The paper discussed the request response communication between the software implementation of the reader with Mifare card required, anti-collision, election card, certification, read and write function module principle.

UHF RFID读写器设计方案

[导读]为了分析UHF RFID读写器系统抗干扰性能，本文提出了基于ISO18000-6 type B 协议下UHF RFID读写器的设计方案，并对其通信过程进行了Simulink仿真，给出了曼彻斯特编解码以及2ASK调制解调的模型。 为了分析UHF RFID读写器系统抗干扰性能，本文提出了基于ISO18000-6 type B 协议下UHF RFID读写器的设计方案，并对其通信过程进行了Simulink仿真，给出了曼彻斯特编解码以及2ASK调制解调的模型。 最后，结合实际中经常遇到的高斯白噪声信道分析了系统的信道抗干扰性能，给出了系统的误码率随信噪比变化曲线。仿真表明本方案所设计的UHF RFID读写器系统具有较高的抗干扰性能。 0 引言 射频识别系统是一种非接触的自动识别系统，通过射频无线信号自动识别目标对象，并进行读、写数据等相关操作，这种无线获取数据的方式在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理众多领域得到广泛应用。 RFID系统由阅读器、电子标签和计算机网络构成，其中读写器是RFID系统信息控制和处理中心，在系统工作中起着举足轻重的作用，其性能的好坏直接影响到数据获取的可靠性和有效性。而超高频读写器在远距离识别以及高速数据读取方面有着显着的优势，为此本文研究基于ISO 18000-6标准的Type B协议下的高频读写器具有重要的现实意义。 1 RFID工作原理

不同的RFID系统，工作原理略有不同，但其依据的基本工作原理是一样的。RFID系统读写器与电子标签基本结构如图1所示。由读写器模块中振荡器产生射频振荡信号，经过载波形成电路产生载波信号，再经过发送通道编码、调制和功率放大后经天线发出射频信号，当电子标签进入到工作区域，读取读写器发送的信号，一部分用于产生能量驱动电源激活自身工作，一部分用于获取信息，并根据指令将带有自身信息的信号经过编码、调制后由天线发送给读写器。读写器再将读取的信号传送给数据处理模块进行相应操作。 读写器在RFID 系统中扮演重要的角色，主要负责与电子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。各种读写器虽然在耦合方式、通信流程、数据传输方法，特别是在频率范围等方面有着根本的差别，但是在功能原理上，以及由此决定的构造设计上，各种读写器是十分类似的。在ISO18000-6 Type B 协议下RFID 系统是基于读写器先发言原理工作，即读写器先发送出一定频率的射频信号，当电子标签进入到该工作区域时，首先产生感

RFID 读写器的设计

RFID 读写器的设计 0 引言射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是利用感应、电磁场或电磁波为传输手段，完成非接触式双向通信，获取相关数据的一种自动识别技术。射频识别卡最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便。目前，射频识别技术己经广泛使用，准备接替目前许多人工完成的工作程序。 RFID 技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了射频技术，还包含了射频技术、密码学、通信原理和半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学科。因此，对 RFID 技术的认识和研究具有深远的理论意义。随着21世纪数字化时代的到来，基于远程信息化网络管理技术和移动商务的社会需求，RFID 技术智能管理系统将在各个领域中发挥巨大的作用。RFID 技术正在成为一个新的经济增长点，在全球范围内蔓延开来，研究开发 RFID 技术有着巨大的经济效益和社会意义。一个典型的 RFID 系统一般由 RFID 标签、读写器以及计算机系统等部分组成。其中 RFID 标签中一般保存有约定格式的编码数据，用以惟一标识标签所附着的物体。与传统的识别方式相比，RFID 技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，且操作方便快捷。能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域，并且认为是条形码标签的未来代替品。RFID 系统的工作原理框图。 读写器通过天线发送出一定频率的射频信号：当 RFID 标签进入读写器工作场时，其天线产生感应电流，从而 RFID 标签获得能量被激活并向读写器发出自身编码等信息；读写器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号；RFID 标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。 RFID 针对常用的接触式识别系统的缺点加以改良，采用射频信号以无线方式传送数据资料，因此识别卡不必与读卡机接触就能读写数据资料。 1 系统总体简介本系统以 AT89252 单片机为控制核心，利用 RFID 读写基站 U2270B 对 Temic 公司的射频卡(本系统使用 EM4100卡)进行数据的读写。在通信方面使用 USB 高速通信接口，采用南京沁恒公司的 USB 主控芯片 CH375。数据库的存储管理利用 SD卡。系统总体框。 2 RFID 读写模块 U2270B的载波频率为100～150 kHz，其调制方式为曼彻斯特码和双相位码。U2270B 的电源供给可为 5 V 的稳压电源或者是12 V 的汽车蓄电池。它可以为RF场提供能量，其中在短距离运用时，外围驱动电路简单。U2270B 还具有信号微调能力，而且其读写距离可达7～10 cm。U2270B还具有电压输出功能可以给微处理器或其他外围电路供电。 U2270B具有省电模式和 STANDBY 控制可选，所以设计基站电路时可以按照功能的不同要求，设计基站的外围电路。具体电路图。 本系统采用9 V 电池供电，并通过 STANDBY 端进行省电模式的控制。同时通过桥式二极管来增强读写距离。通过调整RF引脚所接电阻的大小，可以将内部振荡频率固定在150 kHz，然后通过天线驱动器的放大作用，在天线附近形成150 kHz的射频场，当射频卡进入该射频场内时，由于电磁感应的作用，在射频卡的天线端会产生感应电势，该感应电势也是射频卡的能量来源。数据写入射频卡采用场间隙方式，即由数据的“O”和“1”控制振荡器的启振和停振，并由天线产生带有窄间歇的射频场，不同的场

13.56MHz_RFID读写器设计与制作

RFID技术及应用实训报告 题目: 13.56MHz RFID读写器设计与制作班级: 学号: 姓名: 指导教师: 二〇一五年七月一日

目录 第1章RFID读写器的设计与制作 (1) 1.1 读写器组成与分析 (1) 1.2 读写器原理图与PCB设计 (2) 1.2.1 读写器原理图 (2) 1.2.2 读写器PCB设计 (4) 1.3 读写器装配与功能测试 (5) 1.3.1 装配 (5) 1.3.2 功能调试 (5) 第2章RFID上位机软件开发与调试 (6) 2.1 数据访问层设计与实现 (6) 2.1.1 数据访问层设计 (6) 2.1.2 实现过程及代码分析 (6) 2.2 窗体表示层设计与实现 (7) 2.2.1 设计与实现 (7) 总结 (9)

第1章RFID读写器的设计与制作 1.1 读写器组成与分析 13.56MHz RFID读写器广泛用于校园一卡通，公交自动收费系统等。读写器一般由单片机最小系统电路、Mifare读写接口电路、天线匹配电路、声光提示电路、USB转串口通信接口电路及电源电路组成。如图1-1所示。 图1-1 读写器的组成 单片机最小系统由STC89C52单片机，时钟电路和复位电路组成，其中时钟电路与单片机的14,15号引脚相连，复位电路与单片机的4号引脚相连；Mifare 读写接口电路的C4、C5、X2构成振荡电路，提供给MF RC500的时钟作为同步系统编码器和解码器的时基。MF RC500的5,7和29引脚分别为射频信号收发端，需通过天线匹配电路连接天线；天线匹配电路利用变压器原理实现读写器和无源标签之间的能量传递和双向发送数据，因此要求读写器与标签一样，要有天线线圈；读卡器在读卡时需要声光提示，电路中三极管Q1、电阻R5、蜂鸣器Buz1构成声音提示电路，由单片机的P1.0口控制，在P1.0口输出低电平时，Buz1蜂鸣；发光二极管D1、电阻R4构成光提示电路，由单片机的P1.7口控制，在P1.7口输出低电平时，D1点亮。

RFID芯片T5557及其FSK读写器电路设计

T5557的Atmel公司生产的非接触式无源可读写RFID器件，这的工作频率（载波）为125kHz。可兼容e555x系列芯片。T5557芯片具有以下主要特性： *具有75pF的片上谐振电路电容； *独立的64位可追踪数据存储器； *EEPROM中的配置存储器可能设置芯片工作参数； *数据速率可在RF/2和RF/128之间的以2的幂次可选； *编码方式：NRZ、曼彻斯特及Biphase码； *调制方式：FSK、PSK、直接； *具有请求应答（AOR）、密码、常规读、直接访问等多种工作模式； *具有写保护特性； *OTP（一次可编程）功能。 2 T5557的应用系统构成 T5557的典型应用系统构成图如图1所示。图中，读写器向T5557（亦称之为tag）传送射频能量和读写命令，同时接收T5557芯片以负载调制方式送来的数据信号。

3 内部组成及工作原理 3．1 内部组成电路 实际上，T5557芯片的内部电路组成框图也示于图1，从图中可以看出，它由模拟前端、写解码、比特率产生器、调制器、模式寄存器、控制器、存储器、编程用高压产生器、测试逻辑等电路构成。其中：模拟前端电路主要完成芯片模拟信号的处理和变换，包括电流产生、时钟提取、载波中断（空隙gap）检测、负载调制、ESD保护等电路；写解码电路主要在读写器向芯片写数据时，用来解读有关写操作码，并对写数据流进行校验；HV产生器可产生对EEPROM进行编程写入所需的高电压；控制器主要完成四种功能：一是在上电（POR）有效后及读期间，用配置存储器数据（在EEPROM的块0中，见后述）装载模式寄存器，以保证芯片按设置方式工作。二是控制对存储器的访问。三是处理写命令和数据写入。四是在密码模式中，将接收操作码后的32位值与存贮的密码进行比较和判别；调制器用于实现FSK、PSK 调制；T5557具有330位EEPROM存储器，其结构如图2所示，分为页0和页1两页。页0的块0是配置存储器。每块的位0是块锁存位，一旦锁存置位，本块（包括锁存位）不能通过射频再次编程。T5557中EEPROM的可追踪数据是指Atmel在生产制造测试过程所保留的众多识别数据，可供查询，这是e555x系列没有的。 此外，T5557中配置存储器的功能结构位图如图3所示。 3．2 T5557的初始化及读写器通信 电源上电后（POR有效），T5557将对存储在EEPROM块0中的数据进行初始化，此时若图3中的POR位为0，则在约3ms后按块0的调制参数设置进行调制。若需置位POR，则其初始化时间约为67ms。在卡（tag）与读写器进行通信时：通常由卡将存贮在EEPROM中的数据以负载调制方式循环送至读写器。根据传送数据循环组织方式的不同又可分为常规（regular）读模式、块读模式和序列终止符模式。具体如下：

RFID标签天线及读写器设计制造

RFID标签天线及读写器设计制造 1 芯片设计及制造 1.1 芯片设计技术 按照能量供给方式的不同，RFID标签可以分为被动标签，半主动标签和主动标签，其中半主动标签和主动标签中芯片的能量由电子标签所附的电池提供，主动标签可以主动发出射频信号。按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。不同频段标签芯片的基本结构类似，一般都包含射频前端、模拟前端、数字基带和存储器单元等模块。其中，射频前端模块主要用于对射频信号进行整流和反射调制；模拟前端模块主要用于产生芯片内所需的基准电源和系

统时钟，进行上电复位等；数字基带模块主要用于对数字信号进行编码解编码以及进行防碰撞协议的处理等；存储器单元模块用于信息存储。 目前，发达国家在多种频段都实现了RFID标签芯片的批量生产，模拟前端多采用了低功耗技术，无源微波RFID 标签的工作距离可以超过1米，无源超高频RFID标签的工作距离可以达到5米以上，功耗可以做到几个微瓦，批量成本接近十美分。 射频标签的通信标准是标签芯片设计的依据，目前国际上与RFID相关的通信标准主要有:ISO/IEC 18000标准（包括7个部分，涉及125KHz, 13.56MHz, 433MHz, 860－960MHz, 2.45GHz等频段），ISO11785（低频），ISO/IEC 14443标准（13.56MHz），ISO/IEC 15693标准（13.56MHz），EPC 标准（包括Class0, Class1和GEN2等三种协议,涉及HF和UHF两种频段）,DSRC标准（欧洲ETC标准，含5.8GHz）。目前电子标签芯片的国际标准出现了融合的趋势，ISO/IEC 15693标准已经成为ISO18000－3标准的一部分，EPC GEN2标准也已经启动向ISO18000－6 Part C标准的转化。