0 引言 
    射頻識別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)是從20世紀(jì)90年代開始興起的一項自動識別技術(shù)．它利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識別目的并交換數(shù)據(jù)．其主要優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，不受雪雨，冰雹，灰塵等的影響，且可穿透非金屬物體進(jìn)行識別，抗干擾能力強(qiáng)[1]．RFID技術(shù)已在世界各地得到廣泛的應(yīng)用，并在安全，金融，物流等領(lǐng)域發(fā)揮出巨大優(yōu)勢，以美國，日本和歐洲為首的發(fā)達(dá)國家對該技術(shù)的應(yīng)用研究已達(dá)到相當(dāng)高的水平，而我國則處于起步階段，大多采用引進(jìn)的技術(shù)成果，因而研究該技術(shù)已成為當(dāng)今社會發(fā)展的必需． 

    人們將振蕩回路移人交變場附近時，能量便通過振蕩回路的線圈感應(yīng)出交變磁場能量．如果交變磁場的頻率與振蕩回路的諧振頻率相同，振蕩回路就激發(fā)了諧振振蕩． 

    振蕩線圈上的振蕩過程，可以根據(jù)交變磁場中振蕩線圈的短時電壓變化或電流變化得到．這種線圈電流的短時上升(或線圈電壓下降)被稱作降落(Dip)．Dip的相對強(qiáng)度取決于兩個線圈的距離和其相對運(yùn)動的速度．為了保證可靠的識別射頻卡振蕩回路，需要獲得一個盡可能明顯的Dip．但我們不能對振蕩器進(jìn)入磁場的速度施加特別的限制，只能考慮以無限小的速度接近振蕩回路時所產(chǎn)生的一種無限小的Dip．所以，我們使產(chǎn)生磁場的磁場頻率不是恒定的，而是“掃頻”的．振蕩器頻率不斷掃過最大和最小頻率之間的范圍，如果掃頻的振蕩頻率正好命中了在射頻卡里振蕩回路的諧振頻率，其振蕩回路就開始起振，并由此在振蕩器線圈的電流中產(chǎn)生一個明顯的Dip．由電感耦合原理，再通過數(shù)據(jù)載波調(diào)制和解調(diào)技術(shù)[2]，由振蕩回路組成的射頻系統(tǒng)和由掃頻回路組成的讀寫系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了通信． 

    我們利用RFID技術(shù)，通過單片機(jī)控制射頻模塊，利用天線發(fā)出適合射頻卡的共振磁場，使其可以有效的與射頻卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，完成射頻卡的識別和卡內(nèi)數(shù)額的增加與減少． 

1 材料和方法 
1．1 材料 
    1．1．1 射頻部分美國德州儀器公司(TI)在1991年創(chuàng)立TIRIS。它是一套完整的無線感應(yīng)識別系統(tǒng)，其工作原理是：先由射頻模塊透過天線發(fā)出134．2kHz的電磁波(該電磁波可對感應(yīng)器進(jìn)行充電，充電時問一般在15—50 ms左右)，此時若有感應(yīng)器出現(xiàn)在磁場范圍內(nèi)。就會利用磁能轉(zhuǎn)換的原理，將接受到的電磁波轉(zhuǎn)換為其所需的電能，并將感應(yīng)器內(nèi)所有的數(shù)據(jù)以FN調(diào)頻的方式傳送回去，此時射頻模塊停止發(fā)射電磁波，并經(jīng)由天線接收感應(yīng)器傳回數(shù)據(jù)，并進(jìn)行譯碼動作，如此便完成讀卡動作．rITI將該套系統(tǒng)封裝在集成電路芯片中，非常方便人們的使用和二次開發(fā)． 

    本系統(tǒng)的硬件解決方案中的射頻部分就是利用TIRIS技術(shù)，分別選用RFM-001射頻模塊，卡片封裝的RI—TRP—W4FF射頻卡和SA110天線． 

    讀卡控制過程：① 將TXCT設(shè)為低電平，延時50 ms后，再將TXCT恢復(fù)為高電平；② 再約過3 ms后，SCIO開始輸出資料，為NRZ編碼總共輸出14字節(jié)資料，資料的具體構(gòu)成由射頻卡的存儲格式?jīng)Q定．寫卡過程：① 先發(fā)寬度為50 ms的脈沖為射頻卡充電；② 再依次發(fā)出14字節(jié)數(shù)據(jù)的信號脈沖，然后讀出卡返回的數(shù)據(jù)，校驗(yàn)寫卡是否成功及數(shù)據(jù)是否正確．寫入數(shù)據(jù)的格式由射頻卡的寫入格式?jīng)Q定．   [nextpage]

    選用的卡片封裝的RI—TRP—W4FF射頻卡為可讀／寫型，其中共有14bytes位數(shù)據(jù)存儲空間[3]。讀出格式：① 第1字節(jié)為起始字節(jié)，固定值為FEH；② 第2— 11字節(jié)為用戶數(shù)據(jù)區(qū)；③ 第12字節(jié)為停止字節(jié)。固定值為FEH；④ 第l3，l4字節(jié)內(nèi)數(shù)據(jù)值分別等于第2，3字節(jié)內(nèi)數(shù)據(jù)值．寫入格式如表1所示： 

    天線采用SA1 10，該天線用漆包線繞成．外形呈圓形，屬于近場耦合線圈天線． 

    1．1．2 讀寫器部分射頻卡系統(tǒng)讀寫器主要由單片機(jī)，射頻模塊和外圍電路組成 [4]．單片機(jī)控制和協(xié)調(diào)讀寫器各功能模塊的工作；射頻模塊和天線實(shí)現(xiàn)讀卡器和射頻卡之問的通信．外圍電路由電源電路，EEP—ROM。RS232接1：3。鍵盤電路和LED顯示電路等組成． 

    RFM-001射頻模塊只需要2根信號線與單片機(jī)連接，ATMEL公司的89C2051滿足端口數(shù)的要求[5]，且其工作頻率為1 1．0592MHz，與射頻模塊和RS232匹配．EEPROM采用AT24C16．由MAX232芯片完成UART與RS232的電平轉(zhuǎn)換[6]，本系統(tǒng)預(yù)留了RS232接口。方便相關(guān)軟件的開發(fā)和使用，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與Pc的通信。以便射頻卡讀寫器實(shí)時向Pc機(jī)傳送信息． 

    鍵盤采用中斷方式的編碼鍵盤。僅當(dāng)有唯一一個鍵按下時，向單片機(jī)發(fā)送中斷信號并提供所按的鍵的編碼(4個二進(jìn)制位)，對按鍵的監(jiān)控由一片可編程邏輯芯片GAL22V10D完成[7]．當(dāng)沒有鍵按下或不止一個鍵按下時，輸出中斷信號為高，不引起單片機(jī)中斷；當(dāng)有唯一一個鍵按下時，輸出中斷信號為低。引起單片機(jī)中斷，并通過4位數(shù)據(jù)線提供按鍵的編碼信號．采用串行移位輸入的靜態(tài)顯示電路．由單片機(jī)的普通并行端口模擬單片機(jī)串口的工作方式提供顯示數(shù)據(jù)．其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示． 

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    1．2 方法射頻卡系統(tǒng)具體的工作流程為：① 讀寫終端不斷向周圍發(fā)出一組固定頻率的電磁波；② 對應(yīng)于讀寫終端的特定頻率的射頻卡內(nèi)有一個LC串聯(lián)振蕩諧振電路，當(dāng)它進(jìn)入讀寫終端的工作區(qū)域內(nèi)。在電磁激勵下，Lc諧振電路產(chǎn)生共振；③ 共振使射頻卡內(nèi)的電容積蓄了電荷，當(dāng)所積蓄的電荷達(dá)到指定電壓時，可作為電源為射頻卡集成電路提供工作電壓；④ 射頻卡的CMOS集成電路中的有關(guān)控制邏輯電路對接受到的信號進(jìn)行解碼；⑤ 根據(jù)解碼信息判斷讀寫終端發(fā)來的命令要求，讀取存儲器(EEPROM)有關(guān)信息或?qū)Υ鎯ζ鬟M(jìn)行重新編程；⑥ 射頻卡電路中的電容放電時，再將從存儲器中讀取的數(shù)據(jù)及相關(guān)信息通過發(fā)射電路發(fā)送給讀寫終端，實(shí)現(xiàn)一次完整的信息互通．整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示． 

2 結(jié)果 
    我們設(shè)計的讀寫器在0～10 mm范圍內(nèi)符合IEC／ISO 1 1784標(biāo)準(zhǔn)的非接觸射頻卡．在0～10 mm范圍內(nèi)能尋找到卡片；在0～7．5 mm范圍內(nèi)，能正常完成各項設(shè)計功能，且運(yùn)行穩(wěn)定?；旧线_(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求；但在干擾強(qiáng)烈的環(huán)境中，工作距離有所縮短，穩(wěn)定性能略有下降，還應(yīng)增強(qiáng)抗干擾的能力．同時，系統(tǒng)各個模塊獨(dú)立性強(qiáng)，易于其他科技人員進(jìn)行二次開發(fā)．比如，稍做改動就可以應(yīng)用于考勤或門禁等不同情況． 

3 討論 
    在射頻卡系統(tǒng)的應(yīng)用中還應(yīng)注重安全性，即數(shù)據(jù)在傳輸過程中穩(wěn)定可靠性問題．?dāng)?shù)據(jù)加密是射頻卡系統(tǒng)的生命所在，在今后的相關(guān)研究中，值得我們重視．總之，隨著社會經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，射頻卡技術(shù)會越來越廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，特別是無線通信，身份識別，金融交易，公用交通等領(lǐng)域，射頻卡技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)極具市場價值．