13.56MHz射频识别系统硬件电路设计毕业论文.doc

《13.56MHz射频识别系统硬件电路设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《13.56MHz射频识别系统硬件电路设计毕业论文.doc（31页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、 本科毕业论文（设计）题目： 13.56MHz射频识别系统硬件电路设计 学生姓名 学 号 指导教师 院 系 专 业 年 级 I摘要射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术是一种非接触的自动识别技术。RFID技术以其高度安全保密性、同时识别多个标签和高速运动物体、操作快捷方便等优点，使得在各领域的应用中异军突起，应用前景十分广阔。研究、开发射频识别读写器，对其发展有着重要的实际意义。论文首先介绍了RFID技术的发展历史及国内外应用现状，接着对RFID系统基本工作原理进行了概述；其次描述了射频识别系统的体系结构和基本功能，并着重介绍了国际标准ISO/

2、IEC 15693空中接口协议；然后，按照该协议提出了一种基于TI公司S6700芯片的13.56MHz射频识别读写器的硬件设计和实现方案；详细阐述了S6700应用电路、天线设计、以及基于AT89S52单片机的控制电路、RS232串口通信电路的设计，本设计实现了对Tag_it卡的读写操作，并与上位机进行通信；最后，在硬件设计和软件设计基础上，根据制作的实物和测试结果做出总结论述，并提出了一些尚待解决的问题。关键词：射频识别，RFID，读写器，13.56MHz，电子标签，S6700，ISO15693AbstractRFID (Radio Frequency Identification, RFID

3、) technology is an automatically identifying technology that requires no direct contact. Advantages such as high degree of safety and confidentiality, the ability to identify multi-tag and objects with high speed, and the convenient operation entitles RFID technology with wide application in all fie

4、lds and great prospects. Therefore, the development of RFID reader has significant practical significance.The thesis will firstly give a general introduction on the history of RFID technology, its application both at home and abroad, and the overview of the basic working principle. Secondly, it focu

5、ses on the RFIDs system construction and fundamental functions, with an emphasis on the international standard ISO/IEC 15693 air interface protocol.Thirdly, according to the protocol, the paper proposes a hardware design program based on 13.56MHz RFID reader of S6700 Chip of TI Cooperation, elaborat

6、ing the applied circuit of S6700, antenna design, and based on the control circuit based on the design of AT89S52 MCU and RS232 serial communication circuit. This design realizes the reading and writing function of Tag_it card, and also realizes the communication with the host computer. At last, bas

7、ed on the design of hardware and software as well as the testing results and the products, the paper will draw a conclusion and made a number of unsolved issues.Key words: RFID, Reader, 13.56MHz, Electronic Tag, S6700, ISO15693II目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 射频识别系统概述11.1.1初识射频识别技术（RFID）11.1.2射频识别技术发展历史及

8、应用现状11.2 射频识别系统工作原理21.3 研究意义及论文结构3第二章 射频识别系统体系结构52.1 阅读器概述52.1.1读写器的基本结构52.1.2 读写器的基本功能62.2电子标签（Tag）概述62.3 ISO/IEC的RFID空中接口标准62.3.1 ISO/IEC 15693系列标准介绍72.3.2 ISO/IEC 15693标准的防冲突机制7第三章 RFID系统读写器设计93.1 系统结构技术指标93.2 设计方案93.2.1 系统设计总体构思93.2.2 TRF7960芯片的功能与特点103.2.3 S6700芯片的功能与特点113.3 读写器硬件电路设计133.3.1 射频

9、电路设计143.3.2 天线设计153.3.3 控制电路设计173.3.4接口电路设计18第四章 总结与展望19致谢21参考文献23第一章 绪论1.1 射频识别系统概述1.1.1初识射频识别技术（RFID）RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)是一种应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动的获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感耦合或者电磁耦合）传输特性，实现非接触性信息传递，达到自动识别的目的1。一个典型的RFID系统由阅读器（Reader

10、）、电子标签（应答器Tag）和数据管理、处理系统组成。RFID系统分为有源和无源两类，有源系统的电子标签是由电源来提供能量，无源的电子标签则没有电源而是由电磁场来提供能量。与传统识别技术比较，射频识别技术具有防水、防磁、耐高温、读取距离大、数据加密、传输速度快、存储数据容量更大、存储信息更改简单等特点，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，操作快捷方便。如今射频识别技术发展迅猛，其应用领域也在不断的扩大。射频识别技术被广泛应用于工商业自动化、军事物流保障、交通运输控制管理等众多领域，随着RFID标准的形成与完善，技术的进一步发展，其新的应用领域还在不断扩展，层出不穷。1.1.2射频识别技

11、术发展历史及应用现状能量是RFID的存在基础，电磁能量是自然界存在的一种能量形式。雷达技术开创了人类利用电磁能量的先河，人们对雷达的应用和改进催生了RFID技术。1948年，哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”论文奠定了射频识别技术的理论基础。而最早使用这项技术的是美国国防部军需供应局。在随后的几十年，RFID技术得到了迅猛的发展，其应用产品正逐渐成为人们生活不可获取的一部分2。射频识别技术在国外发展迅速，RFID产品种类众多。如TI，Motorola, Philips, EM, iPico, Alien等世界著名厂家都生产RFID产品，并且它们的产品各有特点，自成体系。目前，RFID 还

12、未形成统一的全球化标准，市场为多种标准并存的局面，但随着全球物流行业RFID大规模应用的开始，RFID标准的统一已经得到业界的广泛认同。我国在RFID技术的研究、应用方面也发展很快。在RFID技术研究及产品开发方面，国内已具有了自主开发低频、高频与微波RFID电子标签与读写器的技术能力及系统集成能力。在RFID技术应用方面，基于我们国家经济发展状况、信息化程度不高、RFID实施成本较高、标准尚未统一、我国产业链供应处于初级阶段等原因，RFID技术在我国尚未广泛应用。但是在国内物流、烟草、医药、门禁系统、身份证等已经得到很好的应用。2010年2月中国移动推出的使用RFID-SIM卡的手机支付业务

13、、上海世博会电子门票、在无锡试点的物联网等堪称我国RFID行业典范。随着中国企业信息化进程的推进、RFID技术将逐渐扩大到更加广泛的领域，而RFID的成本也会随着应用的推广和市场的扩大而逐步降低，RFID的益处也将得到最大程度的发挥。1.2 射频识别系统工作原理最基本的RFID系统由三部分组成：（1）标签(Tag，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。每个标签具有唯一的卡号（UID）。（2）阅读器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。（3）天线：在标签和阅读器间传递射频信号。有些系统还通过阅读器的RS232或RS485接口与外部计算机(上位机主系

14、统)连接，进行数据交换。本文所研究的系统使用RS232接口与PC机进行通信。典型的射频识别系统组成如图1.1所示。阅读器接口电路MCU射频模块天线上位机应答器（Tag）图1.1 射频识别系统基本组成所有阅读器均可简化为射频电路和控制单元两个基本模块。射频电路包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动电子标签提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给电子标签；接收并解调来自电子标签的高频信号。阅读器的控制单元的功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；控制与电子标签的通信过程(主-从原则)；信号的编解码。对一些特殊的系统执行反碰撞算法，对电子标签与阅读器间要

15、传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和阅读器的身份验证等附加功能3。本文研究的RFID读写器中心频率工作在13.56MHz，所操作的电子标签属于无源标签。读写器产生的射频信号通过天线辐射到空中，当标签处于天线辐射磁场中的时候，通过电感耦合，标签的天线线圈上产生一个电压，将其整流后作为数据载体的电源。论文中研究的RFID系统属于“阅读器通话优先”系统，即只有在接收到读写器发出的命令以后，标签才给出响应。1.3 研究意义及论文结构在目前主流自动识别技术中，条码和磁卡的成本较低，但是容易磨损，只具备读而不具备写的功能，并且数据量很少；接触式IC卡的成本稍高，数据存储量较大，安全性好，但是也容易磨损，寿命短；而射频卡片实现了免接触操作，应用便利，不易磨损，寿命长，穿透性好，抗污染和防干扰能力强