RFID讀寫器設(shè)計

1、基于intel r1000的超高頻rfid讀寫器設(shè)計時間：2009-05-22 09:37:12 來源：現(xiàn)代電子技術(shù) 作者：黃志敏，李 鵬，高 遠(yuǎn)，沈少武，徐斌富 武漢大學(xué)摘 要：設(shè)計并提出一種超高頻射頻識別系統(tǒng)讀寫器設(shè)計的新方案。該讀寫器采用intel r1000收發(fā)器芯片、w78e365微控器，符合is0 180006c和epc global gen 2標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為860960 mhz，讀寫距離在210 m之間。同時給出讀寫器硬件系統(tǒng)的組成和軟件工作流程，并針對同時讀取多張卡的情況進行分析，實現(xiàn)了防沖突算法。該讀寫器支持ssb一ask和dsb-ask雙重調(diào)制方式，可根據(jù)需要改變使用天線

2、的單、雙模式。關(guān)鍵詞：is0 18000-6c；epc global gen 2；射頻識別；r10000 引 言 rfid技術(shù)是一種非接觸的自動識別技術(shù)，通過無線射頻的方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。rfid系統(tǒng)通常主要由電子標(biāo)簽、讀寫器、天線3部分組成。讀寫器對電子標(biāo)簽進行操作，并將所獲得的電子標(biāo)簽信息反饋給pc機。射頻識別技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，逐漸被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通運輸、防偽、跟蹤及軍事等方面。按工作頻段不同，rfid系統(tǒng)可以分為低頻、高頻、超高頻和微波等幾類。目前，大多數(shù)rfid系統(tǒng)為低頻和高頻系統(tǒng)，但超高頻頻段的rfid系統(tǒng)具有操作距離遠(yuǎn)，通信速度快，

3、成本低，尺寸小等優(yōu)點，更適合未來物流、供應(yīng)鏈領(lǐng)域的應(yīng)用。盡管目前，rfid超高頻技術(shù)的發(fā)展已比較成熟，也已經(jīng)有了一些標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)簽的價格也有所下降；但rfid超高頻讀寫器卻有變得更大，更復(fù)雜和更昂貴的趨勢，其消耗能量將更多，制造元件達數(shù)百個之多。然而，這里的設(shè)計采用高度集成的r1000，可以解決上述問題，既可降低芯片設(shè)計中的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本，又能使制造商制造出體積更小，更有創(chuàng)新性的讀寫器，從而開拓新的rfid應(yīng)用領(lǐng)域。l 讀寫器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 該設(shè)計選用w78e465作為主控模塊，intelr1000收發(fā)器作為射頻模塊。該設(shè)計可以作為手持終端，并用rs 232串行通信模塊和電平轉(zhuǎn)換接口max232與

4、上位機相連。系統(tǒng)硬件原理見圖1。11 主控模塊 w78e365是具有帶isp功能的flash eprom的低功耗8位微控制器，可用于固件升級。它的指令集與標(biāo)準(zhǔn)8052指令集完全兼容。w78e365包含64 kb的主rom，4 kb的輔助flash eprom，256 b片內(nèi)ram；4個8位雙向、可位尋址的i0口；一個附加的4位io口p4；3個16位定時計數(shù)器及1個串行口。這些外圍設(shè)備都由有9個中斷源和4級中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。為了方便用戶進行編程和驗證，w78e365內(nèi)含的rom允許電編程和電讀寫。一旦代碼確定后，用戶就可以對代碼進行保護。 w78e365內(nèi)部rom僅64 kb，內(nèi)存太小，故

5、采用at29c256作為外擴rom。線路連接見圖2。12 收發(fā)模塊 射頻模塊采用intel r1000收發(fā)器。r1000內(nèi)包含了一個能源擴大器，使得它可以在近距離或者2 m內(nèi)對標(biāo)簽進行編碼和閱讀，而具體距離由讀寫器所使用的天線決定。有了額外的外部能源擴大器，使用r1000讀寫器的讀寫范圍可以達到10 m。r1000必須與單獨的微處理器連接，這個微處理器可以把由r1000數(shù)字信息處理器產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成epc或者18000-6c格式的代碼，其工作頻率為860960 mhz，共有56個引腳，采用018msige bicmos先進工藝，體積僅為8 mm8 mm，功耗只有15 w左右，具有很高的集成

6、度。 r1000與w78e365的連接見圖3。射頻信號經(jīng)天線進入電橋，輸出信號被分為兩路，一路信號經(jīng)過帶通濾波器和不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換進入r1000的射頻輸入口。另一路信號經(jīng)不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換進人r1000的本振輸入口。這兩路信號在r1000內(nèi)部經(jīng)過解調(diào)和模數(shù)轉(zhuǎn)換等一系列操作后，將所得的數(shù)字信息送給w78e365。w78e365對收到的信號經(jīng)解碼和校驗，將所得信息送往上位機，并將其對r1000的命令編碼和加密后發(fā)送給r1000。這些命令在r1000內(nèi)部經(jīng)過調(diào)制和pa，再經(jīng)過平衡到不平衡的轉(zhuǎn)換和濾波，由天線發(fā)射出去。數(shù)字模塊中的時鐘驅(qū)動來自于外部tcxo產(chǎn)生的24 mhz參考頻率。系統(tǒng)中通過-da

7、cs的信號頻率為24 mhz；通過-adcs的信號頻率為48 mhz。 r1000內(nèi)部集成了接收器和發(fā)射器。實質(zhì)上，接收器是一個零中頻接收機。下變頻后，直流的大部分被復(fù)位，由交流耦合電容器濾除。模擬中頻濾波器提供粗略的頻道選擇。它具有可編程帶寬滿足大范圍的數(shù)字通過率。該濾波器可以配置成兩個實際的低通濾波器，也可以配置成復(fù)雜的單相帶通濾波器。經(jīng)濾波后，i，q信號被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。濾波器中自動中頻增益的升高會降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍。 r1000中，發(fā)射器支持同相正交矢量調(diào)制和極化調(diào)制。前者，用于ssb-ask調(diào)制和反相幅移鍵控調(diào)制；后者，用于dsb-ask。在這兩種調(diào)制方式下，數(shù)字模塊

8、產(chǎn)生的信號，經(jīng)過一數(shù)模轉(zhuǎn)換器和重建濾波器轉(zhuǎn)換成模擬信號。 在ssb-ask調(diào)制方式下，基帶編碼信號經(jīng)希爾伯特濾波器產(chǎn)生復(fù)合的同相信號i和正交信號q，經(jīng)-數(shù)模轉(zhuǎn)換器將i，q數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，進入模擬模塊，該模擬信號經(jīng)天線發(fā)射出去。在pr-ask調(diào)制方式下，用混頻器將信號反相彌補am部分的時延，反相時延控制有一個可編程時延，使極化調(diào)制的相位與幅度之問的時間錯誤趨于最小值。在dsb-ask調(diào)制方式下，基帶編碼和脈沖信號同樣也經(jīng)過希爾伯特濾波器產(chǎn)生一個復(fù)合的i，q信號。所不同的是脈沖成型信號預(yù)先進行了扭曲，這樣可以補償調(diào)幅傳遞函數(shù)中的非線性。這個經(jīng)過預(yù)先扭曲的調(diào)幅控制信號經(jīng)過-數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模

9、擬信號，最后通過天線發(fā)射出去。 基于功率要求和調(diào)制方式的不同，r1000有全功率非線性，低功率非線性和線性3種發(fā)射模式。在dsb-ask調(diào)制模式下。r1000采用全功率非線性發(fā)射模式。為了發(fā)射r1000允許的天線上最大發(fā)射功率值為+30 dbm，需在r1000外部接1個pa。采用classc極化調(diào)制能夠提高系統(tǒng)的功率效率。在這種發(fā)射方式下，只有在dsbask調(diào)制方式才有效。低功率非線性發(fā)射模式與全功率非線性發(fā)射模式相似，只是外部不再需要pa。相反，只使用內(nèi)部較低的輸出功率，在這種發(fā)射方式下只有dsbask調(diào)制方式有效。在線性發(fā)射模式下，r1000的paout信號與外部線性pa相連，這是因為ss

10、bask調(diào)制方式要求1個線性的pa。需要指出的是在r1000外部接1個pa時，會增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，但同時放大了傳輸信號的功率，使信號傳輸距離更遠(yuǎn)，提高了讀寫器的讀寫距離。13 天線 對intel r1000超高頻收發(fā)器，基于不同的天線子系統(tǒng)，天線有兩種配置情況。第一種情況是單天線模式。在這種情況下，用一個回路來隔離發(fā)射路徑和接收路徑，每根天線都具備接收器和發(fā)射器的功能。第二種情況是雙天線模式。同樣用分離的天線將接收器和發(fā)射器連接起來，通常情況下，兩根獨立的天線由一個開關(guān)控制，每根天線僅具備接收器功能或發(fā)射器功能。 對單天線模式，因天線的反射系數(shù)并不理想，所以接收增益不能太大，會有飽和的問題。以

11、r1000的高接收靈敏度，可以搭配-10 db左右的coupler，視整體線路的隔離而定；對于雙天線模式，天線的收發(fā)隔離比較理想，接收路徑可以使用高增益。 該設(shè)計采用雙天線模式，用矩形微帶天線和同軸電纜構(gòu)成讀寫器的天線。該微帶天線的基板材料采用介電常數(shù)比較高的陶瓷基片，厚0635 mm。天線寬為705 mm，長為52689 mm，微帶線寬度為0598 mm，饋電點選取在天線寬邊中心。經(jīng)過ads仿真，該天線中心頻率為915 mhz。為減小天線反射系數(shù)，達到較理想的匹配，對天線串聯(lián)一根長度為18471 mm，阻值為50的傳輸線，然后再并聯(lián)一根長度為24678 mm，阻值為50的傳輸線。經(jīng)ads仿真

12、優(yōu)化得知，在中心頻率915 mhz處，天線最大輻射方向上的方向性系數(shù)為3535；效率為40087；增益為1417。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計21 主程序 若系統(tǒng)在pc機的監(jiān)控下工作，則系統(tǒng)與pc機之間是主從通信模式。系統(tǒng)收到pc機的命令便進入初始化狀態(tài)，按照主控程序進行相應(yīng)的工作。處理完畢后，將所得信息送往pc機。主程序流程見圖4。22 軟件設(shè)計 該設(shè)計采用曼徹斯特編碼方式，用2位二進制數(shù)來表示一位二進制數(shù)據(jù)信息。編碼波形的上升沿用01來表示，對應(yīng)數(shù)據(jù)信息0；下降沿用10來表示，對應(yīng)數(shù)據(jù)信息1。首先，對w78e365進行初始化，使計數(shù)器to工作在16位定時器工作模式下；t1工作在計時器工作模式下，對t0

13、，t1賦初值，使： tlo1=(最大計時次數(shù)一要計數(shù)次數(shù))256 tho1=(最大計時次數(shù)一要計數(shù)次數(shù))256然后，設(shè)同步脈沖定時值為一位半碼寬，將有效數(shù)據(jù)編碼采用半位碼寬定時。接著啟動定時器t0，檢測同步沿的到來。若檢測不到同步沿的到來，則繼續(xù)檢測；若檢測到同步沿的到來，則開始讀端口狀態(tài)，并啟動計時器t1。當(dāng)檢測到下一跳變沿到來時，使計數(shù)器數(shù)目加1，且將對應(yīng)端口數(shù)字1編碼為10，對應(yīng)端口數(shù)字0編碼為01。之后進入下一輪循環(huán)，直至計數(shù)器數(shù)目達到碼長為止。按照上面操作就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的編碼。同理，在進行解碼時只要按照相反的逆操作進行即可。 多字節(jié)crc校驗的方法一般是移位法。這種方法執(zhí)行起來速度

14、較慢，但是其需要的空間?。涣硪环N方法是查表法，即預(yù)先把多字節(jié)可能產(chǎn)生的余式計算出來組成一個余式表，直接查表而不進行二進制的除法。這是一種快速的方法，但是需要很大的空間。用標(biāo)準(zhǔn)crc一16進行校驗，則需要至少12 kb，對于mcu來說是很不利的，故選擇前者。 該設(shè)計采用流密碼加密算法，將明文m分割成字符串和比特串m=m0，m1，mj,，并逐位加密：ek(m)=ek0(m0)，ekl(m1)，ekj(mj)，其中密鑰流是k=k0，k1，kj。對明文加密就是將k和m對應(yīng)的分量分別進行模2相加，得到密文序列c。在接收端，合法的接收者將密文序列c與上述密鑰序列進行簡單的模2相加，將原來的明文恢復(fù)出來。序

15、列密碼使用一個比特流發(fā)生器，以產(chǎn)生隨機二進制數(shù)字流，稱為密碼比特流。密碼比特流直接作為密鑰使用，而且其長度與明文報文的長度相等?？紤]到比特流發(fā)生器不是真正隨機的實際情況，流密鑰生成器用線性反饋移位寄存器構(gòu)造。23 防碰撞程序 該設(shè)計采用非基于位碰撞的二進制算法來實現(xiàn)防碰撞。防碰撞流程如圖5所示。 具體流程如下： (1)發(fā)送request命令給應(yīng)答器； (2)發(fā)送group-select命令和ungroup-select命令給所有應(yīng)答器，使所有或部分應(yīng)答器參與沖突判斷過程： 若有沖突，讀寫器發(fā)送fail命令給選定應(yīng)答器，直到?jīng)]有沖突； 若沒有沖突，讀寫器發(fā)送select命令給應(yīng)答器， 選定該應(yīng)答

16、器。 (3)發(fā)送data-read命令給選定的應(yīng)答器： 若正確接到應(yīng)答器反饋的信息，讀寫器發(fā)送success命令給選定應(yīng)答器； 若未正確接收到應(yīng)答器反饋的信息，發(fā)送一定次數(shù)resend命令給選定應(yīng)答器。超過該次數(shù)則認(rèn)為有沖突，進入步驟(2)的。 (3)當(dāng)讀寫器讀寫信息成功后，讀寫器對選定應(yīng)答器發(fā)送unselect命令，使應(yīng)答器進入完全非激活的狀態(tài)，不再應(yīng)答讀寫器發(fā)送的命令。 為了重新活化應(yīng)答器，必須暫時離開讀寫器的作用范圍，以實行復(fù)位。通過以上程序就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的防沖突功能。3 結(jié) 語 設(shè)計在modelsire 61中進行功能和時序仿真，并通過altera quartus60的stratix

17、epl slof484c5器件綜合。結(jié)果表明，該算法使用的寄存器為347，比基于位碰撞的算法使用的寄存器數(shù)少得多，節(jié)省了硬件資源。最大讀寫標(biāo)簽數(shù)為3 595，讀寫速度可達每秒1 000個標(biāo)簽，防碰撞算法效率接近50，比傳統(tǒng)算法具有更高的tdma信號利用率及平均識別效率。支持ssb-ask和dsb-ask雙重調(diào)制方式，具備單、雙天線模式，體積小，集成度高，可作為手持終端，且能夠在各種環(huán)境下即插即用。rfid在商品防偽領(lǐng)域的應(yīng)用時間：2009-05-21 16:11:10 來源：計算機與信息技術(shù) 作者：張翼凌 黎明0 引言 激光防偽、熒光防偽、磁性防偽、溫變防偽、特種制版印刷等是目前通常使用的防偽

18、技術(shù)手段，這些技術(shù)在一段時間內(nèi)一定程度上發(fā)揮著防偽的作用，但到目前為止上述防偽技術(shù)還不完善，未能有效地制止假冒的行為。 rfid防偽技術(shù)的探索和應(yīng)用，不僅將為企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟效益，還將為國家相關(guān)管理部門有效的監(jiān)管企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營狀況，打擊和取締非法生產(chǎn)活動，維護社會秩序穩(wěn)定，為國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)保障。同時有利于提高管理效率，降低運作成本。 無線射頻識別技術(shù)rfid（radio frequency identification）是自動識別技術(shù)的一種，它通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對目標(biāo)加以識別。rfid應(yīng)用于防偽是將極小芯片貼在所需防偽的物品上，利用射頻技術(shù)將芯片內(nèi)存儲的資

19、料傳遞到系統(tǒng)終端加以辨認(rèn)，是目前一項研究熱點。它無需直接接觸即可完成信息輸入和處理，且操作方便快捷。能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、醫(yī)療、交通運輸和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域。 1 rfid系統(tǒng)組成和原理1.1 系統(tǒng)組成 一個最基本的rfid系統(tǒng)一般是由存儲標(biāo)識物信息的芯片即電子標(biāo)簽（tag）、用于寫入和讀出標(biāo)簽數(shù)據(jù)的閱讀器（reader，也可稱為讀頭）以及天線組成。為了能實現(xiàn)對標(biāo)簽數(shù)據(jù)的處理，還需具備相應(yīng)的計算機系統(tǒng)支持。 （1）電子標(biāo)簽(tag，即射頻卡)：是rfid 的核心部件，它被裝置于被識別的物體上，存儲著一定格式的電子數(shù)據(jù)，即關(guān)于此物體的詳細(xì)信息。標(biāo)簽類似于條碼技術(shù)中的條碼符

20、號，但不同的是必須能夠自動或半自動地把存儲的信息發(fā)射出去。電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片組成。標(biāo)簽芯片是具有無線收發(fā)功能和存儲功能的單片系統(tǒng)(s0c)，其中存儲有約定格式的編碼數(shù)據(jù)，用來唯一標(biāo)識所附著的物體。它是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，具有智能讀寫及加密通信的能力。 （2）閱讀器：它能夠自動以無接觸的方式讀取電子標(biāo)簽所存儲的電子數(shù)據(jù)，是rfid系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器與電子標(biāo)簽之間存在著通信協(xié)議，彼此互傳信息。每當(dāng)黏附有電子標(biāo)簽的物體通過它的讀取范圍時，就向標(biāo)簽發(fā)射無線電波，然后標(biāo)簽回送自身儲存的物體信息，整個過程是非接觸式的。 （3）天線(antenna)：在電子標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信

21、號。閱讀器上連接的天線一般做成門框形式，放在被測物品進出的通道口，它一方面給無源的電子標(biāo)簽發(fā)射無線電信號提供電能以激活電子標(biāo)簽；另一方面也接收電子標(biāo)簽上發(fā)出的信息。在每個電子標(biāo)簽上也有自己的微形天線，用于和閱讀器進行通訊。1.2 rfid系統(tǒng)的工作原理 rfid系統(tǒng)的工作原理示意圖參見圖1。通常電子標(biāo)簽安置在物體上，閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號；當(dāng)電子標(biāo)簽進入閱讀器的電波接收覆蓋范圍時，其微形天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活并向閱讀器發(fā)送識別所需的數(shù)據(jù)等信息（電子標(biāo)簽從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出指令送到控制邏輯，控制邏輯接收指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作）；閱讀器接收到來自電

22、子標(biāo)簽的載波信號，對信號進行解調(diào)和解碼后送至計算機主機進行處理；計算機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該標(biāo)簽的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號。圖12 rfid的優(yōu)點 rfid具有如下的優(yōu)點： （1）讀取方便 數(shù)據(jù)的讀取免“接觸”，無需光源，甚至可以透過外包裝來進行。有效識別距離大，采用自帶電池的主動標(biāo)簽時，有效識別距離可達到30米以上。 （2）識別速度快 電子標(biāo)簽一進入識別場所，閱讀器就可以即時讀取其中的信息，而且能夠同時處理多個電子標(biāo)簽，實現(xiàn)批量識別。 （3）容易實現(xiàn)小型化和多樣化的形狀 電子標(biāo)簽在讀取上并不受尺寸大小與形狀之限制。它的體積小，易封裝，外形多樣(如卡狀、環(huán)狀、鈕

23、扣形、筆形等)，可以隱藏或者嵌入在大多數(shù)材料或產(chǎn)品內(nèi)，使被標(biāo)記的貨品更加美觀。可應(yīng)用于不同場合，使用非常方便。 （4）數(shù)據(jù)的記憶容量大通常數(shù)據(jù)容量最大的二維條形碼(pdf417)，最多也只能存儲2725個數(shù)字，若包含字母，存儲量則會更少，電子標(biāo)簽則可以根據(jù)用戶的需要擴充。目前市場上生產(chǎn)的電子標(biāo)簽芯片，存儲數(shù)據(jù)量最低的也有17位二進制數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于條形碼的數(shù)據(jù)量。未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，數(shù)據(jù)容量會隨著記憶規(guī)格的發(fā)展而擴大，對此電子標(biāo)簽不會受到限制。 （5）穿透性 rfid在識別時能透過泥漿、污垢、油漆涂料、油污、木材、水泥、塑料、水和蒸汽等非金屬材料閱讀標(biāo)簽，不必一定與電子標(biāo)簽載體直接接

24、觸。數(shù)據(jù)傳輸使用較高的頻段，利用無線電原理傳輸信號，電子標(biāo)簽即使被諸如上述的紙張、木材、塑料等包裹時仍然可以進行穿透性通訊。 （6）耐環(huán)境性 rfid在黑暗或臟污的環(huán)境之中，也可以讀取數(shù)據(jù)。它對水、油和藥品等物質(zhì)有較強的抗污性，不像紙張一受到臟污就會看不到，甚至在惡劣環(huán)境下也可以使用，工作溫度可達-25+70，因此電子標(biāo)簽成為骯臟、潮濕和刺目等惡劣環(huán)境下閱讀的理想選擇。 （7）使用壽命長，應(yīng)用范圍廣 電子標(biāo)簽的使用壽命可長達10年以上，讀寫10萬次，無機械磨損、無機械故障。 （8）更好的安全性 電子標(biāo)簽的編號獨一無二，可以為存儲數(shù)據(jù)的讀寫設(shè)置密碼保護，還可以通過一種加密運算加入防偽識別碼。只要

25、通過聯(lián)網(wǎng)或生產(chǎn)廠商的防盜識別設(shè)備如閱讀器等掃描，立即可以分辨產(chǎn)品的真?zhèn)?，具有更高的安全性?（9）成本 電子標(biāo)簽價格將隨著技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)規(guī)模的擴大而降低。3 rfid在商品防偽中的應(yīng)用 防偽的原理是：將商品識別號（id）即防偽碼（它是通過硬件或軟件算法進行加密）寫在rfid芯片中，這個id在生產(chǎn)、銷售等所有環(huán)節(jié)中是唯一的；芯片被制作成電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽被附加在商品上，使它成為商品不可分割的一部分。當(dāng)電子標(biāo)簽“被迫”與商品分離時，商品的“完整性”被破壞，商品被認(rèn)為已被“消費”，防偽結(jié)束。在上述環(huán)節(jié)中，通過各種技術(shù)手段保證此id驗證過程是不可偽造和篡改的。如果驗證機制被偽造，則會出現(xiàn)偽造的商品；

26、如果驗證過程被篡改，則導(dǎo)致真品被“證偽”從而擾亂市場。這樣，在商品從生產(chǎn)、流通到消費的全過程中，都只有一個被唯一id標(biāo)識的擁有唯一驗證手段的商品存在，從而達到防偽的目的。rfid電子標(biāo)簽的識別id數(shù)據(jù)是只讀的，不可更改。為了防止造假者使用相同id的偽造電子標(biāo)簽，在防偽標(biāo)簽中還可以寫入一個與id關(guān)聯(lián)的也具有唯一性的隱秘信息“密鑰”，用于鑒別驗證過程的唯一性。因此防偽標(biāo)簽id唯一，芯片中隱秘驗證信息唯一以及嚴(yán)格的加密認(rèn)證機制，可使防偽技術(shù)長期有效。 國內(nèi)人們常用的商品，諸如酒類、化妝品、醫(yī)藥保健品等中的一些名牌，假冒偽劣商品出現(xiàn)市場會嚴(yán)重影響這些名牌商品的信譽，影響國家的經(jīng)濟建設(shè)，其防偽很具必要性

27、。 rfid防偽技術(shù)突破了以往防偽技術(shù)的思路，采取了一種新舉措，使其具有難以偽造性、易于識別性、信息反饋性、密碼唯一性、密碼保密性、使用一次性等特點。利用rfid技術(shù)防偽，與激光防偽、數(shù)字防偽等相比，其優(yōu)點在于：每個標(biāo)簽有一個唯一的id號碼，此唯一id是在制作芯片時放在rom中的，無法修改、難以仿造；無機械磨損，防污損；閱讀器具有不直接對最終用戶開放的物理接口，保證其自身的安全性；數(shù)據(jù)安全方面除電子標(biāo)簽的密碼保護外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理；閱讀器與電子標(biāo)簽之間存在相互認(rèn)證的過程等。4 結(jié)束語 應(yīng)用rfid防偽無論采用何種方式，還要確保鑒別儀器的安全問題。只有這樣，才可以真正起到防偽作

28、用。目前，我國rfid主要應(yīng)用于物流管理、醫(yī)療領(lǐng)域、貨物和危險品的監(jiān)控追蹤管理、民航的行李托運及路橋的不停車收費等方面。可以預(yù)測，rfid的應(yīng)用會孕育一個龐大的市場，是一個新的經(jīng)濟增長點，它的潛力和前景將是非常誘人的。rfid技術(shù)所獨有的優(yōu)勢，將在全球形成一個巨大的產(chǎn)業(yè)，值得各個領(lǐng)域加以關(guān)注。rfid讀寫器的設(shè)計時間：2009-04-20 09:21:22 來源：現(xiàn)代電子技術(shù) 作者：田徑，儲海兵 東南大學(xué)摘 要：為了掌握rfid技術(shù)并應(yīng)用，介紹一個基于u2270b的125 khz的射頻卡讀寫器。它主要用軟件實現(xiàn)射頻信號的調(diào)制和解調(diào)，進而實現(xiàn)了對temic卡讀和寫操作，且利用ch375芯片實現(xiàn)系

29、統(tǒng)的usb通信及數(shù)據(jù)傳輸，及利用sd卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)及原始數(shù)據(jù)庫存儲，利用sd卡橋接芯片w86l388d實現(xiàn)簡單的sd卡sd模式通信操作。該讀卡器在解決實際問題時取得了很好的效果，相時于傳統(tǒng)條形碼識別有巨大優(yōu)勢，且引入usb和sd技術(shù)。關(guān)鍵詞：rfid；usb；sd；u2270b；ch375；w86l388d；temic；em4100o 引 言 射頻識別(radio frequency identification，rfid)是利用感應(yīng)、電磁場或電磁波為傳輸手段，完成非接觸式雙向通信，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的一種自動識別技術(shù)。射頻識別卡最大的優(yōu)點就在于非接觸，因此完成識別工作時無須人工干預(yù)，適于實現(xiàn)自動化且不

30、易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便。目前，射頻識別技術(shù)己經(jīng)廣泛使用，準(zhǔn)備接替目前許多人工完成的工作程序。 rfid技術(shù)是一個嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，它不僅涵蓋了射頻技術(shù)，還包含了射頻技術(shù)、密碼學(xué)、通信原理和半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一個多學(xué)科綜合的新興學(xué)科。因此，對rfid技術(shù)的認(rèn)識和研究具有深遠(yuǎn)的理論意義。隨著21世紀(jì)數(shù)字化時代的到來，基于遠(yuǎn)程信息化網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和移動商務(wù)的社會需求，rfid技術(shù)智能管理系統(tǒng)將在各個領(lǐng)域中發(fā)揮巨大的作用。rfid技術(shù)正在成為一個新的經(jīng)濟增長點，在全球范圍內(nèi)蔓延開來，研究開發(fā)rfid技術(shù)有著巨大的經(jīng)濟效益和社會意義。 一個典型的rfid系統(tǒng)一

31、般由rfid標(biāo)簽、讀寫器以及計算機系統(tǒng)等部分組成。其中rfid標(biāo)簽中一般保存有約定格式的編碼數(shù)據(jù)，用以惟一標(biāo)識標(biāo)簽所附著的物體。與傳統(tǒng)的識別方式相比，rfid技術(shù)無需直接接觸、無需光學(xué)可視、無需人工干預(yù)即可完成信息輸入和處理，且操作方便快捷。能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，并且認(rèn)為是條形碼標(biāo)簽的未來代替品。rfid系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。 讀寫器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號：當(dāng)rfid標(biāo)簽進入讀寫器工作場時，其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而rfid標(biāo)簽獲得能量被激活并向讀寫器發(fā)出自身編碼等信息；讀寫器接收到來自標(biāo)簽的載波信

32、號，對接收的信號進行解調(diào)和解碼后送至計算機主機進行處理；計算機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該標(biāo)簽的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號；rfid標(biāo)簽的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接收指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。 rfid針對常用的接觸式識別系統(tǒng)的缺點加以改良，采用射頻信號以無線方式傳送數(shù)據(jù)資料，因此識別卡不必與讀卡機接觸就能讀寫數(shù)據(jù)資料。1 系統(tǒng)總體簡介 本系統(tǒng)以at89252單片機為控制核心，利用rfid讀寫基站u2270b對temic公司的射頻卡(本系統(tǒng)使用em4100卡)進行數(shù)據(jù)的讀寫。在通信方面使用usb高速通信接口，采用南京沁恒

33、公司的usb主控芯片ch375。數(shù)據(jù)庫的存儲管理利用sd卡。系統(tǒng)總體框如圖2所示。2 rfid讀寫模塊 u2270b的載波頻率為100150 khz，其調(diào)制方式為曼徹斯特碼和雙相位碼。u2270b的電源供給可為5 v的穩(wěn)壓電源或者是12 v的汽車蓄電池。它可以為rf場提供能量，其中在短距離運用時，外圍驅(qū)動電路簡單。u2270b還具有信號微調(diào)能力，而且其讀寫距離可達710 cm。u2270b還具有電壓輸出功能可以給微處理器或其他外圍電路供電。u2270b具有省電模式和standby控制可選，所以設(shè)計基站電路時可以按照功能的不同要求，設(shè)計基站的外圍電路。具體電路圖如圖3所示。 本系統(tǒng)采用9 v電池

34、供電，并通過standby端進行省電模式的控制。同時通過橋式二極管來增強讀寫距離。 通過調(diào)整rf引腳所接電阻的大小，可以將內(nèi)部振蕩頻率固定在150 khz，然后通過天線驅(qū)動器的放大作用，在天線附近形成150 khz的射頻場，當(dāng)射頻卡進入該射頻場內(nèi)時，由于電磁感應(yīng)的作用，在射頻卡的天線端會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，該感應(yīng)電勢也是射頻卡的能量來源。 數(shù)據(jù)寫入射頻卡采用場間隙方式，即由數(shù)據(jù)的“o”和“1”控制振蕩器的啟振和停振，并由天線產(chǎn)生帶有窄間歇的射頻場，不同的場寬度分別代表數(shù)據(jù)“o”和“1”，這樣完成將基站發(fā)射的數(shù)據(jù)寫入射頻卡的過程，對場的控制可通過控制芯片的第6腳(cfe端)來實現(xiàn)。 由射頻卡返回的數(shù)據(jù)

35、流可采用對射頻卡天線的負(fù)載調(diào)制方式來實現(xiàn)。射頻卡的負(fù)載調(diào)制會在基站天線上產(chǎn)生微弱的調(diào)幅，這樣，通過二極管對基站天線電壓的解調(diào)即可回收射頻卡調(diào)制數(shù)據(jù)流。應(yīng)當(dāng)說明，與u2270b配套的射頻卡返回的數(shù)據(jù)流采用的是曼徹斯特編碼形式。由于u2270b不能完成曼徹斯特編碼的解調(diào)，因此解調(diào)工作必須由微處理器來完成，這也是u2270b的不足之處。3 射頻卡模塊 射頻卡選用的em4100卡是由瑞士微電生產(chǎn)的一款用于只讀射頻卡信息傳輸?shù)募尚酒?。射頻卡由ic芯片、感應(yīng)線圈組成，coil1與coil2為感應(yīng)線圈接口。全波整流電路、csup可以將線圈感應(yīng)產(chǎn)生的能量保存供給芯片作為工作電源；時鐘選取電路將篩選頻率125

36、 khz的載波作為時序發(fā)生電路的基準(zhǔn)時鐘源；內(nèi)存中64位數(shù)據(jù)依次串行輸出，通過編碼模塊輸出曼徹斯特碼；最后信號通過調(diào)制電路再由感應(yīng)線圈發(fā)射出去。圖4為em4001芯片內(nèi)部功能圖。 em4100全部的數(shù)據(jù)位為64位，它包含9個開始位(其值均為1)、40個數(shù)據(jù)位(8個廠商信息位+32個數(shù)據(jù)位)、14個行列奇校驗位(10個行校驗+4個列校驗)和1個結(jié)束停止位。em4100在向讀卡機或pc機傳送信息時，首先傳送9個開始位，接著傳送8個廠商信息或版本代碼，然后再傳送32個數(shù)據(jù)位。其中15個校驗以及結(jié)束位用于跟蹤包含廠商信息在內(nèi)的40位數(shù)據(jù)。當(dāng)em4001上電初始化后，便依次將這64位數(shù)據(jù)反復(fù)輸出，直到卡

37、片離開基站讀寫器失電為止。圖5為em4100芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)信息采用曼徹斯特編碼，然后調(diào)制到載波上，影響感應(yīng)線圈工作。數(shù)據(jù)“o”對應(yīng)著電平下跳，數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)著電平上跳。5 sd卡控制模塊 sd卡有兩種總線協(xié)議，sd協(xié)議和spi協(xié)議?，F(xiàn)在絕大部分微控制器都集成spi接口，所以利用這種方式與sd卡通信相對簡單方便，但spi協(xié)議在數(shù)據(jù)交換時只允許1位數(shù)據(jù)串行傳輸，所以速度受到限制。在sd協(xié)議下，允許強大的1線到4線數(shù)據(jù)傳輸，這樣就提高了傳輸速度。但sd總線時序要求嚴(yán)格，如果用軟件模擬不僅復(fù)雜繁瑣，而且可靠性也不高，w86l388d支持sd方式的4線數(shù)據(jù)傳輸，并且根據(jù)所收到的命令能自動產(chǎn)生相應(yīng)

38、的sd時序，從而方便用戶的使用，提高了系統(tǒng)的性能。 w86l388d為臺灣華邦公司的sd卡橋接芯片。w86l388d有8位數(shù)據(jù)與16位數(shù)據(jù)寬度可以選擇，并且有專門的端口進行sd卡的檢測與讀寫保護。w86l388d的工作電壓為33 v，所以在與89s52單片機進行通信的時候必須經(jīng)過一個470的電阻進行分壓處理。w86l388d的電路圖如圖7所示。6 結(jié) 語 射頻識別技術(shù)最大的優(yōu)點就在于非接觸，因此完成識別工作時無須人工干預(yù)，適于實現(xiàn)自動化且不易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便。所以，目前已經(jīng)廣泛使用，準(zhǔn)備接替許多人工完成的工作程序。 讀卡器的設(shè)計主要用軟件來實現(xiàn)射頻信

39、號的調(diào)制和解調(diào)，以實現(xiàn)對teinic卡片的讀和寫操作。利用ch375芯片來實現(xiàn)系統(tǒng)的usb通信及數(shù)據(jù)的傳輸，利用sd卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)及原始數(shù)據(jù)庫的存儲，同時利用sd卡橋接芯片w86l388d來實現(xiàn)簡單便捷的sd卡sd模式的通信操作。基于msp430單片機的低功耗主動式rfid標(biāo)簽設(shè)計時間：2009-04-08 09:47:54 來源：世界電子元器件 作者：西安科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院 尚 亮 李白萍 李文峰引言射頻識別（rfid）技術(shù)近年來在國內(nèi)外得到了迅速發(fā)展。對于需要電池供電的便攜式系統(tǒng)，功耗也越來越受到人們的重視。本文將具體闡述基于msp430f2012和cc1100低功耗設(shè)計理念的雙向主動

40、式標(biāo)簽的軟硬件實現(xiàn)方法。低功耗設(shè)計低功耗概述功耗基本定義為能量消耗的速率，可分為瞬態(tài)功耗和平均功耗兩類。兩者意義不同，有不同的應(yīng)用背景和優(yōu)化策略，通常被籠統(tǒng)地概括為低功耗設(shè)計。實際研究中可根據(jù)不同情況區(qū)分為：(1)瞬態(tài)功耗優(yōu)化：目標(biāo)是降低峰值功耗，解決電路可靠性問題。(2)平均功耗優(yōu)化：目標(biāo)是降低給定時間內(nèi)的能量消耗，主要針對電池供電的便攜電子設(shè)備，以延長電池壽命或減輕設(shè)備重量。功耗的物理來源芯片電路的功耗主要來自兩方面：動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗。動態(tài)功耗主要是電容的充放電和短路電流。靜態(tài)功耗主要是漏電流，包括pn結(jié)反向電流和亞閾值電流，以及穿透電流。如果工作時序及軟件算法設(shè)計有缺陷，會降低系統(tǒng)工作

41、效率、延長工作時間，也會直接增加系統(tǒng)能量的消耗。低功耗設(shè)計策略算法級功耗優(yōu)化：在電路設(shè)計的開始，就要進行算法的選擇，應(yīng)該盡量選擇功耗效率高的算法。首先，從實現(xiàn)算法所需邏輯的大小來看，算法中操作的數(shù)目、所需要的帶寬、存儲操作、端口操作越少，此算法應(yīng)用到的電路功耗越低。在實際的設(shè)計中，需要按照應(yīng)用的要求進行總體性能和功耗的均衡。同時，算法中需要的協(xié)處理必須考慮，算法所需的協(xié)處理越簡單、協(xié)作模塊越少、實現(xiàn)算法所需要的功耗就越小。此外，算法中臨時變量少、臨時變量有效的時間短、循環(huán)的合理運用都會降低算法所需的功耗。系統(tǒng)級功耗設(shè)計與管理：系統(tǒng)級的功耗管理主要是動態(tài)功耗管理。通常的做法是處于空閑狀態(tài)的時候，

42、運作于睡眠狀態(tài)，只有部分設(shè)備處于工作之中；當(dāng)產(chǎn)生一個中斷時，由這個中斷喚醒其它設(shè)備。實際上，這一部分需要硬件的支持，如：電源系統(tǒng)的低功耗技術(shù)；系統(tǒng)軟硬件的劃分，在于決定哪些功能模塊由軟件來實現(xiàn)功耗較小，哪些功能模塊由硬件實現(xiàn)功耗較?。坏凸奶幚砥鞯倪x擇。系統(tǒng)硬件設(shè)計綜合考慮系統(tǒng)功耗來源與低功耗設(shè)計策略，硬件設(shè)計選擇具有低功耗特性的單片機及射頻收發(fā)芯片，并盡量簡化電路減少功耗開支。主要芯片的選擇msp430系列單片機的結(jié)構(gòu)完全以系統(tǒng)低功耗運行為核心，電源采用1.83.6v 低電壓，活動模式耗電250a/mips，ram數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0.1a。由于系統(tǒng)在90%以上的時間內(nèi)都是處于休眠或低功耗

43、狀態(tài)，因此漏電流成為影響系統(tǒng)功耗的另一個重要因素，其i/o輸入端口的漏電流最大僅為50na。加上有獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計，包括兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（fll和fll+）時鐘系統(tǒng)或dco數(shù)字震蕩器時鐘系統(tǒng)。由時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生cpu和各功能模塊所需的時鐘，并且這些時鐘可以在指令的控制下打開或關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運行時使用的模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗會有明顯的差別。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（am）和五種低功耗模式（lpm0lpm4）。另外，msp430系列單片機采用矢量中斷，支持十多個中斷源，并可以任意嵌套。用中斷請求把cpu喚醒只需要6s，通過合理編程

44、，既可以降低系統(tǒng)功耗，又可以對外部請求做出快速響應(yīng)。射頻芯片是整個rfid卡最核心的部分，直接關(guān)系到標(biāo)簽的讀寫距離和可靠性，同時也直接影響到整個系統(tǒng)的功耗。cc1100是chipcon公司推出的單片uhf無線發(fā)射芯片，體積小，功耗低，數(shù)據(jù)速率支持1.2500kbps的可編程控制，其工作電壓范圍為1.93.6v，可以工作在915mhz.、868mhz.、433mhz和315mhz四個波段，還可通過程序配置在所有頻段提供-3010 dbm輸出功率內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、調(diào)制處理器、時鐘處理器、gfsk濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊。它具有兩種低功耗工作模式：關(guān)機模式

45、和空閑模式，在關(guān)機模式下工作電流小于200na。本文中cc1100工作在433mhz的頻率上，采用fsk調(diào)制方式，數(shù)據(jù)速率為100kbps，信道間隔為200khz。電路設(shè)計為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)僅由必須的微處理器單元、射頻收發(fā)單元、天線及電池單元組成。省去電池到器件之間的穩(wěn)壓電路，直接由電池給系統(tǒng)供電。節(jié)省了穩(wěn)壓電路所帶來的靜態(tài)電流消耗，使電池壽命進一步延長。為防止發(fā)射狀態(tài)較大的電流造成電池電壓瞬態(tài)降低，使用較大容量電容與電池并聯(lián)。msp430f2012內(nèi)部集成的零功耗欠壓復(fù)位（bor）保護功能，可以在電壓低于安全操作范圍時執(zhí)行完全復(fù)位，很好地解決了單片機復(fù)位不完全而產(chǎn)生的隨機錯誤操作問題。軟

46、件設(shè)計盡量用軟件來代替硬件也是低功耗系統(tǒng)設(shè)計常常采取的措施。本次程序開發(fā)綜合考慮了時序調(diào)度和工作效率兩方面問題，以降低系統(tǒng)的功耗。合理設(shè)計工作時序由于cpu的運行時間對系統(tǒng)的功耗影響極大，應(yīng)盡可能縮短其工作時間，較長地處于空閑方式或掉電方式是軟件設(shè)計降低單片機系統(tǒng)功耗的關(guān)鍵。程序運行流程圖如圖2（a）、（b）所示，當(dāng)系統(tǒng)上電完成初始化操作即刻進入低功耗模式，只在系統(tǒng)接收到正確信息產(chǎn)生中斷時才會喚醒單片機進入工作模式，盡量在短時間內(nèi)完成對信息或數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)處理結(jié)束立即返回低功耗模式等待下一個中斷到來。提高工作效率用宏定義來代替子程序調(diào)用。因為cpu進入子程序時，會首先將當(dāng)前cpu寄存器推入堆棧

47、（ram），在離開時又將cpu寄存器彈出堆棧，這樣至少帶來兩次對ram的操作，所以讀ram會比讀flash帶來更大的功耗。用宏定義來代替子程序調(diào)用，無疑會降低系統(tǒng)的功耗。盡量減少cpu的運算量，將一些運算的結(jié)果預(yù)先算好，放在flash中，用查表的方法替代實時的計算，減少cpu的運算工作量，可以有效降低cpu的功耗；不可避免的實時計算，精度夠了就結(jié)束；盡量使用短的數(shù)據(jù)類型：如盡量使用字符型的8位數(shù)據(jù)替代16位的整型數(shù)據(jù)，盡量使用分?jǐn)?shù)運算而避免浮點數(shù)運算等。讓i/o模塊間歇運行，不用的i/o模塊或間歇使用的i/o模塊要及時關(guān)掉，以節(jié)省電能。不用的i/o引腳要設(shè)置成輸出或設(shè)置成輸入，用上拉電阻拉高。

48、若引腳沒有初始化，可能會增大單片機的漏電流。結(jié)論本文詳細(xì)介紹了基于msp430單片機的低功耗主動式rfid標(biāo)簽的設(shè)計，合理地利用了msp430單片機的中斷、定時、運算等功能，借助于軟件優(yōu)勢，對耗能較低的cc1100 模塊采取限能工作措施，提高了電池的壽命，增加了系統(tǒng)可靠運行的時間，與其它設(shè)計功耗對比如圖3所示。這種主動式rfid標(biāo)簽的設(shè)計使 rfid 的性能得到了改進，它在很大程度上解決了遠(yuǎn)距離、大流量、抗干擾、高速移動的標(biāo)識物的識別難題。本設(shè)計完成的rfid標(biāo)簽與配套的閱讀器可以組成人員或物品識別定位系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于采礦、工業(yè)生產(chǎn)、道路交通、物流運輸、醫(yī)療、醫(yī)藥、國防安全等眾多領(lǐng)域。hf頻段

49、rfid長距離讀寫器的研究與開發(fā)時間：2009-03-19 10:15:29 來源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：曹 潔，沙濟彰射頻識別技術(shù)（rfid）是上世紀(jì)80年代興起并不斷走向成熟的一項自動無線識別和數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。與傳統(tǒng)的條碼、磁卡等自動識別技術(shù)相比，rfid技術(shù)在工作距離、保密性、智能化及其環(huán)境適應(yīng)能力等方面都有顯著優(yōu)勢，且可同時識別多個高速運動物體，有廣闊的發(fā)展前景1。rfid系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、天線、讀寫器三部分組成。讀寫器通過天線發(fā)送、接收信號，無接觸地讀取和識別標(biāo)簽中所保存的數(shù)據(jù)，并將信息傳送至上位機進一步處理，從而達到目標(biāo)識別的目的。由此可見，讀寫器是rfid技術(shù)的核心。目前hf頻段rfi

50、d讀寫器的研發(fā)正處于逐步成熟階段，國際上知名的大公司有ti、philips等，國內(nèi)生產(chǎn)廠商相對較少，且大部分都是在已有射頻芯片的基礎(chǔ)上進行數(shù)字部分的研發(fā)，系統(tǒng)集成商則是在國外公司知識產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上根據(jù)客戶需要做適當(dāng)改進。hf頻段rfid系統(tǒng)中標(biāo)簽所獲能量微弱，無力再向周圍發(fā)射無線電波，只能反射來自讀寫器的電磁波,故標(biāo)簽的響應(yīng)信號微弱，影響讀寫距離。本文針對這一問題，在介紹電子標(biāo)簽的基礎(chǔ)上，給出了一種基于開放式門禁系統(tǒng)應(yīng)用的讀寫器設(shè)計方法，提出將模擬板、數(shù)字板分別研發(fā)的思想，大大提高了讀寫距離。該讀寫器工作頻率為13.56mhz，符合iso-15693協(xié)議。硬件電路采用ti的tms320f2812

51、為主控芯片，以符合iso-15693協(xié)議的所有無源標(biāo)簽為讀寫目標(biāo)，軟件設(shè)計很好地實現(xiàn)了多卡識別的防碰撞算法。1 電子標(biāo)簽簡介每個電子標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，內(nèi)部一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，且具有無法修改、仿造、全球唯一的識別號（uid）。在hf頻段rfid系統(tǒng)中，當(dāng)讀寫器處于工作狀態(tài)時，與其相連的天線線圈不斷地向外發(fā)出一組固定頻率(13.56mhz)的電磁波。當(dāng)無源電子標(biāo)簽進入讀寫器工作區(qū)域時，在該電磁波的激勵下，標(biāo)簽內(nèi)的lc串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生諧振，從而使電容充電而產(chǎn)生電荷。該電容又通過一個單向?qū)щ姷碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷泵送到另一個電容內(nèi)存儲。當(dāng)后者充電達到2v時，它就可用作為標(biāo)簽內(nèi)部其他

52、電路的工作電源。標(biāo)簽芯片中的有關(guān)電路對讀寫器發(fā)來的信號進行解調(diào)、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進行判斷。若為“讀”命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過標(biāo)簽內(nèi)部天線再發(fā)送給讀寫器；若為修改信息的“寫”命令，有關(guān)控制邏輯就會使內(nèi)部電荷泵提升工作電壓，以擦除eeprom中的內(nèi)容并進行改寫；若經(jīng)判斷發(fā)現(xiàn)所對應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯信息2。2 讀寫器硬件設(shè)計目前的rfid讀寫器大多采用一塊射頻芯片完成整個系統(tǒng)的收發(fā)，雖簡單易行，但降噪性能和系統(tǒng)靈敏度始終沒有改善。本設(shè)計提出模擬、數(shù)字部分分別研發(fā)的思想，硬件框圖如圖1所示。由dsp芯片產(chǎn)生脈沖位置編碼(pp

53、m)信號，再對13.56mhz載頻進行調(diào)制。已調(diào)信號的功率很弱，需先進行功率放大，再經(jīng)濾波和調(diào)諧加到天線上，以提高對卡的操作距離。系統(tǒng)可通過dsp實現(xiàn)輸出功率控制，最小功率為0.25w。天線線圈在13.56mhz工作頻率上呈現(xiàn)阻抗形式，為了實現(xiàn)與50系統(tǒng)的功率匹配，需先通過匹配電路將此阻抗轉(zhuǎn)換為50電阻，然后通過50同軸電纜連接到讀寫器末級。在接收通道中，由標(biāo)簽響應(yīng)回來的信號，首先通過帶通濾波器取出一邊帶，放大后送入解調(diào)器，最后將解調(diào)后的信號送入dsp芯片上作a/d采樣判決，并進行解碼和校驗，完成整個信號的接收處理。該讀寫器用于開放式門禁系統(tǒng)時，除完成簡單的標(biāo)簽識別外，還需通過rs232接口與

54、上位機通信, 由此形成大的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),以實現(xiàn)對標(biāo)簽的管理、操作等。因此讀寫器的硬件設(shè)計分為模擬部分和數(shù)字部分。模擬部分即射頻模塊；數(shù)字部分又可分為主控模塊，電源管理模塊和對外接口模塊、所選芯片如表1所示。2.1 模擬部分本設(shè)計自主研發(fā)了一塊供電電壓為24v的模擬板，簡要論述如下。2.1.1 發(fā)送模塊 發(fā)送模塊的功能：(1)13.56mhz的晶振產(chǎn)生載波信號，dsp將欲發(fā)送的信息及調(diào)制幅度(10)傳送至74hc125d芯片端，完成ask調(diào)制；(2)npn型射頻功率晶體管實現(xiàn)功率放大；(3)經(jīng)匹配電路將載頻由天線發(fā)送出去。2.1.2 接收模塊 接收模塊的功能：(1)設(shè)計窄帶濾波器取出一邊帶，并濾除1

55、3.56mhz頻率分量；(2)二級放大電路；(3)將邊帶信號與本地13.56mhz載波混頻后獲得調(diào)制到423khz單副載波上的中頻信號；(4)將中頻信號放大并包絡(luò)檢波出原始信號；(5)運放lm358整形放大；(6)將解調(diào)后的模擬信號送至dsp采樣。該射頻模塊的輸出阻抗為50?贅，外接天線的匹配狀況對系統(tǒng)的接收性能有直接影響，用網(wǎng)絡(luò)分析儀調(diào)試天線諧振在13.56mhz，輸出阻抗為50?贅。此外，應(yīng)防止和抑制電磁干擾，提高電磁兼容性，要選擇介電常數(shù)公差小的基材。射頻部分盡量使用smt(表面貼裝式)元件，減少過孔，并在表面加接地金屬屏蔽層3。2.2 數(shù)字部分2.2.1 主控模塊本系統(tǒng)采用dsp芯片t

56、ms320f2812作為信號采集和處理的核心。該芯片采用高性能的靜態(tài)cmos技術(shù)，是基于ti c28內(nèi)核的32位定點數(shù)字信號處理器。其優(yōu)化的事件管理器、快速靈活的中斷管理，為rfid讀寫系統(tǒng)提供了更加靈活、高效的控制方案4。在本設(shè)計中，dsp芯片的供電電壓為3.3v和1.8v，外部采用27.12mhz晶振，通過片內(nèi)鎖相環(huán)5倍頻后，時鐘頻率高達135.6mhz。dsp的主控作用體現(xiàn)在：它首先通過片上自帶的12位adc對模擬板發(fā)來的信號進行采集，并將采集后的數(shù)據(jù)暫存在片內(nèi)存儲器中，通過軟件配合實現(xiàn)噪音處理、曼徹斯特解碼及檢測碰撞等，隨后進行具體讀寫命令的判斷和執(zhí)行，并通過串行接口rs232與上位機通信。dsp的gpio口具體使用情況如下：gpioa：用于通道（bit5）、相位(bit8)和調(diào)制度(bit14)選擇、命令(bit15)的輸出以及讀寫器的開關(guān)控制（0x0000）。gpiob：報警動作。gpiod：運行燈（bit5），報警燈(bit6)指示。gpiof：串行口232通信（bit4發(fā)、bit5收）。在該模塊的設(shè)計中，還需總線隔離器74hc245芯片，實現(xiàn)射頻模塊與dsp的gpioa口的連接。2.2.2 電源管理模塊該模塊的主要器件為l7805及ps767d318，電路原理如圖2所示。其中，2