1、射频识别技术识别读写器的设计与实现复习过程射频识别技术识别读写器的设计与实现 条码与射频实训1 条码与射频实训的目的条码与射频实训的目的是：培养学生知识的综合应用能力；射频读写器的设计能力；射频设备装置的连接和操作能力；射频识别系统的调试能力和故障的排除能力；条码扫描和打印设备的使用能力等2射频读写器的设计与实现2.1射频识别读写器的组成及硬件机构 2.1.1 射频识别系统的工作原理从信息传输的原理来看，RFID技术在低频段是应用变压器耦合原理（初级线圈与次级线圈之间进行能量与信号传输），在高频段是应用雷达探测技术，雷达发射电磁波信号进行扫描，探测到目标后，将携带目标数据信息返回雷达接收机。射
2、频卡与读写器之间的电磁耦合有两种类型：一种是电感耦合，这种耦合方式中，读写器的天线相当于变压器的初级线圈，射频卡的天线相当于变压器的次级线圈，因而电感耦合方式也称为变压器耦合方式。电感耦合方式通过空间磁场实现耦合，耦合磁场在读写器线圈（初级）与射频卡（次级）之间构成闭合电路。电感耦合方式是低频段近距离无接触射频识别的耦合方式。另一种是电磁耦合方式，在电磁耦合方式中，读写器的天线将读写器产生的射频信号以电磁波方式定向发送到空间范围内，形成读卡写器的有效扫描范围，位于读写器有效扫描中的射频卡从读写器天线发出的电磁场中提取工作电源，并通过射频卡的内部电路及卡的天线将卡内存储的数据信息传送到读写器。电
3、磁耦合与电感耦合的差别在于电磁耦合方式中的读写器将射频信号以电磁波的形式发射出去；在电感耦合方式中，读写器的射频信号仅存在读写器电感线圈的周围，通过交变闭合的线圈磁场，连接读写器与射频卡天线之间的射频通道，而没有向空间辐射电磁能量。52.1.2 射频识别系统组成射频识别系统一般由以下三部分组成：读写器（Reader）读写器主要作用是控制射频处理模块对标签发送读写信号，而且能接受电子标签的应答，能对电子标签存储的信息分析解码以传输到应用系统上进行处理，此外，许多读写器应用系统上还都有附带的接口（如RS232、USB）,以便将获取的数据传送给另一个系统作进一步的分析或存储。电子标签（Tag）射频识
4、别标签是以无线方式传输数据的信息载体，它具备数据分析处理和安全认证等特有的优点。RFID电子标签是射频识别系统真正的信息载体，它主要由天线、谐振电路以及内置芯片组成，其种类可以分为无源标签和有源标签两种。射频标签与读写器之间采用双向验证方式，即在读写器验证电子标签的合法性的时候，电子标签也验证读写器的合法性；在进行数据处理前，电子标签要与读写器进行三次互相认证后才能进行通信，而且在通信过程中所有的数据都进行加密处理。此外，电子标签中每个扇区都有它自己的操作密码和访问条件。天线（Antenna）RFID系统中的天线用于产生磁场，而磁场给无源标签提供能量，使读写器和标签之间能传送数据信息。天线是依
5、据射频识别系统的载波频率使用LC谐振电路制成的。2.1.3 射频识别系统的分类按照读写器和标签的耦合距离来划分，射频识别系统可分为密耦合（读写距离在0-1cm之间）、遥耦合（1-100cm之间）和远耦合（1m以上）。按照工作频段来划分，RFID系统可分为低频段、中频段和高频段三个频段。本文研究的系统的读写距离在5cm左右。2.1.4 读写器的工作原理读写器向射频卡发出一组固定频率的电磁波， 卡片内有一个 LC 串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC 谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储
6、存，当所积累的电荷达到 2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发送出去或接收读写器的数据。本论文中设计的RFID读写器的工作频率为13.56MHz，所使用的标签为无源标签。如果射频卡在读写器天线的有效扫描范围时，射频基站芯片MF RC522向射频卡发送寻卡命令，当射频卡接收到数据信息时，回复其卡片类型，建立射频卡与读写器的第一步认证，若此时有几张射频卡在天线的作用区域范围时，读写器内部寄存器启动防冲突命令，根据射频卡序列号选定其中一张卡片，被选中的射频卡再与读写器系统进行密码验证，密码验证通过后读写器就可以对射频卡进行读写访问等操作。 2.2射频识别读写器的设计与组装2.2
7、.1 设计方案射频芯片读写1.设计合适的编码方案，并为RFID标签划好分区段；2.利用射频识别读写器将预先设计好的编码写入射频标签；3.使用射频识别读写器读取射频标签中的数据，并检验数据是否符合要求。 2.2.2 元器件清单元器件名称封装标识数量参数蜂鸣器直插BZ1电解电容直插C111000uF电容直插C2,C3,C430.1UF电容贴片C5,C6222PF电解电容直插C7 C8 C9 C10410UF模拟开关4052 IC131CD4052DB9连接器直插J11DB9连接器直插JP217针连接器USB接口直插J_U1USB连接器发光二级管直插LED_G1绿色发光二级管直插LED_Y1黄色发光
8、二级管直插LED_P1红色连接器直插P_HF,P_LF24针连接器三极管贴片Q1 1三极管8550电阻贴片R1，R22470电阻贴片R414.7k单片机直插U11STC5052232芯片直插U21MAX232CSE连接器直插USB15针连接器晶振直插Y1111.0592m 2.2.4仿真效果 2.2.5 射频识别读写器的组装 图一为射频识别读写器的组装完好的反面实物图以及标签 图二为射频识别读写器的组装完好的正面实物图2.3 射频识别读写器的测试与故障排除 系统测试的主要工作包括读写器功能完整性测试和读写器可靠性测试。 前者主要在指令模式进行,测试读写器能否正确执行所有的命令功能,后者在自动寻
9、卡模式下进行,主要测试读写器读写距离、各种条件下的防碰撞效果。测试的主要设备:已装测试软件及 USB 转串口驱动的 PC 机,读写器,天线,USB 连接线,18 V 直流电源等。2.3.1读写器系统测试步骤: (1 ) 用电缆将读写器与天线连接;(2 ) 用 USB 连接线连接读写器与 PC 机;(3 ) 读写器连接电源上电,等待正常工作指示灯亮;(4 ) 打开测试软件进行测试。2.3.2读写器系统测试内容:(1 ) 指令模式测试。(2 ) 自动寻卡模式测试。2.3.3射频识别读写器故障排除 三、程序编译与调试时我选择的是使用 语句，对单个字符发送，这个过程比较基础，虽然不容易出错但是由于我忽
10、略了对读写程序的编译，所以测试时根本读不出字符。由于在下载程序是忘记选择“外部晶振控制”所以下载的程序在测试时出现了乱码。再及时更改后，就可以正常显示了。 在程序下载时会出现很多问题导致，程序下载失败，例如上边讲到的芯片的损坏，也可能是串口的虚焊导致无法与pc机通信调试时要注意要选择十六进制的字符，否则PC机不能对接收的字符串进行显示。2.4条码标签的设计、打印和识别 标签的设计一维条码位于标签的顶上部，一维码里面写“11302123 邵振华 11392138 卢作顺”，二维码位于标签的左半部分，二维码里面写“射频技术11302123 邵振华 11302138 卢作顺 ”最后有半部分需要新建一
11、个文本写着“11302123 邵振华 和 11302138 卢作顺”。2.4.1条码码制的认识（1）EAN-13码特征：为EAN码符号的标准版（EAN-13），表示为13位数字，又称为EAN13码。其由前缀码、厂商识别码、商品项目代码和校验码组成。前缀码是国际EAN组织标识各会员组织的代码，我国由国家物品编码中心赋予制造厂商代码。最后一位为校验位，由前面的12位数字计算得出。（2）EAN-8码特征：为EAN码符号的缩短版（EAN-8），表示为8位数字，又称EAN8码。其由前缀码、厂商识别码、商品项目代码和校验码组成。前缀码是国际EAN组织标识各会员组织的代码，我国由国家物品编码中心赋予制造厂商
12、代码。最后一位为校验位，由前面的7位数字计算得出（3）贸易单元EAN-128码特征：是一种连续型、非定长条码，能更多地标识贸易单元中需表示的信息，如产品批号、数量、规格、生产日期、有效期、交货地等。用途：是使信息伴随货物流动的全面、系统、通用的重要商业手段。2.4.2 条码码制原理 原理：是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理：它具有条码技术的一些共性：每种码
13、制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。 2.4.3条码打印设备的操作（1）热敏式打印机应用特点热敏打印技术最早使用在传真机上，其基本原理是将打印机接收的数据转换成点阵的信号控制热敏单元的加热，把热敏纸上热敏涂层加热显影。目前，热敏打印机已在POS终端系统、银行系统、医疗仪器等领域得到广泛应用。热敏打印机只能使用专用的热敏纸，热敏纸上涂有一层遇热就会产生化学反应而变色的涂层，类似于感光胶片，不过这层涂层是遇热后会变色，利用热敏涂层的这种特性，出现了热敏打印技术。（2）条码打印机的安装和使用方法安装：包括耗
14、材安装以及相应的所需打印软件及软件设置具体包括：产品开箱与检查、硬件安装、软件安装、WINDOWS驱动程式安装。使用：电脑安装打印机驱动，有相应打印编辑软件，连接打印机和电脑，装打印耗材，编辑打印。2.4.5条码软件的操作（1）一维条码可利用office word制作：视图-工具栏-控件工具箱-其他控件-Microsoft BarCode Control 9.0 在属性value中填写编码即可。（2）二维条码可利用专业软件生成，如下图。 学习了射频以后，我对这方面的知识有了初步的了解。明白了基本的低通和带通滤波器的设计方法。尝试着学习怎么使用微波软件对低通和高通滤波器进行设计和仿真，并分析结果
15、。 对于射频技术的发展前景，我了解到它在中国处于一个刚刚起步的阶段，但是，它的发展潜力是巨大的， 它的前景非常诱人。在信息社会，对于各种信息的获取及处理要求快速，准确、在不久的将来，射频技术就将同其它识别技术一样深入我们的生活，改善我们的生活。对于这样一个新技术我们应当加强宣传力度希望能够尽早普及它利用它提高我们的工作效率和经济效益。 , 通过学习射频微波电路导论这门课程，我了解到了电路是构成通信系统、雷达系统和微波应用系统中的发射机和接收机的关键部件。 它的基本理论是麦克斯韦方程。而实现射频微波电路的基本方法就是麦克斯韦方程的求解或数值计算。解决工程问题的有效方法是微波网络方法，在第二、三章
16、重点讲解。散射参数概念的提出，不追究电力内部的电磁场结构，利用等效电路对波能量的传输和反射概念，能够方便地进行电路设计和调试。场论及其计算是解决射频微波问题的另一种方法，但这种方法应用有限。 电路的根本是能量的传输或变换。其电路可分为三类： （1）微波无源电路，如金属谐振腔滤波器、微带滤波器、功率分配器等； （2）微波有源电路，如微波放大器、微波振荡器、微波调制到底是解调器等； （3）由上述多种元器件构成的微波发射接收功能模块，或称TR组件。 射频微波技术所涉及的无线电频谱是甚高频到毫米波段或者P波段到毫米波段，涉及到的技术包括信号的产生、调制、功率放大、辐射、接收、低噪声放大、混频、解调、检
17、测、滤波、衰减、移相、开关等各个模块单元的设计和生产。所以在课程的后面几章讲述了常用微波电路的设计方法和软件仿真，包括功 率分配器、定向耦合器、滤波器、放大器、振荡器、频率合成器等，所用软件是Microwave Office。 射频微波工程中的核心问题：频率、阻抗、功率，称为射频铁三角。影响频率的有信号产生器、频率变换器、频率选择电路等。影响功率的有衰减器、功分器、耦合器、放大器等。影响阻抗的有阻抗变换器、阻抗匹配器、天线等。 射频微波的四个基本特性：似光性、穿透性、非电离性、信息性使其迅速发展和广泛应用。其经典用途是通信与雷达系统。其主要应用实例如下： （1）无线通信系统：空间通信，远距离通
18、信，无线对讲，蜂窝移动，个人通信系统，无线局域网，卫星通信，航空通信，航海通信，机车通信等； （2）雷达系统：航空雷达，航海雷达，飞行器雷达，气象雷达，成像雷达，警戒雷达，武器制导雷达，防雷雷达，盗用雷达等； （3）导航系统：GPS，航空、航海自动驾驶等； （4）遥感：地球监测，污染监测，森林、农田、鱼讯监测，矿藏、沙漠、海洋、水资源监测等； （5）射频识别：保安，防盗，入口控制，产品检查，身份识别，自动验票； （6）广播系统：调幅，调频广播，电视等； （7）汽车和高速公路：自动避让，路面警告，障碍监测，路车通信，交通管理，速度测量，智能高速路等； （8）传感器：监测潮湿度、温度、压力、加速度
19、的传感器，还有探地传感器，机器人传感器等； （9）电子战系统：间谍卫星，辐射信号监测，行军与阻击等； （10）医学应用：磁共振现象，微波成像，微波理疗，加热催化，病房监管； （11）空间研究：射电望远镜，外层空间探测等； （12）无线输电：空对空，地对空，空对地，地对地输送电能等。 近几年射频识别技术应用迅速发展，市场应用前景广阔：射频识别技术应用在电子标签上将在生产线自动化、仓储管理、电子物品监视系统、货运集装箱的识别以及畜牧管理等方面会有很大的突破。 面对着日新月异的飞速发展的技术，我们必须努力学习，用知识的头脑武装自己，使自己具备更强的战斗力，对社会更大的适应力，并为这个社会做出一点点自
20、己所能及的小贡献在不同VCC条件下放大器的增益曲线（dB形式）小结通过这次试验，我学会了用peltel 软件画PCB版图的相关知识，虽然没有来得及完成的操作，但还是付出了很多努力的，也学到了很多东西。之所以结果不是很满意，大部分原因来自于这次试验过程比较纠结，上午当我花了一个小时搭好第一个电路后，仿真时发现无法打开simulator，本以为是自己在破解时出现了错误，于是又尝试了几次破解，还是失败，这时候我发现其他同学也都遇到了这个问题，后来老师告知软件得重装，于是吃饭中饭后开始重装系统，第一份安装文件需要虚拟光驱，但是电脑自带的不能用，于是我开始重装虚拟光驱，装完后，却要重启后才能使用。学校的
21、电脑带有还原精灵，重启后什么都又没有了。后来好不容易找到一份不需要虚拟光驱的，那时候已经下午两点多了，等我花了半小时卸载完原来的ADS后，便开始重装，花了一个小时装了差不多的时候，由于我着急，没来得及看清提示，点击了重启确认键，电脑再一次重启。这样纠结了一个轮回后，已经到了五点半，我便索性不装了，还好这时候我借到了胡长利的电脑，才勉强把前两个实验完成，由于时间紧迫，在交流仿真试验那部分仿真时出现了一点一小问题，仿真不能出图了，除了这点问题，其他的还算完美。终究这次试验的失误，有一部分是我们每个同学都遇到了的，还有一部分是我自己的问题，比如点击重启键就是我自己造成的。本来我也有笔记本的，但是我的
22、是win7版本，装不了ADS，所以我就索性没回去拿。码与射频实验心得经过40课时的实验认知学习，我们学会了如何生成条码、使用条码扫描仪、运用POS机软件系统管理库存和销售以及使用射频识别的相关设备。实践环节培养了我们的动手操作能力，而不是仅仅停留在对理论的学习上。理论和实践紧密结合的学习方式使我们对条码和射频有了一个直观的认识，也进一步使我们对物流专业的认识得以拓宽和深化。同时也培养了我们小组成员的合作能力和凝聚力，使我们深刻体会到合作对于一个团队的重要性。学习了射频以后，我对这方面的知识有了初步的了解。明白了基本的低通和带通滤波器的设计方法。尝试着学习怎么使用微波软件对低通和高通滤波器进行设
23、计和仿真，并分析结果。 对于射频技术的发展前景，我了解到它在中国处于一个刚刚起步的阶段，但是，它的发展潜力是巨大的， 它的前景非常诱人。在信息社会，对于各种信息的获取及处理要求快速，准确、在不久的将来，射频技术就将同其它识别技术一样深入我们的生活，改善我们的生活。对于这样一个新技术我们应当加强宣传力度希望能够尽早普及它利用它提高我们的工作效率和经济效益。条码与射频是现代物流中必不可少的重要组成部分。条码简化了产品标识，提高了物流的工作效率。在供应链物流领域，条码技术就像一条纽带，把产品生命周期各阶段发生的信息连接在一起，可跟踪产品从生产到销售的全过程。射频技术在物流管理系统中的应用，提高了商品入库、商品配送和管理的工作效率，减少了人力资源的浪费，提高了人员的利用率，射频技术作为供应链下物流管理硬件将会得到越来越广泛的应用。
