基于FM1702的射频卡读写系统的设计毕业设计论文.docx
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基于FM1702的射频卡读写系统的设计毕业设计论文
毕业设计(论文)任务书
题目:
基于FM1702的射频卡读写系统的设计
一、原始依据(包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。
)
工作基础:
掌握51单片机的基本原理,能够使用C51完成相关的应用程序,了解射频卡的基本工作原理。
研究条件:
51单片机实验系统以及FM1702射频卡读写模块。
应用环境:
基于FM1702的单片机读写模块的程序设计
工作目的:
熟练掌握51单片机的C编程
熟练使用Proteus/Protel作为电路设计、仿真的辅助工具
了解射频卡的安全认证和读写控制
开发基于该系统的读写控制程序
二、参考文献
[1]单片机的C语言应用程序设计,马忠梅,北京航空航天大学出版社,2007.
[2]基于FM1702射频识别读写器的设计与实现,邢海霞,索明何.嵌入式计算机,2007.
[3]新概念51单片机C语言教程,郭天祥,电子工业出版社,2008.
[4]C程序设计(第三版),谭浩强,清华大学出版社,2007.
[5]The8051MicrocontrollerandEmbeddedSystems,MuhammadAliMazidietc.
三、设计(研究)内容和要求(包括设计或研究内容、主要指标与技术参数,并根据课题性质对学生提出具体要求。
)
1、掌握51单片机C编程。
2、掌握射频卡读写控制的基本原理和步骤。
3、完成基于该模块的射频卡的基本读写控制程序的开发。
4、在此基础上,通过扩展外接输入输出设备完成对射频卡读写控制。
指导教师(签字)
年月日
审题小组组长(签字)
年月日
本科生毕业设计(论文)开题报告
课题名称
基于FM1302的射频卡读写系统的设计题目
系名称
信息工程系
专业名称
自动化
学生姓名
田靖
指导教师
扈书亮
一、课题来源及意义
无线射频译自英文RadioFrequencyIdentification,简称为RFID,是20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术。
射频技术(RFID)相对于传统的磁卡及IC卡技术具有非接触、阅读速度快、无磨损等特点。
无线射频技术在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输,以达到目标识别和数据交换的目的。
与传统的条型码、磁卡及IC卡相比,射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能,能同时处理多张卡片。
目前生产射频技术RFID产品的很多公司都采用自己的标准,国际上还没有统一的标准。
目前,可供射频卡使用的几种射频技术标准有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。
应用最多的是ISO14443和ISO15693,这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。
本课题采用的RFID是基于ISO14443技术标准。
二、射频技术发展现状
RFID直接继承了雷达的概念,并由此发展出一种生机勃勃的AIDC新技术——RFID技术。
1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。
RFID技术发展的历程表。
在20世纪中,无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。
RFID技术的发展可按10年期划分如下:
1941~1950年,雷达的改进和应用催生了RFID技术,1948年奠定了RFID技术的理论基础。
1951—1960年,早期RFID技术的探索阶段,主要处于实验室实验研究。
1961—1970年,RFID技术的理论得到了发展,开始了一些应用尝试。
1971—1980
年,RFID技术与产品研发处于一个大发展时期,各种RFID技术测试得到加速。
出现了一些最早的RFID应用。
1981~1990年,RFID技术及产品进入商业应用阶段,各种规模应用开始出现。
1991~2000年,RFID技术标准化问题日趋得到重视,RFID产品得到广泛采用,RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。
2001—今。
标准化问题日趋为人们所重视,RFID产品种类更加丰富,有源电子标签。
无源电子标签及半无源电子标签均得到发展,电子标签成本不断降低,规模应用行业不断扩大。
三、研究目标
用非接触式IC卡读卡器模块实现对M1卡(IC卡)的读写操作,即在实验箱的LCD上显示M1卡的卡号以及对M1卡进行读/写操作时的M1卡数据。
四、研究内容
1、设计了射频卡的控制电路。
设计合理的硬件电路来实现所需要的读/写功能,其中单片机(51)系统的设计,键盘、显示部分设计等。
2、编写针对该射频卡的控制程序。
包括RFID卡读/写/密码验证操作程序,与PC机通信中断处理程序,键盘显示程序及存储器读写程序。
3、在MCS51集成开发环境下对射频卡的硬软件进行调试,实现研究目标。
五、研究方法与手段
键盘模块功能:
给MCU命令,使MCU对非接触式IC卡模块进行读/写操作。
LCD显示器模块:
进行读操作时,显示M1卡号、显示“读数据”以及读的数据;进行写操作时,显示M1的卡号、显示“WRITE”以及写入数据。
LED模块功能:
用来动态观察程序执行到的具体位置,如:
LED1寻卡成功,LED2防冲突成功,LED3选卡成功,LED4装载密匙成功,LED5验证AUTHENT1成功,LED6验证AUTHENT2成功,LED7读卡成功,LED8写卡成功。
8255可编程模块功能:
对MCU进行编程,下载和调试程序。
非接触式IC卡模块功能:
对M1卡进行读写操作并反馈给MCU。
MCU主控制模块功能:
对输入信号进行分析计算,控制非接触式IC卡模块,给予LCD以及LED模块数据和信号,等待键盘模块的命令。
实验室现有设备:
EL-MUT-III型单片机教学实验箱(其中包含键盘、显示模块),以及射频卡扩展模块。
六、进度安排
1、2012.12.07-2013.03.15查找资料,了解了射频卡的功能及意义,
单片机应用,完成开题报告。
2、2013.04.01-2013.04.15编写针对该射频卡控制系统的程序。
3、2013.04.16-2013.05.09对系统硬软件进行调试
4、2013.05.10-2013.06.01撰写论文,准备答辩。
八、主要参考文献
[1]慈新新,王苏滨,王硕.无线射频识别(RFID)系统技术与应用[M],2007.
[2]游战清,刘克胜,吴翔,林汉宏等.无线射频设别(RFID)与条码技术[M],2007.
[3]黄智伟.射频集成电路芯片原理与应用电路设计[M],2004.
[4]范博.射频电路原理与实用电路设计[M],2006.
[5]慈新新,盛裕平,张海波等.架设企业级多网络域邮件系统[J].软件世界,2000.
[6]慈新新,李德彩,王韬.RFID在物流中的应用及前景[J].微电脑世界,2004.
[7]慈新新,曾荣仁.美军射频识别技术应用浅析[J].自动识别技术与应用,2004.
[8]慈新新,RFID的技术发展与创新[J].微电脑世界平,2005.
[9]慈新新,曾荣仁,王韬.2005年射频识别应用情况回顾[J].微电脑世界,2005.
[10]王忠敏,张成海.EPC与物联网[M].北京:
中国标准出版社,2004.
[11]陈大才等.射频识别(RFID)技术[M].北京:
电子工业出版社,2001.
[12]陆永宁.非接触式IC原理与应用电子技术[M],北京:
电子工业出版社,2006.
[13]胡汉才.单片机原理及接口技术[M],北京:
清华大学出版社,2010.
[14]陈大才.无线射频识别技术(RFID)[M].北京:
电子工业出版社,2001.
[15]陈宏宇.RFID系统入门[M].台北:
文魁资讯股份有限公司,2004.
[16]刁建成.RFID原理与应用[M].台北:
全华科技图书股份有限公司,2005.
[17]张成海,张铎.现代自动识别技术与应用[M].北京:
清华大学出版社,2003.
[18]丘莹青.RFID实践——非接触式智能卡系统开发[M].台北:
学贯行销股份有限公司,2005.
[19]陈邦媛.射频通信电路[M].北京:
科学出版社,2003.
[20]周朝栋等.天线与电波[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2002.
[21]LawrenceRabiner,andBiingHwangJuang,FundamentalsofSpeechRecognition.PrenticeHall,NewJersey,1993
[22]Y.M.Lam,M.W.Mak,andP.H.W.Leong,“FixedpointimplementationsofSpeechRecognitionSystems”.ProceedingsoftheInternationalSignalProcessingConference.Dallas.2003
[23]SoshiIba,ChristiaanJ.J.Paredis,andPradeepK.Khosla.“InteractiveMultimodalRobotProgramming”.TheInternationalJournalofRoboticsResearch(24),pp83–104,2005
[24]Huang,X.etal.“TheSPHINX-IIspeechrecognitionsystem:
anoverview”.ComputerSpeechandLanguage7
(2):
pp137–148,1993.
[25]Treeumnuk,Dusadee.(2001).ImplementationofSpeechRecognitiononFPGA.(Mastersresearchstudy,AsianInstituteofTechnology,2001).Bangkok:
AsianInstituteofTechnology.
[26]Sriharuksa,Janwit.(2002).AnASICDesignofRealTimeSpeechRecognition.(Mastersresearchstudy,AsianInstituteofTechnology,2002).Bangkok:
AsianInstituteofTechnology.
选题是否合适:
是□否□
课题能否实现:
能□不能□
指导教师(签字)
年月日
选题是否合适:
是□否□
课题能否实现:
能□不能□
审题小组组长(签字)
年月日
毕业设计(论文)说明书
题目:
基于FM1702的射频卡读写系统的设计
系名信息工程系
专业自动化
年级2009级
姓名田靖
指导教师扈书亮
2013年6月6日
摘 要
本论文描述了以STC89C52单片机作为控制器,以射频技术为核心,基于复旦微电子公司FM1702SL模块设计的非接触式IC卡读写器,阐述了该系统的组成、工作原理以及相应的软硬件设计。
然后介绍了TypeA型常用的卡片Mifare1ICS50以及对应读卡器的设计方法和电路(使用专用的射频读卡集成芯片FM1702),并详细描述了系统各个模块的组成和原理,给出了天线的设计规范,并根据课题要求详细介绍了设计的一款TypeA型读卡器的射频模块的实现方案。
最后介绍了系统设计的软件部分,重点介绍了FM1702的主要特性(如防冲突、三重验证等)以及与Mifare1非接触IC卡通信等一些重要软件模块,并展示了实际测试的结果并证明了该读写器完成了基本功能,运行稳定可靠。
关键词:
STC89C52;FM1702;Mifare1;IC
ABSTRACT
ThispaperintroducestheICcardread-writedevicewhichisbasedonFM1702ofShanghaiFudanMicroelectronicsCompany,itusesmicro-computerSTC89C52asthecontrollerandtheradiofrequencytechnologyasthecore.Thepaperdescribesthecomponetsofthesystem,workingprincipleandthecorrespondinghardwaredevice.Then,thepaperrepresentsthecardMF1ICS50whichisusuallyusedinthecardsofTypeAandthemethodofthedesignandthecircuitofthecardreaderdevice(thedeviceusestheradiofrequencechipreadermoduleFM1702),inaddition,thepaperanalyzestheprinciplesofeverymoduleindetailsandthedesignrulesoftheantennacircuit.Finally,thepaperintroducesthedesignofthesoftware,especiallyitdescribesthefeaturesofFM1702(suchasanticollision,authenticationetc)andthebasicinstructionofICcardreadersetwhichiscontactlesstoMifarel.Afterthetest,theread-writedeviceshowstheactualtestresultsanditcancompletethebasicfunctionsandoperatesstably.
Keywords:
STC89C52;FM1702;Mifare1;ICRead-WriteDevice;
目 录
第一章 绪论
1.1 研究背景
目前很多国家的城市缴费系统存在着很多问题,如大量使用现金交易,管理规范化较差,一种卡只适用于一种缴费场合,原本的磁卡系统保密性和安全性较差,同时卡片本身容易损坏,等等。
人们使用金钱的机会越来越多,而大量的现金交易不方便也不安全。
因此一种安全可靠,容易操作和管理的缴费系统,将会在城市发展中发挥积极的作用。
单片机主要用于控制的,它的应用领域遍及各行各业,大到航天飞机,小到日常生活中的冰箱,彩电,单片机都可以大显其能。
单片机在国内外的很多领域中应用得十分广泛,比如家用电器业,通信业,仪器仪表,汽车电子工业,以及工业控制领域等等。
单片机几乎在人类生活的各个领域中都表现出了强大的生命力,随着单片机性能的进一步提高,它必将得到更多广泛的应用。
射频卡,为近年才出现的新型卡片,在卡片上嵌有IC(E2PROM,有的还有CPU)。
由于它保存的信息比较可靠安全、可以高达几万次的读写,能存储大量资料。
射频卡技术在生产流水线上实现自动控制、监视,提高生产率,改进生产方式,节约了成本。
射频卡系统用于智能仓库货物管理,能有效地解决与货物流动有关的信息管理,不但增加了处理货物的速度,还可监视货物的一切信息。
同时射频卡的安全性和保密性很高,操作方便,快速。
在缴费系统中应用单片机技术和射频卡技术,控制容易,扩展功能方便,管理将更有效率,将两者的优势结合在一起。
该系统在城市缴费中必然发挥重大作用。
1.2 射频识别技术的优点
IC卡按卡与外界数据传送的形式不同,分为接触式IC卡和非接触式IC卡。
接触式IC卡通过8个触点从读写器获取能量和交换数据;非接触式IC卡通过射频感应从读写器获取能量和交换数据,所以非接触式IC卡又叫射频卡。
现在常见的是接触式IC卡,这类卡的读写操作速度较慢,操作也不方便,每次读写时必须把卡正确地插入到读写器的口槽才能完成数据交换。
这样,在需要频繁读/写卡的场合就很不方便,而且IC卡的触点暴露在外,容易损坏和搞脏而造成接触不良。
非接触式IC卡是基于电磁感应原理开发出来的产品。
它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换,无需任何接触,使用非常方便、快捷,不易损坏。
目前Philips公司的Mifare卡现在是国内市场的主流产品,应用越来越广。
其典型型号为Mifare1S50,它有1K字节EEPROM用于存放数据,分成16个区,每个区都有自己独立的密码,具有完善的安全机制。
Mifare卡是一种智能卡,内建有中央微处理机等,使卡的安全保密性、认证逻辑等微操作控制有序进行。
Mifare卡读写器的设计一般采用Philips公司生产的读写模块MCM200或MCM500。
随着技术的进步,PHILIPS公司现在生产了功能及性能更好的读卡芯片(例如:
MF-RC500),我们就是以这种芯片为基础来设计和开发Mifare射频卡读写器。
1.3 研究的意义以及目的
城市公交系统,高速公路,地铁的自动收费系统,水电费收费系统,医疗保险系统等,其工作的质量与效率会直接影响到人民群众的日常生活和工作,本系统的应用必然极大地提高城市居民的生活便利程度,一定程度上缓解城市交通的拥挤。
利用现代计算机和通讯技术,实现城市缴费射频卡收费系统,能显著提高企业的现代化管理水平,为公交运营管理提供科学准确的数字信息,获得明显的社会和经济效益。
现代化城市开始朝着一卡通方向发展。
一卡通的城市缴费系统,是一个革命性的转变,要经基层领域的长时间的实践应用中不断完善和发展。
一旦实现,对于城市的整体竞争力的提高,会有很大帮助。
1.4 研究内容
本课题研究的内容是基于51单片机的射频卡读写系统,本论文中用该读写系统模拟自助交费系统。
系统以STC89C52单片机作为处理控制器,应用FM1702SL射频卡读写模块,读取射频卡中卡号和账户余额,实现自动缴费,并将缴费后的账户余额信息发送到12864液晶显示模块电路进行显示。
当余额不足时候发出警报。
该设计系统在长期使用的情况下不容易损坏,能够简单得被工作人员操作,使其能够广泛应用于多个领域。
第二章 基于FM1702的读卡器硬件电路设计
2.1 系统结构
图2-1 系统结构图
2.2 系统工作过程
接通电源后,系统不停地检测FM1702周围是否有可以识别的IC卡,如果有,AT89T51就把卡内预设单元数据读回,减去预设缴费值(5元),然后将处理后的数据通过FM1702存储卡内,接着将卡挂起,避免一次刷卡进行多次缴费操作。
一次缴费操作(一次读取一次存储)的时间小于5ms,而人进行一次刷卡操作的时间大于0.5s,因此正常刷卡不会影响对卡的读写操作。
操作结束后系统会控制蜂鸣器提示操作完毕,之后会在12864液晶上显示个人信息,包括ID.剩余金额,本次扣除金额等。
2.3 可靠性和可行性分析
由于单片机芯片主要应用于工业控制,只能化仪器仪表和家用电器,因此对单片机应用系统的可靠性提出了更高的要求。
可靠性是单片机应用系统的重要指标之一,单片机应用系统的可靠性通常是指在规定的条件下和规定的时间内,完成规定工作的能力。
其中规定条件是指系统工作时所处的环境(温度,湿度,振动,电磁干扰等),维护条件,使用条件等;规定时间是指考察系统是否正常工作的起止时间;规定动作则是系统应当实现的功能。
提高系统的可靠性也就是要减少系统的故障,而引起故障的因素有来自系统内部和外部两个方面。
外部因素:
例如环境温度,湿度,电源的波动,电磁干扰,冲击,振动,腐蚀等。
内部因素:
它出现在系统的硬件及软件上。
其中包括电路连线短路或开路,构成电路的元器件损坏失效等,另外还包括软件设计中的问题。
一个高可靠性的单片机应用系统是通过可靠性设计而产生的,并通过可靠性生产和可靠性使用及维护来保证的。
因此,在系统设计时要充分利用可靠性的概念和方法考虑系统的硬件设计和软件设计。
同时,该系统要广泛应用于社会的缴费系统,这就对系统的可行性提出了很高的要求。
单片机是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中,靠程序运行的,并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能。
将单片机技术和射频卡技术有效地结合起来,必然给社会的发展带来巨大的效益。
2.4 主控制模块
MCU主控电路是射频卡读写器的核心部分,主要负责系统上电后对各个模块的初始化、控制通信模块完成与上位机进行串行数据通信、控制显示模块显示数据、声光报警、控制射频模块通过天线完成对射频卡的各种操作等,保证系统能够有序、稳定的工作。
因此本设计采用单片机控制外围电如图2-2。
图2-2 主控制电路
2.5 读卡器模块
2.5.1 读卡器模块概述
读卡器模块是由复旦微电子股份有限公司设计的非接触卡读卡器专用芯片FM1702SL和少量外围电路组成的。
该读卡器模块包括了接口电路,天线电路,存储电路以及电源电路。
模块电路如图2-3。
读卡器与MCU连接接口图如图2-4。
图2-3 读卡器模块电路图
图2-4 读卡器与MCU连接图
2.5.2 读卡器芯片FM1702
图2-5 FM1702管脚图
FM1702芯片有以下特点:
高集成度的模拟电路,只需最少量的外围线路;操作距离可达10cm;支持ISO14443协议;内部带有加密单元;支持SPI接;包含512byte的EEPROM;包含64byte的FIFO;数字电路具有TTL/CMOS两种电压工作模式;软件控制的powerdown模式;一个可编程计时器;一个中断处理器;一个串行输出输入口;启动配置可编程数字,模拟和发射模块都有独立的电源供电,电压范围从3V到5V;封装形式为SOP24小型封装。
FM1702的管脚配置如图2-5所示。
管脚功能如表2-1。
表2-1 FM1702管脚功能表
引脚序号
引脚名称
类型
引脚功能
1
OSCIN
I
晶振输入:
fosc=13.56MHz
2
IRQ
O
中断请求:
输出中断源请求信号
3
MFIN
I
串行输入:
接收满足ISO14443A协议的数字串行信号
4
TX1
O
发射口1:
输出经过调制的13.56MHz信号
5
TVDD
PWR
发射器电源:
提供TX1和TX2的输出能量
6
TX2
0
发射口2:
输出经过调制的13.56MHz信号
7
TVSS
PWR
发射器地
8
C0
I
固定接低电平
9
C1
I
固定接高电平
10
C2
I
固定接高电平
11
DVSS
PWR
数字地
12
MISO
O
主入从出:
SPI接口下数据输出
13
SCK
I
串行时钟(SCK):
SPI接口下时钟信号
14
MOSI
I
主出从入:
SPI接口下数据输入
15
NSS
I
接口选通:
选通SPI接口模式
16
C3
I
固定接低电平
17
DVDD
PWR
数
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