基于RFID技術(shù)企業(yè)一卡通系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李文靜

摘 要：RFID（射頻識別）技術(shù)目前已滲入人類生活的各個方面，而且隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，這種滲透速度仍在進一步加快。通過文章的分析，希望對相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：射頻識別；無線技術(shù)；研究分析

目前，企業(yè)的日常管理耗費大量的成本，亟需一種新型的管理系統(tǒng)以有效提高企業(yè)運行效率，降低企業(yè)運行成本。為此，文章在對現(xiàn)有RFID技術(shù)進行研究的基礎(chǔ)上，提出一種基于射頻識別技術(shù)的企業(yè)一卡通系統(tǒng)方案，介紹了該方案的設(shè)計和算法實現(xiàn)，實際應(yīng)用表明該方法具有較好的魯棒性，以期進一步推進數(shù)字化企業(yè)的建設(shè)進程。

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簽和讀寫器。

圖1 射頻識別系統(tǒng)的基本組成

系統(tǒng)在正常工作時，讀寫器發(fā)出查詢信號，電子標簽接收查詢信號后一部分能量信號被電子標簽內(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整流為直流電源供電子標簽內(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現(xiàn)。讀寫器脫機工作時持卡者與讀寫器的互操作平臺為鍵盤和報警顯示模塊，同樣，聯(lián)機時也可以在這個平臺上進行互操作。

圖2 讀寫器的組成框圖

射頻識別技術(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

硬件電路設(shè)計中MCU控制電路、復(fù)位電路、顯示電路、鍵盤電路、報警電路、上位機傳輸電路文章不再一一詳細敘述，重點對專用讀寫芯片電路、RC 500與天線射頻接口電路及天線的設(shè)計進行闡述。

3.1 專用讀寫芯片電路

作為單片機與射頻卡通訊的中介，MF RC500與MIFARE1卡由射頻場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信號的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)以及防重疊和安全認證等，是整個讀寫器的核心。

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。RX腳接收射頻信號送給RC500對信號進行解調(diào)處理后，送到I/O接口供外部MCU讀取。匹配電路包含一個接收電路、天線匹配電路、一個EMC低通濾波器以及天線。

3.3 天線的設(shè)計

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）天線電感的測算

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

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)過計算后有：

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

通過理論計算得到以上結(jié)果，然而，實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，對應(yīng)的電容值也不同，需要根據(jù)實際情況進行調(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)，就點亮一個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LED燈點亮，之后使卡逐漸遠離讀卡器，記錄下LED燈熄滅位置時的C2電容值和讀寫距離。按此方法通過實驗不同的C2值以得出不同的讀寫距離，最終得到最大讀寫距離時的C2值。

4 驗證分析

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

通過測試發(fā)現(xiàn)，讀卡器沒有出現(xiàn)死機、不讀卡、反應(yīng)不靈敏等現(xiàn)象，經(jīng)過對天線電路電感、電容、電阻的實際調(diào)試，讀卡感應(yīng)距離可以達到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。但是還需要進一步探討低功耗方面的設(shè)計，如果能夠徹底解決系統(tǒng)功耗較高的問題，那么這個系統(tǒng)就更完善了。

參考文獻

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