1 导言
RFlD是射频辨认技能(Radio Frequency
denti-fieation)的英文缩写，又称电子标签，是一项运用射频信号经过空间耦合(交变磁场或电磁场)完结无触摸信息传递并经过所传递的信息到达辨认意图的技能。RFID的最早运用可追溯到第二次世界大战中用于区别联军和纳粹飞机的“敌我辨识”体系。与现在广泛运用的自动辨认技能如条码、磁卡、
IC卡等比较。
射频辨认技能具有许多杰出的长处：榜首，安全性高.适合于高安全性的终端。数据安全方面除电子标签的暗码保护外，数据部分可用一些算法完结安全办理。读写器与标签之间存在彼此认证的进程.可完结安全通讯和存储，读写器具有不直接对最终用户敞开的物理接口，可确保其本身的安全性：第二.可一起辨认多个电子标签;第三，无机械磨损.寿命长.并可作业于各种油渍、尘埃污染等恶劣的环境;第四，非触摸操作，完结辨认作业时无需人工干预.运用便当。正是由于具有这些长处，使RFID的运用在近年来如火如荼。为了使杂乱的RFID体系简化。规划了依据MF
RC500型读卡器的低本钱无源RFID体系。体系外部接口为串口，使得包含PC在内的有串口的设备能够便当地与它相连，对RFID的推行有重要意义。
2 一般无源RFID体系的组成
无源RFID体系由无源RFID标签、天线、RFID读卡器组成，如图1所示。
RFID标签由耦合元件及电路组成，其发射电涉及内部处理器运转所需能量均来自阅读器发生的电磁波。无源标签接收到阅读器宣布的电磁波信号后.将部分电磁能量转化为供自己作业的能量。每个电子标签具有全球专一的辨认号(ID)，无法修正、无法仿制，确保了安全性。电子标签中保存有约好格局的电子数据。
天线在标签和阅读器间传递射频信号，即标签的数据信息。
RFID阅读器是读取(或写入)电子标签信息的设备。阅读器可无触摸地读取并辨认电子标签中所保存的电子数据，能自动辨认物体。阅读器经过网口与核算机相连，将读取的标签信息传送到核算机上进行下一步处理。
3 MF RC500的功用特色和规划
3.1 MF RC500的特色
Philips公司的MF RC500型读卡器是运用于13.56
MHz非触摸式通讯的高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列运用先进的调制和解调概念.彻底集成了在13.56
MHz下一切类型的被迫非触摸式通讯方法和协议。MF
RC500支撑IS014443A一切的层.内部的发送器部分不需要添加有源电路就能够直接驱动近操作间隔的天线(可达100
mm)：接收器部分供给一个巩固而有用的解调和解码电路，用于IS014443兼容的应对器信号;数字部分处理IS014443A帧和过错检测(奇偶
&CRC)。此外，它还支撑快速CRYPTOI加密算法，用于验证Mifare系列产品。便当地并行接口可直接衔接到任何8位微处理器.给阅读器的规划供给了极大的灵活性。MF
RC500可便当的用于各种依据ISO/IEC 14443A规范而且要求低本钱、小尺度、高功能以及单电源的非触摸式通讯的运用场合。
3.2 MF RCS00的功用
MF RC500内部包含并行微操控器接口、双向。FIFO缓冲区、中止、数据处理单元、状况操控单元、安全和暗码操控单元、模仿电路接口及天线接口。MF
RC500的外部接口包含数据总线、地址总线、操控总线(包含读写信号和中止等)和电源等。MF
RC500的并行微操控器接口自动检测衔接的8位并行接口的类型。它包含一个易用的双向FIFO缓冲区和一个可装备的中止输出，为衔接各种MCU供给了很大的灵活性。
即便选用本钱十分低的器材也能满意高速非触摸式通讯的要求。数据处理部分履行数据的并行一串行转化。支撑的帧包含CRC和奇偶校验。MF
RC500以彻底通明的形式进行操作.因此支撑IS014443A的一切层。状况和操控部分答应对器材进行装备以适应环境的影响，并将功能调理到最佳状况。当与Mifare
Standard和Mifare通讯时，运用高速CRYPTOI流暗码单元和一个牢靠的非易失性密匙存储器。模仿电路包含一个具有阻抗十分低的桥驱动器输出的发送部分。这使得最大操作间隔可达100
mm。接收器能够检测到并解码十分弱的应对信号。
4 体系规划
4.1 体系硬件规划
依据RFID原理和MF RC500的特性，可规划依据AT89S51和MF RC500的RFID阅读器体系，其结构框图如图3所示。
体系主要由AT89S51、MF RC500、时钟电路、看门狗、MAX232和矩阵键盘等组成。体系的作业方法是先由。MCU操控MF
RC500驱动天线对Mifare卡也便是对应对器(PICC)进行读写操作，然后与PC通讯，把数据传给上位机。主控电路选用AT89S51，由于
AT89S51的开发简略、方便.运转安稳。选用ATMEL的AT24C256型.12C总线EEPROM存储体系的数据。为了避免体系“死机”。运用
MAX813作为看门狗来完结体系上电复位、按键的热重启及电压检测等。与上位机的通讯选用RS一232方法，整个体系由9V电源供电.再由稳压模块
7805稳压成5V的电源。
MF
RC500和单片机AT89S51都是选用规范TTL电平，不需电平转化。单片机AT89S51与PC串口电平不匹配.运用MAX232型电平转化器进行电平转化。体系硬件规划中的要害接口部分衔接如下：
MF
RC500的ADO—AD7(脚13一脚20)为带施密特触发器的双向数据和地址复用总线，接单片机AT89C51的ADO—AD7(脚39一脚32)。
MF RC500的NWPdRNW(脚10)为带施密特触发器的写制止/只读信号，接单片机的写信号WR(脚16)。
MF RC500的NRD/NDS(脚11)为带施密特触发器的读制止，数据选通制止信号，接单片机的读信号RD(脚17)。
MF RC500的NCS(脚19)为带施密特触发器的片选制止信号.接单片机的I/O口线P2.7(脚28)。
MF RC500的ALE(脚21)为带施密特触发器的地址锁存使能信号，接单片机的地址锁存信号(脚30)。
MF RC500的IRQ(脚2)为带施密特触发器的中止请求信号，接单片机的中止0(脚12)。
4.2 体系天线规划
MF RC500的非触摸式天线接口运用表1所列的4个引脚。
为了驱动天线。MF RC500经过TXl和TX2供给13.56
MHz的能量载波。依据寄存器的设定对发送数据进行调制来得到发送的信号。S50卡选用RF场的负载调制进行呼应。天线拾取的信号经过天线匹配电路送到 RX脚。MF
RC500的内部接收器对信号进行检测和解调并依据寄存器的设定进行处理.然后数据发送到并行接口.由微操控器进行读取。MF
RC500对驱动部分运用独自电源供电。
一般的天线规划要到达如下要求：1)使天线线圈的电流最大，用于发生最大的磁通量;2)功率匹配.以最大程度地运用发生磁通量的可用能量;3)满足的带宽.以便无失真地传送用数据调制的载波信号。天线是有必定负载阻抗的谐振回路.阅读器又具有必定的源阻抗。为了取得最佳功能，有必要经过无源的匹配回路将线圈阻抗转化为源阻抗。然后，经过同轴线缆即可无丢失且无辐射地将功率从读写器末级传送到匹配电路。
为了节省本钱和减小体系体积.本体系选用PCB板天线规划。品质因数Q是一个很重要的参数.用于电感耦合式射频辨认体系的天线，其特征值便是它的谐振频率和品质因数。较高的品质因数值会添加天线线圈中的电流强度，由此改进对RFID卡的功率传送。与之相反，天线的传输带宽刚好与品质因数值成反比例改变，挑选的品质因数过高会导致带宽缩小。然后明显地削弱卡片接收到的调制边。品质因数能够经过电感线圈电抗与电阻的比值核算出来，公式如(1)：
Q=(coaxLm)/RANT (1)
式中ωa=2πfRo
天线部分电路和EMC的原理如图如4所示。
4.3 体系作业流程
除了复位以外.对MF RC500的绝大多数操控是经过读写MF
RC500的寄存器来完结的。MFRC500共有64个寄存器，分为8个寄存器页，每页8个.每个寄存器都是8位。单片机将这些寄存器作为片外RAM进行操作。最常用的是FIFODATA(数据仓库)、COMMAND(指令)、FIFOLENGTH(仓库长度)和PRIMARYSTATUS(符号)等。要完结某个操作.只需将该操作对应的代码写入对应地址即可。例如MF
RC500休眠形式对应的操控寄存器名为Contr01，地址为09H的bit4且为1有用，那么让MFRC500进入休眠形式的指令为mov
RO，#OgH;mov@RO，#Oxxxx lxxxb。
当对应的。RFlD卡S50进入阅读器的有用规模时，天线的能量使 RFID卡耦合出本身作业的能量，并树立通讯。MF
RC500对卡的操作主要是经过写通讯指令、参数和数据到FIFODATA，再经过写指令到120MMAND，完结与RFID卡的通讯。体系作业流程如图
5所示。
5 结束语
本文介绍了依据Philips公司MF
RC500型读卡器和AT89S51型单片机的RFID阅读器的低本钱软硬件规划。经实践验证，本体系可成功完结对契合IS014443协议的
MifareS50卡的读写，而且能对规模内的多个卡准确无误地读写，读写间隔到达8 cm。假如对天线体系进行优化还能够到达9 cm—lO
cm。本体系本钱低价，牢靠性高，操作便当，能够便当地和包含PC在内的有申口的设备衔接。它能够作为简略模块与其他体系相连.对RFID的推行有重要意义。
