RFID在數(shù)字化校園中的應(yīng)用

1、RFID在數(shù)字化校園中的應(yīng)用UESTC-Intel PCA技術(shù)實(shí)驗(yàn)室( 班級姓名一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康纳漕l識別技術(shù)RFID巨大的應(yīng)用前景己經(jīng)被業(yè)界所認(rèn)同,同時(shí)相關(guān)的產(chǎn)品也在逐漸地推向市場。在電子錢包,身份識別,終端零售業(yè)己經(jīng)取得了很大的應(yīng)用但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)輝出RFID巨大的應(yīng)用。同樣的,在校園的數(shù)字化方面,RFID 同樣也有巨大的作用。目前RFID己經(jīng)大量用于校園餐廳,超市等電子錢包方面類方面。同樣也可以在其它方面也可以大量使用RFID技術(shù),比如圖書館管理,樓宇出入管理,考試的身份識別等,以及可以同銀行等相關(guān)單位合作實(shí)現(xiàn)更廣闊的運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)真正意義上的“校園一卡通”。這樣將給生活帶來巨大的方便、節(jié)省大量的時(shí)

2、間、降低管理成本。本設(shè)計(jì)主要是利用Intel公司的PXA255開發(fā)板作為主系統(tǒng),外擴(kuò)充一個(gè)射頻卡讀寫器,讀寫器讀出的數(shù)據(jù)通過串口連接到PXA255開發(fā)板上,PXA255開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的功能,即數(shù)據(jù)的處理即管理以及操作界面的功能。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1 概述本設(shè)計(jì)中的讀卡器是利用PHILIPS公司的MIFARE卡及相應(yīng)的讀卡芯片F(xiàn)M1702完成相關(guān)的PICC和PLD設(shè)計(jì),同時(shí)利用單片機(jī)對整個(gè)操作進(jìn)行管理。FM1702是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列的一員。該讀卡IC系列利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念,完全集成了在13.56MHz下的所在類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議,支持IS

3、O14443A。內(nèi)部發(fā)射器不需要增加在源電路就能直接驅(qū)動近操作距離的天線;接收器部份提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路,支持錯誤檢測和快速CRYPTO1加密算法。用于驗(yàn)證Mifare系列產(chǎn)品。方便的并行接口可直接連接到任何8位微處理器,給讀卡器或者說是終端設(shè)備設(shè)計(jì)帶來方便。借助讀寫器模塊(PLD利用微帶天線將能量和數(shù)據(jù)發(fā)送出去,而作為應(yīng)答器(PICC首先接收到高頻電磁波,將其轉(zhuǎn)換成電能存儲,而后接收數(shù)據(jù)。完成復(fù)位、反碰撞、卡選擇、認(rèn)證等一系列操作后,即可能卡上存儲芯片指定塊的讀、寫、增值、存儲和傳送到PLD等操作。整個(gè)過程具有快速,保密等特點(diǎn)。整個(gè)射頻識別系統(tǒng)同樣有很大的可擴(kuò)展性。使用的S50

4、系列卡上存儲芯片具有1KB的容量(實(shí)際可存信息小于這個(gè)數(shù)目,將其分為很多個(gè)功能模塊,不同的功能數(shù)據(jù)分開存取,同時(shí)有一部份可作為為以后開發(fā)的新業(yè)務(wù)做預(yù)留。系統(tǒng)也可做其它方面的擴(kuò)展:開發(fā)不同的PC機(jī)上位軟件以便對本系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理,可以增加GPRS模塊將其做一個(gè)手持式設(shè)備,應(yīng)用于特別人群總之,射頻識別技術(shù)具有巨大的利用空間和廣泛的開發(fā)前景。2.2 RFID卡原理RFID又稱為電子標(biāo)簽、遠(yuǎn)距離射頻卡、遠(yuǎn)距離IC卡、射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體;RFID讀寫器又稱為電子標(biāo)簽讀寫器、遠(yuǎn)距離讀卡器、讀出裝置、掃描器、通訊器、讀寫器(取決于電子標(biāo)簽RFID是否可以無線改寫數(shù)據(jù)。電子標(biāo)簽與讀寫器之間通過耦合元

5、件實(shí)現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸耦合、在耦合通道內(nèi),根據(jù)時(shí)序關(guān)系,實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。基于RFID系統(tǒng)的特性,其在集裝箱自動識別、家校通、動物跟蹤和追蹤領(lǐng)域、不停車收費(fèi)、車輛出入管理、無線巡檢領(lǐng)域中正日益得到廣泛重視和大面積推廣應(yīng)用。發(fā)生在讀寫器和電子標(biāo)簽RFID之間的射頻信號的耦合類型有兩種。(1電感耦合。變壓器模型,通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合,依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有:125kHz、225kHz和13.56MHz。識別作用距離小于1m,典型作用距離為1020cra。(2電磁反向散射耦合:雷達(dá)原理模型,發(fā)射出去的電磁

6、波,碰到目標(biāo)后反射,同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息,依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有: 433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。識別作用距離大于1m,典型作用距離為3l0m。在RFID系統(tǒng)中,RFID標(biāo)簽和讀寫器之間采用無線通信方式傳遞信息。其基本的通信方式有兩種,第一種基于電磁耦合或者電感耦合,第二種基于電磁波的傳播。RFID標(biāo)簽與讀寫器之間的耦合通過天線完成,這里的天線通常可以理解為電波傳播的天線,有時(shí)也指電感耦合的天線。數(shù)據(jù)在讀寫器和標(biāo)簽之間用無線方式傳遞,噪聲、干擾以及失真與數(shù)據(jù)本身一樣傳遞。與其他通

7、信系統(tǒng)相似,技術(shù)上必須保證數(shù)據(jù)被正確傳遞和恢復(fù)。數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域,數(shù)據(jù)傳遞有同步和異步之分,在RFID系統(tǒng)中,碼流結(jié)構(gòu)也要適應(yīng)信道特性的要求,碼流結(jié)構(gòu)化過程稱為信道編碼。對于RFID系統(tǒng),信道編碼必須對用戶透明,現(xiàn)在有各種不同的信道編碼方法,其特點(diǎn)也不盡相同。為了通過空間有效傳遞數(shù)據(jù),要求將數(shù)據(jù)調(diào)制在載波上,這一過程稱為調(diào)制。常用的調(diào)制方法有ASK、FSK和PSK。由上述可看出,最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成:1、標(biāo)簽(Tag:由耦合元件及芯片組成,每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象;2、閱讀器(Reader:讀取(有時(shí)還可以寫入標(biāo)簽信息的設(shè)備,可設(shè)計(jì)為手持式或固定式;3、天線

8、(Antenna:在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。RFID技術(shù)的基本工作原理是標(biāo)簽進(jìn)入磁場后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號,憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag,無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽,或者主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag,有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽;解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。三、實(shí)現(xiàn)方案在本方案中RFID卡采用PHILIPS公司的MIFARE卡,讀卡器主要采用讀卡芯片F(xiàn)M1702完成相關(guān)的PICC和PLD設(shè)計(jì)。對讀卡器的控制主要采用一塊單片機(jī)來實(shí)現(xiàn),對讀卡器的控制是通過串口來進(jìn)行。單片機(jī)讀出數(shù)據(jù)則通過另一個(gè)串口送至PXA255

9、開發(fā)板,這兒適用串口進(jìn)行通信,是考慮到RFID卡的信息一般很少,另外對傳輸速度一般要求不敏感,另外串口易操作,易實(shí)現(xiàn),所以所有的通信方式均采用串口。其方案的框圖如下所示。串口串口 在上面的方案中,單片機(jī)由于對讀卡器和PXA255開發(fā)板的通信都采用串口,所以要求該單片機(jī)至少支持兩個(gè)串口。PXA255開發(fā)板主要完成數(shù)據(jù)的處理及用戶控制等功能,另外本系統(tǒng)可方便地?cái)U(kuò)展到其它應(yīng)用領(lǐng)域,而不是僅局限于校園中的應(yīng)用。比如,在PXA255開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)GPRS的功能,可將RFID卡的信息通過GPRS發(fā)送到一個(gè)服務(wù)器上,以檢查該卡信息是否正確,這種可應(yīng)用在機(jī)場或樓宇的保安系統(tǒng)中。四、實(shí)驗(yàn)安排一人完成RFID卡的硬件實(shí)現(xiàn)及整個(gè)方案的硬件調(diào)試工作,一人完成單片機(jī)控制程序和PXA255接收單片機(jī)數(shù)據(jù)的程序,另一人完成PXA