基于51单片机RC522无线射频公交车刷卡系统设计毕业设计论文.docx
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基于51单片机RC522无线射频公交车刷卡系统设计毕业设计论文
基于51单片机RC522无线射频公交车刷卡系统设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教
师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加
以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研
究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历
而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,
均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研
究所取得的研究成果。
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对本文的研
究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完
全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位
论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩
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年月
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、
程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错
别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所
有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程
字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
跟随着信息化社会的来临,我国信息产业的热门之一便是有着宽泛的应用领域和
普遍的产品市场的IC卡技术。
各种智能型产品已陆续为人们所用,学校和其他公共
场所也相继使用了基于IC卡的收费系统,大大提高了社会领域的服务质量和工作效
率。
通过介绍一种基于51单片机的RC522无线射频刷卡系统,阐述系统的结构,工
作原理和相应的硬件和软件设计,来完成一个基于无线智能卡的课题。
在明了了IC卡智能刷卡系统的现状和意义后,设计了把STC89C52单片机作为控
制中心,作为消息载体的智能IC卡是PHILIPS公司S50卡。
全部的体系包含选取和
制作硬件、设计和调试软件,还有联合调试系统的软、硬件。
硬件系统主要囊括:
单
片机最小系统、LCD12864显示、独立按键、IC卡读写等模块;软件系统主要囊括:
显示、键盘服务、读写IC卡等。
系统的软件和硬件调试表明,各项指标均达到预期
可以实现特定的系统功能正常。
联合调试系统的软件和硬件说明,各项指标都达到了
预期,可以实现系统具体的功能。
关键词:
STC89C52MF-RC522射频IC卡
DesignofRadioFrequencyCardPunchingSystemBusesBased
on51SingleChipMicrocomputer
Abstract
Alongwiththecomingofinformationsociety,oneofthehotinformationindustryinChinaisICcardtechnologywhichhasabroadapplicationfieldandtheuniversalproductmarket.Allkindsofintelligentproductshavebeenusedforpeople,schoolsandotherpublicplaceshaveusedthechargingsystembasedonICcardinsuccession,andimprovingtheservicequalityandworkefficiencygreatlyinthefieldofsociety.ByintroducingaRC522wirelessrfcardsystembasedon51singlechipmicrocomputer,describessystemstructure,workingprincipleandthecorrespondinghardwareandsoftwaredesign,tocompleteasubjectbasedonwirelesssmartcard.
AfterclearingthestatusandsignificanceofICsmartcardsystem,thissystemdesignedtheSTC89C52single-chipmicrocomputerasthecontrolcenter,theS50PHILIPScompanycardasinformationcarrierintelligentICcard.Thewholesystemincludesselectionandproductionofhardware,thedesignanddebugsoftware,andthejointdebuggingofsoftwareandhardwareofthesystem.Hardwaresystemmainlyincludes:
singlechipmicrocomputerminimumsystem,LCD12864display,buttons,ICcardreadandwritemodule;Softwaresystemmainlyincludes:
display,keyboard,ICcardreadandwrite,etc.Systemsoftwareandhardwarejointdebuggingshowsthat,theindicatorshavereachedtheexpectedvision,specificsystemfunctionsproperly.Jointdebuggingsoftwareandhardwareofthesystem,theindicatorshavereachedtheexpected,canrealizethefunctionofthesystemspecific.
Keywords:
STC89C52MF-RC522non-contactICcard
前言1
第1章课题研究背景与价值2
第1.1节选题的意义与价值2
第1.2节研究综述2
第1.3节课题的研究意义与目的3
第1.4节研究范围与内容4
第1.5节研究视角与方法5
第2章RC522无线射频公交车刷卡系统的概况6
第2.1节智能IC卡的背景及意义6
第2.2节射频识别系统的原理与组成7
第3章系统方案的设计与实现9
第3.1节IC卡选型9
第3.2节读卡模块的介绍9
第3.3节总体方案论证10
第4章系统硬件设计与实现13
第4.1节电源模块13
第4.2节液晶显示屏显示电路13
第4.3节单片机最小系统电路14
第4.4节MF-RC522读写模块15
第4.5节MF-RC522模块与单片机接口电路19
第5章系统软件设计与实现21
第5.1节软件设计环境21
第5.2节主程序的设计22
第5.3节读/写卡程序设计22
第5.4节系统外围基本电路程序的设计29
第6章系统调试31
结论32
附录33
参考文献49
致谢50
前言
伴着飞速发展的半导体技术和在嵌入式系统设计中应用的移动通讯、网络技
术、多媒体技术,单片机从4位、8位、16位到32位,它的发展历程一向受到
了电子爱好者的极大关注。
虽然价钱越来越低,但是单片机的功能愈来愈强大。
这个优点毋庸置疑的成为设计嵌入式系统方案的首选,不断扩大的单片机应用领
域也让越来越多的人参与到了基于单片机系统的开发队伍中,推动着单片机技术
的创新进步。
近几年发展起来的前沿科技项目之一就是二十世纪九十年代兴起的射频识
别技术,是一种天线的、非接触方式的自动识别技术。
本技术为了达到识别目的,
利用了射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递。
非接触性是射频识别技术的
明显的优势,即不需要人为干预识别工作的完成,就可以达成自动化的识别,同
时还不容易损坏;操作快速便利,并且可以同时辨别多个射频标签;射频标签优
点很多,它可以穿透识别非金属物体,恶劣的环境例如油渍、灰尘等污染都不在
话下,抗干扰能力非常强。
REID技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全
球范围内物品跟踪与信息共享。
研究RFID技术,RFID产业的发展对社会信息化
水平的提升、经济可持续发展的促进、人民生活质量的提高、公共安全与国防安
全的增强等方面有着重大的意义和深刻的影响。
所以,随着一些发达国家例如美
国、日本以及欧洲的一部分国家RFID技术的飞速提高,该技术已经实现了在世
界各地的普遍应用,然而在这方面我国还处于起步阶段,大部分运用了从其他技
术成熟的国家引进的成果。
所以这种技术的研究已经成为中国社会发展的必然趋
势。
从另一方面来说,作为一个全新的技术应用领域,RFID技术不单单包含了
微波技术和电磁学理论,并且囊括了通信原理及及半导体集成电路技术,是多个
科目归纳起来的新兴学科。
所以认识和研究RFID技术并赋之以实践应用有着比
理论表面更长远的意义。
第1章课题研究背景与价值
第1.1节选题的意义与价值
1.1.1理论意义与价值
随着时代的发展,人们研究出各种方便与他人的、节省人力资源的科技电子
产品,有的涉及了传感器、单片机、嵌入式等电子知识,但本文主要写的是有基
于51单片机的RC522无线射频刷卡系统设计。
无线射频刷卡在现实的主要意义
在于高质耐用、操作简单、完全自动化、减少管理成本、无需有人值守,极大的
降低了管理成本、节省了人力资源,能以投币刷卡的形式在公共场所(学校、工
厂、酒店、公交车、地铁站等)给予人们方便。
1.1.2实践意义与价值
现在,射频识别技术作为一种新型的自动识别技术,也将在中国很快地普
及。
典型的射频识别应用系统由非接触式IC卡、非接触式IC卡读卡器和应用系
统组成,其中非接触式IC卡读卡器是连接非接触式IC卡和应用系统的桥梁,是
射频识别应用系统中的关键部件,而且现在的发展趋势要求射频识别系统要有更
高的安全性,因此设计一款安全有效地读卡器有着重要的商业价值意义。
IC卡
消费系统主要是针对像公交车这些公共场所消费收取现金不方便的问题,跟以往
的收取现金消费相比,优点更为突出。
采取智能卡消费管理可达到方便,效率更
高,让大家消费更加方便,减少了中间收钱补钱等繁琐的事情,这种IC卡成本
费用低廉,适宜推广,价格合理,为人们的消费资金的提供了安全保障。
第1.2节研究综述
1.2.1国内研究
RFID相比传统的识别系统具有信息量大,通过无线通信方式可重复读写数
据,保密性极好,环境适应能力强,使用寿命更长。
随着技术的进步,RFID应
用领域日益扩大,现已涉及到人们的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。
目前第二代身份证、公共交通等都广泛采用了这项技术,
超市如沃尔玛采用电子标签管理商品。
现射频识别技术在中国还处于一个迅猛发
展的阶段,前景十分广阔,相信随着技术越来越成熟,射频识别技术与其它技术
一样走进我们日常生活的各个角落,使我们的生活更加方便快捷。
1.2.2国内研究
RFID技术在国外的发展较早也较快,在美国、英国、德国、瑞典、日本等
国家目前都有成熟且先进的RFID系统。
其中低频近距离RFID系统主要集中在
125KHz、13.56MHz,高频远距离RFID系统主要集中在UHF频段915MH、z2.45GHz、
5.8GHz,UHF频段远距离系统在北美得到了很好的发展,在欧洲有源2.45GHz得
到了较多的应用,5.8GHz在日本和欧洲均有较为成熟的有源RFID系统。
第1.3节课题的研究意义与目的
1.3.1课题的研究意义
国内RFID读卡器按照应用场合的不同出现全面发展的态势,有读写器模块
便携式读写器、超高频(UHF)读写器、高频读写器、双频标签读写微波读写器、
低频读写器等各种各样的产品供应,这些产品有适合远距离读写、有近距离读写
的。
他们都有一个共同的特点,同质化严重,各产品之间的差别不大,性能也相
近,基本上采用读卡器芯片加单片机的结构,而核心技术并不在自己手中,缺乏
成套系统的自主知识产权。
目前,RFID典型应用领域包括:
(1)车辆道路交通自动收费管理;
(2)旅客航空行包自动识别、分拣转运管理,物流仓库自动管理
(3)车辆出入控制;
(4)RFID金融卡;
(5)门禁管理;
(6)图书馆图书管理;
(7)防伪技术。
随着技术的进步,读卡器会朝着多功能如条码识别、无线数据传输、以太网
传输等方向发展,读卡器的成本也会越来越低,同时阅读器将实现多制式多频段
兼容,多功能、多制式、小型化、模块化、嵌入式方向是读卡器发展的趋势。
1.3.2课题研究的目的
RFID是芯片技术、无线电技术和计算机技术的结合,因此RFID体现了这些
技术的优点,也必然要受到这些技术的制约。
目前RFID在应用中受到的限制主
要表现在以下几个方面:
(1)易受周围开放电磁环境的影响。
(2)在对电磁波传播有影响的物体上使用效果不理想,主要是在电子波无法
穿透过的物体和吸收电磁波的物体上使用效果不好,在某些情况下甚至完全不能
工作。
(3)识读效果受发射电波能量的限制。
在实际应用中,RFID标签识读的准
确性并不能达到百分之百,单位时间内可识读的标签数量也是有限的。
(4)识读设备之间易产生相互影响。
设备(如天线放置及天线方向)安装如不
合理,使用效果会受到严重影响,甚至完全失效。
正是由于RFID技术的不成熟,因此关于RFID技术的研究如火如荼,如关于
阅读器与标签、天线的研究:
EPC、EPCglobal网络的研究,UID(UbiquitousID)
研究等等。
今年来,RFID技术在国内外发展很快,被广泛应用于工业自动化、
商业自动化、交通运输控制管理、空间定位与追踪、系统安防等众多方面。
第1.4节研究范围与内容
1.4.1研究内容
主要研究内容:
(1)RFID系统的工作原理
(2)选用单片机微处理器和RFID模块或芯片建立RFID读写器的设计方法。
创新之处在于RFID读写器,物联网时代更趋于自动化、智能化,不需要太
多人参与,提高资源利用率。
第1.5节研究视角与方法
1.5.1研究视角
RFID信号采集与数据处理的单片机系统软件的设计方法是研究重点,要对
RFID标签进行采集信号、处理存储数据和显示等功能。
IC卡消费是通过IC卡初始化,把允许使用,金额,IC卡号等信息,写入
IC卡。
持卡人消费时,将IC卡放在刷卡区,显示屏上面会显示卡号和余额,并
此时就可以对该卡进行消费或者充值。
因此设计的关键在于对IC卡的读写操
作。
设计将开发一种基于MF-RC522读卡芯片的非接触式IC卡的收费系统,特点
如下:
能够辨别TYPEA型卡片,读卡和防碰撞;高级操作的TYPEA型卡,从而实
现消费充值的功能。
1.5.2研究方法
单片机续写读写器芯片中的寄存器,然后控制读写器芯片,在其找到单片机
的命令之后,根据非接触式射频卡协议的格式,通过天线及其匹配电路附近的发
行一套固定的频率调制信号(13.56MHz)找到卡。
如果有卡存在,那么卡片内部
的LC谐振电路(谐振频率与读写器发送的电磁波频率一样)在电磁波的激励下
产生共振,经由其里面的电压泵不间断的给另一端的电容充电从而获得能量,当
该电压达到2V时,即可作为电源为卡片的其他电路提供工作电压。
单片机在卡片处于读写器的有效运行工作范围内时,向卡片发出寻卡命令,
卡片便通过表示卡片类型来建立卡片和读写器的第一步联系;假如有多张卡片同
时在天线的运行范围内,读写器通过启动防碰撞机制,选择一张卡的序列号,选
择的卡片再读取验证码写入装置,确保读写器卡与卡的合法性和操作权限,但是
未经选中就位于闲置状态,等着下一次的寻卡命令。
密码验证后可以读和写操作,
进行卡片应用。
第2章RC522无线射频公交车刷卡系统的概况
第2.1节智能IC卡的背景及意义
2.1.1智能IC卡的简介
随着现代化水平的不断提升,信息的数量和种类都大幅度增多,人们有太多
个人相关信息要处理,需要随身携带现金以及各种票据来进行例如电话、水电费、
超市购物、银行存取款等业务,这给大家带来较大的不便。
因此,一种携带方便,
可以集查询、支付等多功能于一体的安全可靠的“卡”急切需要问世。
作为现代
社会重要的信息载体,IC卡便是跟随计算机、微电子和信息化技术的发展产生
的一种交易工具。
1972年,法国人罗兰·莫雷诺(RolandMoreno)把能够编程的
IC芯片放在卡片中,第一次让卡片拥有了存储、加密及数据处理能力。
1976年,
世界第一枚IC卡[1]由法国布尔(Bull)公司研制问世。
早期接触式IC卡系统有它自身的弊端,比如磨损严重、设备投入大、交易
慢等。
随着信息产业的全球化和服务业普遍化,在某些情况下,信息载体上的可
移植性,安全性和易使用方面有了更高的要求。
所以非接触式IC卡的使用容易、
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