1、摘 要I本科毕业论文（20 届）基于 RFID 卡贵重物品防盗器设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要I摘 要为了适应信息时代的需要，本文研究一种基于射频识别（Radio Frequence Identification：RFID）技术的防盗追踪器。(1) 研究了基于射频识别技术的防盗系统的总体设计，设计了射频 IC 读卡器的电路原理图。(2) 深入研究 RFID 的天线的接收电路，结合本设计采用了线圈天线。(3) 针对设备组网应用要求，防盗追踪器阅读器之间通信采用 RS485 总线，通过 RS485 接口与 PC 机组成通信网络系统。(4)
2、设计单片机的整体电路，包括看门狗、液晶显示、数据存储和实时时钟等在内的外围模块电路。(5) 根据射频识别防盗追踪系统总体设计要求，采用模块化软件设计方法，根据 MF RC500 的特性，系统地对 MF RC500 芯片的操作流程进行研究，设计主程序的流程图。射频识别以其方便快捷成为业界瞩目的焦点，将射频识别应用到防盗追踪系统，具有广泛的应用前景，本文基于这一思想设计了防盗追踪系统的底层模块，同时还有待于进一步研究扩展，比如利用 Internet 接入取代 RS485 联网方式，扩大系统的规模。关键词：防盗系统；射频识别；MF RC500；读卡器；串口通信AbstractIIIIIAbstrac
3、tIn order to meet the information needs of the times, research-based radio frequency identification (Radio Frequence Identification: RFID) technology, anti-theft tracker.(1) The overall design of security systems based on radio frequency identification technology, design a circuit diagram of the RF
4、IC card reader. (2) In-depth study of RFID antenna receiver circuit, this design uses a coil antenna. (3) Anti-theft tracking device reader communication between the RS485 bus for device networking applications, combined with the reader RS485 network topology via RS485 interface and PC communication
5、 network system. (4) The design of the microcontroller package watchdog, LCD, peripheral modules, including data storage and real-time clock circuit.(5) According to the characteristics of the MF RC500, the system to the operational processes of the MF RC500 chip, the design of the main program flow
6、 chart.Radio frequency identification industry the focus of attention for its quick and easy RFID applications to the anti-theft tracking system has broad application prospects, Based on this idea to design the underlying module of the anti-theft tracking system also needs further study on the expan
7、sion, such as Internet access instead of RS485 networking to expand the system scaleKey words: anti-theft system; radio frequency identification; the MF RC500; reader; serial communication目 录III目 录摘 要 .IABSTRACT.II目 录 .III第一章 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 国内外发展现状 .21.3 本文主要研究内容 .3第二章 射频识别系统的基础 .42.1 射频识别技术
8、 .42.1.1 射频识别技术原理 .42.1.2 射频识别系统的典型结构 .52.2 防盗追踪系统结构原理 .8第三章 基于射频识别的防盗追踪器总体设计 .103.1 系统总体方案设计 .103.1.1 系统设计的基本要求 .103.1.2 系统方案 .113.2 RFID 射频读写模块的设计 .123.3 RS485 通讯模块 .133.3.1 RS485 接口 .133.3.2 RS485 网络拓扑结构 .153.4 外围的接口电路 .163.4.1 看门狗电路 .163.4.2 液晶模块 .183.4.2.1 液晶显示模块 WGM-12832 结构特点 .183.4.2.2 液晶显示模
9、块的控制指令 .193.4.2.3 单片机对液晶显示器 12832 的操作原理 .193.4.3 单片机与液晶的接口电路 .19目 录III3.5 数据存储器的硬件设计 .203.5.1 数据存储器的选择 .203.5.2 数据存储器的硬件电路接口 .213.6 追踪系统的原理电路 .22第四章 基于射频识别的防盗追踪系统软件设计 .234.1 系统软件的分析和设计 .234.1.1 软件设计方法与设计语言的选择 .234.1.2 系统总体程序流程设计 .244.2 系统软件的模块化设计 .254.2.1 接口通讯模块 .254.2.2 数据存储模块 .284.2.3 看门狗模块 .294.2
10、.4 射频控制模块 .29总结 .31参考文献 .32致谢 .34附录一 整体电路图 .35第一章 绪论- 1 -第一章 绪论1.1 课题背景及意义当今, 计算机通信技术、微电子技术飞速发展, 网络技术广泛应用于各种场合,人们对贵重物品的监控提出了更高的要求。在金融系统, 自动柜员机、网络服务器、钱币机等金融体系的失窃可能使国家蒙受巨大的经济损失; 在展览馆或者博物馆里, 艺术品或者文物的丢失可能构成国家经济和国家文化的巨大的损失;在物业管理系统中, 住户的贵重物品的丢失会使人们的财产遭受经济损失。所以, 设备监控系统就有必要产生发展并运用到实践中。本设计中提出的监控防盗追踪系统就是对人们的各
11、种贵重物品或珍惜物品进行实时的必要的监控并具有一定的追踪能力的系统。防盗追踪系统的产生就是是确保人们的各种贵重物品或珍惜物品安全的, 从而能够提高各种贵重物品的防盗力度和保管的效率, 减少人员的配置, 实现科学的管理。 射频识别技术是非接触式的自动识别技术中的一种，它识别目标对象是通过射频信号来识别的，并且通过射频信号获取相关数据，在识别过程中不需要人工的干预。射频识别技术作为条形码的无线版本，它具有其他普通条形码所不具备的使用寿命长、标签上数据可以加密、防磁、防水、耐高温、读取距离大、存储数据容量更大、存储信息更加自如等优点，其应用将给物流、零售等产业带来巨大的变化 1。与此同时，经济水平的
12、快速发展，让人们越来越关心贵重物品的安全性。为了适应信息时代的需要，保证贵重物品的安全性，满足用户当时的各种需求，防盗追踪系统应运而生。防盗追踪系统集电子技术、单片机技术、磁电技术和射频识别技术于一体，使贵重物品与电脑之间实现完整“对话”功能，以应答器所在位置来标示贵重物品的位置。射频识别技术不仅给管理者提供了更快捷、更安全、更自动化的管理模式，同时也给使用者带来了很大的方便。本次设计中基于射频识别技术的贵重物品防盗系统就是这样的一种系统。第一章 绪论- 2 -1.2 国内外发展现状 RFID射频识别技术是一项比较早的技术。确切的说，早在20世纪60年代的时候，射频识别技术的理论已经得到了初步
13、的发展。不仅如此，还开始尝试了一些应用。从20世纪90年代起，这项技术（射频识别技术）开始进入了商业应用化阶段。经过多年的发展，13.56MHz以下的RFID 技术已相对成熟，目前业界最关注的是位于中高频段的RFID技术，特别是860MHz-960MHz(UHF超高频段)的远距离 RFID技术发展最快 2 。1971-1980年 这段时间，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，各种封闭系统应用开始出现。 1991-2000年 RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产
14、品得到广泛采用。 2001到现在为止，射频识别技术中的标准化问题越来越为人们所重视，RFID 产品种类更加丰富，无源电子标签、有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。 从分类上看，RFID射频识别技术根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频系统，其中包括125kHz、134.2kHz；高频系统，指 13.56MHz，超高频，指从860MHz 到960MHz这一波段；微波系统指2.45GHz、5.8GHz 以及更高的波段。高频和低频系统的共有的特点是：阅读天线方向性不强、阅读距离短等 3。 国外现状，从全世界的范围来看，射频识别技术的应用还是由美国政府积极推动的，在其推动下
15、，使得美国在射频识别技术的相关软硬件技术的开发与应用、射频识别技术的标准的建立等领域都能够走在世界前列，引领世界潮流。其次就是欧洲的射频识别技术，他的标准是根据美国的应用标准来建立的。在系统应用方面，欧洲与美国技术上处于同一水平线。 在我国国内，低频读写器的生产加工技术已经很完善了，低频读写器的生产企业已经很多，并且这些企业的实力相当。虽然国内的高频读写器生产加工技术已经成熟，但是还没有形成我国独有的强势品牌。在面对消费领域例如校园一卡通等，的企业中，北京迪科创新、沈阳宝石、哈尔滨新中新等有一定的影响力。具有设计、制造超高频读写器的能力的企业，在国内只有少数几家企业，包括如江苏瑞福，深圳远望谷
16、等。第一章 绪论- 3 -1.3 本文主要研究内容本文针对国内目前的市场需求情况，研发了一套基于 RFID 的射频防盗系统，论文在探讨了基于射频识别技术的防盗系统的发展现状和技术基础上，研究 RS485 的网络拓扑结构，设计开发系统的硬件设计和软件设计，给出制作射频识别 IC 读卡器的电路原理图，设计主程序流程图和模块子程序，并进行联机调试，完成实验样机的研制工作。第二章 射频识别系统的基础- 4 -第二章 射频识别系统的基础2.1 射频识别技术RFID射频识别技术是一项开始于60年代初，逐步兴起于80年代的射频识别技术。它是利用无线电波、电磁感应或微波进行非接触双向通信。从而达到识别的目的，
17、并且通过电磁波交换数据。应当注意的是当前的RFID射频识别系统有很多工作频段，包括了低频、中频、高频和超高频段。不同的工作频段工作原理也不尽相同。有的是利用电磁波发射，还有一些是利用近场的电磁感应，所以有人把射频卡称作感应卡。RFID射频识别系统与早期或同期的接触式识别技术不同，RFID 射频识别系统的射频卡与读写器之间不用接触就能够自动完成识别。因此它能够实现运动目标识别、多目标识别等。另外射频识别系统并不像普通接触式IC卡那样，有电触点暴露在外，RFID射频卡是把射频识别芯片完全封装在卡片的内部，因此射频卡能够在比较恶劣的环境之中使用。总之，RFID射频识别系统可以使用在更广泛的场合中。
18、42.1.1 射频识别技术原理一般情况下，射频识别系统的应用系统主要由射频识别卡和读写器两部分组成，原理图如图 2-1。 其中，射频识别系统中的读写器部分一般连接到计算机终端,从而实现对射频识别卡的数据读写和存储等操作。读写器部分一般是由天线、控制单元、高频通讯模块组成。而射频识别卡则是一种无源的应答器，它主要是由一块集成电路芯片以及其外接天线组成。其中 RFID 射频识别卡芯片上通常集成有存储器、逻辑控制单元、射频前端单元等电路，甚至有些射频识别卡能够把天线也集成在其芯片之中。第二章 射频识别系统的基础- 5 -读 写 器计 算 机 射 频 前 端逻 辑 控 制存 储 器应 答 器图 2-1
19、 射频识别系统原理图RFID 射频识别应用系统的基本工作原理如下：射频识别卡进入到读写器的射频场之中后，射频识别卡的芯片上的天线会获得感应电流，这些感应电流经过升压电路升压，从而这些电量为芯片供电。与此同时，芯片将带信息的感应电流通过射频前端电路，射频前端电路把检测到的数字信号传送给逻辑控制电路，通过逻辑控制电路进行信息处理。处理后需要回复的信息，从存储器中获取，然后经过逻辑控制电路的控制，返送给射频前端电路。最后通过射频卡上的天线发回给读写器。 5由此可见，天线是射频识别卡与读写器之间实现数据通讯的关键。一方面，射频卡上的天线决定了读写器与射频卡之间的通讯信道与通讯方式。另一方面，通过天线，
20、在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量，这些能量成为了无源的射频卡芯片启动电路进行工作的能量。目前，射频识别系统已经得到了广泛应用。而且，射频识别有国际标准：ISO18000、ISO14443 、ISO10536 、ISO15693 等几种。 19这些标准不仅规定了工作距离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格，还规定了通讯数据帧协议。射频识别应用系统的标准制定，决定了射频天线的选择。2.1.2 射频识别系统的典型结构射频识别系统的典型结构见图 2-2。射频识别系统主要是由两部份组成：应答器和读写器。由于读写器与应答器之间通过无线方式通讯，所以它们都有天线及无线收发模块。射频卡中有内存容量为几个比特到几十千比特的存储器。可以存储非永久性数据和永久性数据。非永久性数据写在，用以存储用户数据的E 2PROM等可重写的存储器内。
