射頻卡計費(fèi)系統(tǒng)

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文作者蘇界鋒學(xué)號11033P18系部中認(rèn)新能源技術(shù)學(xué)院專業(yè)計算機(jī)控制技術(shù)〔電力控制〕題目基于單片機(jī)的射頻卡計費(fèi)系統(tǒng)指導(dǎo)教師袁小燕評閱教師袁小燕完成時間：2023年4月30日畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要摘要:隨著電子信息技術(shù)的開展，智能卡已經(jīng)在我們的生活中隨處可見。射頻識別卡正逐漸取代傳統(tǒng)的接觸式IC卡，成為智能卡領(lǐng)域的新潮流。射頻識別系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別，對收費(fèi)控制系統(tǒng)的開展起著極其重要的意義。本文介紹了射頻卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理，通過射頻卡在中國的應(yīng)用與開展歷程，對射頻卡與無線讀卡模塊之間的通信即IC總線通信，讀卡模塊與單片機(jī)的通信進(jìn)行了深入的分析，經(jīng)過奇偶校驗來識別傳輸錯誤，利用模塊化處理重點(diǎn)闡述了射頻卡讀寫器軟、硬件設(shè)計。根據(jù)自己所學(xué)的知識，提出自己對問題的解決對策，進(jìn)一步推動收費(fèi)控制系統(tǒng)的開展。整個設(shè)計完成后，經(jīng)過自制電路板進(jìn)行測試，實現(xiàn)了PCB板，結(jié)合軟件進(jìn)行調(diào)試，根本能滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)了對射頻卡的注銷，注冊，充值，消費(fèi)的功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī)RFID無線傳輸計費(fèi)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(論文)外文摘要AbstractWiththedevelopmentofelectronicinformationtechnology,intelligentcardisineverywhereinourlife.RadiofrequencyidentificationcardisgraduallyreplacingthetraditionalcontacttypeICcard,asmartcardtrend.RadiofrequencyidentificationsystemofRFcardandreadercanbecompletedwithoutcontactbetweentherecognition,thechargingcontrolsystemdevelopmentplaysaveryimportantrole.Thispaperintroducestheradiofrequencycardinnerstructureanditsworkingprinciple,throughtheradiofrequencycardapplicationinChinaanddevelopmentcourse,theradiofrequencycardreadermoduleandwirelesscommunicationbetweenICbuscommunication,cardreadermoduleandMCUcommunicationundertookthoroughanalysis,theuseofmodulartreatmentfocusesonRFcardreaderthesoft,hardwaredesign.Accordingtomyknowledge,andputforwardmyproblemsolutions,tofurtherpromotethedevelopmentofchargingcontrolsystem.Thewholedesigniscompleted,afteratestcircuitboard,realizethePCBplate,thecombinationofsoftwaredebugging,thebasiccanmeetthedesignrequirements,realizationofRFcardregistration,registration,recharge,consumptionfunction.Keywords:Single-chipmicrocomputer;RFID;Wirelesstransmission;Accountingsystem目錄TOC\o"1-3"\h\u5802第１章緒論 5291831.1背景 523981第2章射頻卡的識別系統(tǒng) 6189122.1射頻識別系統(tǒng)的分類 6130742.2射頻識別系統(tǒng)的工作原理 617245第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計 774223.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總述 7280633.2MCU主控制模塊 7204403.2.1單片機(jī)引腳功能說明 8309253.3射頻讀卡模塊 995683.3.1M101功能特點(diǎn) 96103.3.2模塊引腳功能說明 10251163.3.3無線讀卡模塊M101的電路設(shè)計 10168653.4通訊模塊 11154023.4.1串行通信模塊 12320563.4.2IC總線通信模塊 13297603.5顯示模塊及繼電器動作模塊 14170893.6蜂鳴器報警模塊 1517647第四章系統(tǒng)調(diào)試 1623517總結(jié) 17697致謝 189007參考文獻(xiàn) 1912255第１章緒論1.1背景射頻識別(RadioFrequencyIdentification，簡稱RFID)技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種天線的，非接觸方式的自動識別技術(shù)，是近幾年來開展的前沿科技工程。該技術(shù)主要是利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸式的通信，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。射頻識別技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于非接觸性，因此完成識別工作時無需人工干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)識別自動化且不易損壞；可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個射頻標(biāo)簽，操作快捷方便；射頻標(biāo)簽不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，且可以穿透非金屬物體進(jìn)行識別，抗干擾能力強(qiáng)。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。研究RFID產(chǎn)業(yè)對提升社會信息化水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)開展、提高人民生活質(zhì)量、增強(qiáng)公共平安與國防平安等方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，具有戰(zhàn)略性的重大意義。射頻卡又叫非接觸式IC卡，誕生于90年代初，是世界上最近幾年開展起來的一項新技術(shù)，它成功地將射頻識技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。由于存在著磁卡和接觸式IC卡不可比較的優(yōu)點(diǎn)，使之一經(jīng)問世，便立即引起廣泛的關(guān)注，并以驚人的速度得到推廣應(yīng)用。射頻卡與接觸式IC卡相比較，非接觸式卡具有以下優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，操作方便，快速，防沖突〔非接觸式卡中有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾〕，可以適合于多種應(yīng)用加密性能好。隨著社會的不斷向前推移，人們生活水平的不斷提高，也就意味著人們的消費(fèi)水平也有了很大的提高，商家的收費(fèi)系統(tǒng)也有很大的改良，應(yīng)用于生活中許多消費(fèi)控制系統(tǒng)中，如汽車消毒收費(fèi)系統(tǒng)，公交刷卡，售飯收費(fèi)系統(tǒng)，門禁，電梯刷卡系統(tǒng)，交通收費(fèi)，停車收費(fèi)等。第2章射頻卡的識別系統(tǒng)2.1射頻識別系統(tǒng)的分類RFID系統(tǒng)的分類方法主要有以下幾種：按工作方式分類可分為主動式系統(tǒng)和被動式系統(tǒng)。主動式系統(tǒng)中射頻系統(tǒng)使用自身的能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器，被動式系統(tǒng)中射頻卡是在收到讀寫器發(fā)出的射頻信號后才被喚醒。這樣可以防止互相之間的干擾。按射頻卡有無電池可分為無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)。無源系統(tǒng)一般識別距離短，使用壽命較長。有源系統(tǒng)一般識別距離長，使用壽命取決于電池容量里。按讀寫方式將射頻卡分為三種：可讀寫(RW)、一次寫入屢次讀出(WORM)和只讀(R0)。RW卡本錢LLWORM卡和R0卡高，WORM卡是用戶可以一次寫入數(shù)據(jù)，寫入后數(shù)據(jù)不能改變。RO卡存入數(shù)據(jù)后不能更改。按工作距離分為遠(yuǎn)程、近程和超近程系統(tǒng)。識別距離在100cm以上的系統(tǒng)稱遠(yuǎn)程系統(tǒng)：識別距離10cm至100cm的系統(tǒng)稱近程系統(tǒng)：識別距離0.2cm至10cm的系統(tǒng)統(tǒng)稱超近程系統(tǒng)。2.2射頻識別系統(tǒng)的工作原理射頻識別〔RFID〕系統(tǒng)為無源系統(tǒng)，即射頻卡內(nèi)不含電池，射頻卡的能量是由讀寫器發(fā)出的射頻脈沖提供。非接觸式射頻卡系統(tǒng)是基于射頻法的系統(tǒng)。射頻法是運(yùn)用L-C振蕩回路工作的RFID系統(tǒng)工作過程如下：(1)讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線尺寸。(2)射頻卡進(jìn)入這個區(qū)域時，接收到讀寫器的射頻脈沖，經(jīng)過橋式整流后給電容充電。電容電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后作為工作電壓。(3)數(shù)據(jù)解調(diào)局部從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接受指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。(4)如需要發(fā)送數(shù)據(jù)，那么將數(shù)據(jù)調(diào)制后從收發(fā)模塊發(fā)送出去。(5)讀寫器接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后進(jìn)行處理，必要時可通過RS232，RS485或無線接口將數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)。讀寫器發(fā)送的射頻信號除提供能量外，通常還提供時鐘信號，使數(shù)據(jù)保持同步。第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總述根據(jù)題目要求，射頻卡收費(fèi)系統(tǒng)需要完成數(shù)據(jù)的接受，傳遞，輸入，顯示和處理五種功能，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。射頻卡收費(fèi)控制器的硬件從功能上來劃分大致可分為幾個模塊，包括MCU主控制模塊、射頻M101無線讀卡模塊及天線、通訊模塊、顯示模塊、繼電器、蜂鳴器報警模塊。單片機(jī)〔按鍵和密碼〕單片機(jī)〔按鍵和密碼〕繼電器讀卡模塊讀卡寫卡減1圖2-1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的工作原理：讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線尺寸。射頻卡進(jìn)入這個區(qū)域時，接收到讀寫器的射頻脈沖，經(jīng)過橋式整流后給電容充電。電容電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后作為工作電壓。數(shù)據(jù)解調(diào)局部從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接受指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。如需要發(fā)送數(shù)據(jù)，那么將數(shù)據(jù)調(diào)制后從收發(fā)模塊發(fā)送出去。讀寫器發(fā)送的射頻信號除提供能量外，通常還提供時鐘信號，使數(shù)據(jù)保持同步，讀寫器接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后進(jìn)行處理，通過IIC總線將數(shù)據(jù)傳送到STC89C52單片，再經(jīng)過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理來實現(xiàn)對繼電器的控制，從而實現(xiàn)射頻卡的收費(fèi)控制。3.2MCU主控制模塊MCU主控模塊是射頻卡讀寫器的核心局部，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)上電后對各個模塊的初始化、控制通信模塊完成與上位機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信、控制顯示模塊顯示數(shù)據(jù)、聲光報警、控制射頻模塊通過天線完成對射頻卡的各種操作等，保證系統(tǒng)能夠有序、穩(wěn)定的工作。系統(tǒng)的主控模塊采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心。在單片機(jī)選型的過程中主要考慮了單片機(jī)的計算速度、處理能力、穩(wěn)定性、定時器和中斷資源、片內(nèi)集成的洲和ROM大小等因數(shù)。根據(jù)市場上單片機(jī)的性能、價格、應(yīng)用領(lǐng)域的不同，加之綜合考慮諸如單片機(jī)程序存儲器的容量、外部中斷及定時中斷功能、開發(fā)的方便性等因素，從眾多的八位微處理器中選擇了STC89C52RC單片機(jī)作為系統(tǒng)的MCU，STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，它是MCS-51單片機(jī)的擴(kuò)展型號，其指令與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容。MCS-51系列單片機(jī)使用馮-諾依曼結(jié)構(gòu)，所有內(nèi)存和外設(shè)均使用統(tǒng)一的地址空間，同時使用先進(jìn)的精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)是目前所有內(nèi)部集成Flash存儲器產(chǎn)品中功耗最低的一種。MCS-51系列單片機(jī)在超低功耗和功能集成等方面有明顯的特點(diǎn)。具備適合應(yīng)用在電池供電的便攜式裝置、超長時間連續(xù)工作的設(shè)備等領(lǐng)域的特點(diǎn)，更具有開發(fā)方便、可以現(xiàn)場編程等優(yōu)點(diǎn)。STC89C52RC內(nèi)置8K的Flash存儲器和512字節(jié)RAM，具有3個16位計數(shù)器和一個標(biāo)準(zhǔn)的串行通信口，支持ISP程序下載方便程序的調(diào)試，此外它還具有良好的溫度特性、穩(wěn)定性和性價比。3.2.1單片機(jī)引腳功能說明如圖3-1所示為STC89C52RC單片機(jī)的管腳圖。VCC〔40引腳〕：電源電壓VSS〔20引腳〕：接地P0端口〔P0.0～P0.7，39～32引腳〕：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動8個TTL負(fù)載，對端口P0寫入“1〞時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在FlashROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，那么輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口〔P1.0～P1.7，1～8引腳〕：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動〔吸收或者輸出電流方式〕4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。此外，P1.0和P1.1還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部技術(shù)輸入〔P1.0/T2〕和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入〔P1.1/T2EX〕。在對FlashROM編程和程序校驗時，P1要接收低8位地址。圖3-1STC89C52RC單片機(jī)的管腳圖P2端口〔P2.0～P2.7，21～28引腳〕：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動〔吸收或輸出電流方式〕4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器〔如執(zhí)行“MOVX@DPTR〞指令〕時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器〔如執(zhí)行“MOVX@R1〞指令〕時，P2口引腳上的內(nèi)容〔就是專用存放器〔SFR〕區(qū)中的P2存放器的內(nèi)容〕，在整個訪問期間不會改變。在對FlashROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口〔P3.0～P3.7，10～17引腳〕：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動〔吸收或輸出電流方式〕4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流。在對FlashROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如表3-1所示：表3-1P3口引腳復(fù)用功能引腳號復(fù)用功能P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2INT0〔外部中斷0〕P3.3INT1〔外部中斷1〕P3.4T0〔定時器0的外部輸入〕P3.5T1〔定時器1的外部輸入〕P3.6WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕RST〔9引腳〕：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機(jī)器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊存放器AUXR〔地址8EH〕上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG〔30引腳〕：地址鎖存控制信號〔ALE〕是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳〔PROG〕也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1〞，ALE操作將無效。這一位置“1〞，ALE僅在執(zhí)行MOVXP或MOV指令時有效。否那么，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標(biāo)志位〔地址位8EH的SFR的第0位〕的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN〔29引腳〕：外部程序存儲器選通信號〔PSEN〕是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89C51RC從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機(jī)器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP〔31引腳〕：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1〔19引腳〕：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2〔18引腳〕：振蕩器反相放大器的輸入端。3.3射頻讀卡模塊射頻讀卡模塊是非接觸式IC卡讀寫器的關(guān)鍵局部，通過該局部與非接觸式IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。射頻讀卡模塊采用的是M101無線讀卡模塊，其主要部件就是射頻基站芯片，這里選用的是NXP公司的射頻基站芯片MFRC500。MFRC500是應(yīng)用于13.56MHz非接觸通信中高度集成讀卡IC系列的成員，利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了13.56MHz下所有類型的被動非接觸通信方式和協(xié)議。MFRC500支持IS014443A的所有層協(xié)議。內(nèi)部的發(fā)送器不需要增加有源電路就能夠驅(qū)動近距離天線實現(xiàn)通信(通信距離可達(dá)100mm)。接收局部提供一個鞏固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理IS014443A兼容的非接觸式IC卡的信號。數(shù)字信號局部處理IS014443A幀和錯誤檢測(奇偶和CRC校驗)。另外，它支持快速的CRYPTOI平安算法來驗證MIFAREClassic產(chǎn)品。方便的并行接口能夠直接與8位的微處理器相連，為讀寫器/終端的設(shè)計提供了更高的靈活性。3.3.1M101功能特點(diǎn)1、采用PHILIPS高度集成讀卡芯片MFRC500及其兼容芯片2、支持MifareoneS50，S70，SAM9600，SAM38400及其兼容卡片3、超小體積，僅32.5mm×17.5mm4、具有RS485控制方向線〔可聯(lián)網(wǎng)〕和可控蜂鳴器信號輸出5、簡單的命令集可完成對卡片的全部操作6、可提供C51函數(shù)庫(例程)及windows操作系統(tǒng)下的例程函數(shù)庫供二次開發(fā)7、基于模塊的擴(kuò)展功能很強(qiáng)可根據(jù)用戶要求修改軟件定制用戶要求修改軟件定制個性化模塊,不用改變線路板；用戶要求修改軟件定制用戶要求修改軟件定制8、通用協(xié)議：UART:適用于PC機(jī)或8位UART的單片機(jī)，默認(rèn)波特率19200BPS。IC：適用于單片機(jī)，最大通訊速率400K9、默認(rèn)為自動尋卡方式，當(dāng)卡片進(jìn)入到天線區(qū)后PB5引腳上出現(xiàn)低電平，上位機(jī)可直接通過尋卡指令讀取卡片序列號10、自帶看門狗功能模塊引腳功能說明如圖3-3所示是無線讀卡模塊的管腳。圖3-3無線讀卡模塊的管腳1、PA0/RST：一般I/O口；PSAM卡復(fù)位2、PA1/CLK：一般I/O口(默認(rèn))；PSAM卡時鐘3.6864MHZ頻率輸出3、PA2/DATA、一般I/O口；PSAM卡數(shù)據(jù)4、PA3：僅能作為輸入口且上電時不能為0〔低電平〕5、PA4：一般I/O口6、VCC：電源5V〔同26腳，但在102模塊中必須接，其他模塊可省去〕7、PA5：一般I/O口8、PA6/MOSI：一般I/O口12、RE：天線數(shù)據(jù)接收管腳(可以直接連接天線相應(yīng)名稱的管腳)13、TGND：天線地(可以直接連接天線相應(yīng)名稱的管腳)14、TX1：天線1發(fā)送管腳(可以直接連接天線相應(yīng)名稱的管腳)15、TX2：天線2發(fā)送管腳〔可以直接連接天線相應(yīng)名稱的管腳)18、TGND：天線地〔同13腳，但在102模塊中必須接，其他模塊可省去〕19、PB5/SCK：一般I/O口；有無卡指示(默認(rèn))20、PB4/NSS：一般I/O口；RS485方向轉(zhuǎn)換控制21、PB3/TXD：一般I/O口；串口發(fā)送端(默認(rèn))22、PB2/RXD：一般I/O口；串口接收端(默認(rèn))23、PB1/SDA：一般I/O口(默認(rèn))；IC數(shù)據(jù)，無上拉24、PB0/SCL：一般I/O口(默認(rèn))；IC時鐘輸入端，無上拉25、GND：數(shù)據(jù)地26、VCC：電源5V3.3.3無線讀卡模塊M101的電路設(shè)計如圖3-4所示為模塊的電路設(shè)計原理圖。U7為天線局部，PB0、PB1為IC總線，即為SCL和SDA。天線的組成局部包括低通濾波電路、接收電路、天線匹配電路和天線線圈四個局部。低通濾波電路：讀卡器的工作頻率由一個13.56MHz的石英晶體產(chǎn)生，在產(chǎn)生驅(qū)動RC500以及驅(qū)動天線的能量載波的基頻同時石英晶體也產(chǎn)生高次諧波。由國際EMC規(guī)定可知，為了抑制住13.56MHz中的三次、五次和高次諧波，設(shè)計電路時在射頻模塊發(fā)送端口即TX1腳，IX2腳和地TVSS腳之間引入一個低通濾波器電路。接收電路：RC500的內(nèi)部接受電路是利用非接觸式IC卡的返回應(yīng)答信號在副載波的雙邊帶上都有調(diào)制這一概念來工作的。根據(jù)RC500的芯片手冊，由RC500芯片內(nèi)部所產(chǎn)生的VMID作為接收信號引腳RX的輸入偏置。為了減少干擾，提供一個穩(wěn)定的參圖3-4模塊的電路設(shè)計原理圖考電壓，在VMID和地TVSS之間連接了一個O．1uF電容C4，同時在RX和VMID引腳間連接了一個820Q的電阻R2作為分壓器；R1為2.7K，C3為15pF。其工作過程為：天線拾取的信號經(jīng)過天線匹配電路送到Rx腳；MFRC500的內(nèi)部接收器對信號進(jìn)行檢測和解調(diào)并根據(jù)存放器的設(shè)定進(jìn)行處理；然后數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口；由微控制器進(jìn)行讀??；MFRC500對驅(qū)動局部使用單獨(dú)電源供電。3.4通訊模塊3.4.1串行通信模塊在本系統(tǒng)中，PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信是近距離的串行通信，可以采用RS232實現(xiàn)。單片機(jī)串口的輸入輸出均為TTL低電平，而PC機(jī)的RS232接口為了提高抗干擾性能，采用RS232標(biāo)準(zhǔn)的EIA電平，所以要實現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信，其接口必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。選用MAX232芯片實現(xiàn)這兩種電平之間的轉(zhuǎn)化。硬件接口電路如圖3-5所示，其中C2、C3、C4、C5均為104電容，數(shù)據(jù)也可以以無線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)給PC機(jī)。此模塊主要用于下載程序，其中電容C3、C4是用于提高其電壓，以至于能夠到達(dá)下載程序時所需的電壓。R3、R4是保護(hù)電阻。圖3-5串口通信接口電路設(shè)計圖3.4.2IC總線通信模塊射頻讀卡模塊與單片機(jī)的通信時采用采用IC總線方式工作，在軟件操作時，就得用IC總線方式進(jìn)行讀寫。IC總線是由PHILIPS公司創(chuàng)造的一種高性能芯片間串行同步傳輸總線。與SPI、MicroWire接口不同，它僅僅需要兩根信號線〔串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL〕，就實現(xiàn)了完善的雙工同步數(shù)據(jù)傳送，能夠極其方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。IC總線采用了器件地址的硬件設(shè)置方法，通過軟件尋址完全防止了器件的片選線尋址端，從而使硬件系統(tǒng)具有更簡單、更靈活的擴(kuò)展方法。總線的特征：要求兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)線SDA，一條串行時鐘線SCL；每個連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和一直存在的簡單的主機(jī)/從機(jī)關(guān)系軟件設(shè)定地址，主機(jī)可以作為主機(jī)發(fā)送器或主機(jī)接收器；它是一個真正的多主機(jī)總線，如果兩個或更多主機(jī)同時初始化，數(shù)據(jù)傳輸可以通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞；串行的8位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s，快速模式下可達(dá)400kbit/s，高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s；連接到相同總線的IC數(shù)量只受到總線的最大電容400pF限制。3.5顯示模塊及繼電器動作模塊數(shù)據(jù)的顯示局部采用了四位的共陽極數(shù)碼管。在系統(tǒng)中，顯示局部主要用于顯示程序程序調(diào)試中的變量值，也就是射頻卡內(nèi)余額，也可以通過修改程序顯示各種不同的內(nèi)容。此數(shù)碼管外圍電路配置簡單，價格廉價，具有很高的性價比。如圖3-6所示是數(shù)碼管顯示設(shè)計和繼電器動作設(shè)計圖。此處在繼電器處加一個反向二極管，起到保護(hù)作用。圖3-6顯示與繼電器動作設(shè)計原理圖3.6蜂鳴器報警模塊蜂鳴器起到聲音提示的作用，例如開機(jī)提示、驗證卡片密碼失敗、對卡片讀寫的過程中發(fā)生了錯誤進(jìn)行提示等。由于單片機(jī)的I/O口驅(qū)動能力有限，一般不能直接驅(qū)動壓電式蜂鳴器，因此選用PNP型三極管8550組成驅(qū)動電路，單片機(jī)P0.7口輸出經(jīng)驅(qū)動電路放大后即可驅(qū)動蜂鳴器。蜂鳴器驅(qū)動電路如圖3-7所示。單片機(jī)采用5V供電，當(dāng)P0.7輸出高電平時，三極管截止，集電極無電流，蜂鳴器不響；當(dāng)P0.7輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音，從而可通過控制P0.7腳的上下電平變化來控制蜂鳴器的是否發(fā)生，發(fā)聲次數(shù)和頻率等。圖3-7蜂鳴器的驅(qū)動電路圖第四章系統(tǒng)調(diào)試硬件平臺是系統(tǒng)的載體，軟件那么是系統(tǒng)的靈魂，系統(tǒng)的各項功能都需要用軟件控制硬件來實現(xiàn)。完成讀寫器的軟件設(shè)計，并將編譯好的HEX文件下載到單片機(jī)后就可以通過軟件對硬件功能進(jìn)行調(diào)試。因為系統(tǒng)的模塊性比較強(qiáng)，所以在調(diào)試的時候也采用分模塊的方式進(jìn)行調(diào)試，先分別對每個模塊進(jìn)行調(diào)試，再將各個模塊綜合起來統(tǒng)一調(diào)試。借助于現(xiàn)有的應(yīng)用軟件對讀寫器的功能模塊進(jìn)行了調(diào)試和測試，讀寫器采用5V電源供電，和上位機(jī)的通信采用RS－232接口進(jìn)行調(diào)試。上位機(jī)應(yīng)用軟件通過串口和讀寫器進(jìn)行連接后，應(yīng)用軟件就可以通過串口向讀寫器發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)控制讀寫器執(zhí)行蜂鳴、顯示余額及對卡射頻卡的操作?？偨Y(jié)由于射頻卡具有接觸式IC卡所無法比較的優(yōu)越性，在近年來得到了迅猛的開展，基于此背景采用了最新射頻接口芯片MFRC500設(shè)計了基于單片機(jī)的射頻卡收費(fèi)控制器。無線射頻收費(fèi)系統(tǒng)，具有功能多樣、平安可靠、性價比高等特點(diǎn)，可以在公路不停車收費(fèi)和交通管理、資產(chǎn)設(shè)備管理、物流倉儲管理、校園考勤、進(jìn)銷存、餐飲娛樂管理、檢票系統(tǒng)、畜牧管理等方面可以發(fā)揮重要作用。借助于現(xiàn)有的應(yīng)用軟件系統(tǒng)對本設(shè)計進(jìn)行了嚴(yán)格的測試，當(dāng)對讀寫器進(jìn)行單次操作時，讀寫器通訊表現(xiàn)非常穩(wěn)定，各個模塊均能正常穩(wěn)定的工作，對射頻卡的讀寫操作也可到達(dá)百分之百的成功率；當(dāng)對讀寫器進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的讀寫操作時有時會出現(xiàn)因讀寫器射頻模塊反響不及時而出現(xiàn)的尋卡錯誤、驗證密碼失敗等問題，但出錯的概率很低。在硬件和軟件上都采用了模塊化的設(shè)計思想，可以方便的進(jìn)行功能上的刪減，從而可以方便的進(jìn)行二次開發(fā)或者將其集成到其它的系統(tǒng)中，適應(yīng)各種應(yīng)用的需求。通過對射頻卡收費(fèi)控制系統(tǒng)的設(shè)計，總結(jié)了以下幾點(diǎn)：(1)論述了射頻識別技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域和開展動向，介紹了硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程，提出了切實可行的應(yīng)用方案。(