rfid实验指导书

1 / 20rfid 实验指导书广州飞瑞敖电子科技有限公司RFID实验箱实验指导书广州飞瑞敖电子科技有限公司实验一 开发环境的搭建及硬件测试实验 . 3一、实验目的 . 3二、实验设备 . 3三、实验原理 .2 / 20. 3四、实验步骤 . 3实验二 LF 低频 RFID 实验 . 7一、实验目的 . 7二、实验设备 . 7三、实验原理 . 7四、实验过程 . 10实验三、HF 高频 RFID 通信协议 . 16一、 实验目的 3 / 20. 16二、 实验设备 . 16三、 实验原理 . 16四、 实验步骤 . 24实验四 UHF 特高频 RFID 实验 . 28一、 实验目的 . 28二、 实验设备 . 28三、 实验原理 .4 / 20. 28四、 实验步骤 . 34实验五 有源 RFID 低功耗实验 . 40一、 实验目的 . 40二、 实验设备 . 40三、 实验原理 . 40四、 实验步骤 . 43实验六 HF 高频 RFID 应用 . 49一、 实验目的 5 / 20. 49二、 实验设备 . 49三、 实验原理 . 49四、 实验步骤 . 49实验七 人员定位实验 . 55一、 实验目的 . 55二、 实验设备 . 55三、 实验原理 .6 / 20. 55四、 实验步骤 . 56实验一 开发环境的搭建及硬件测试实验一、实验目的Keil 开发环境的安装掌握 Keil 开发环境的使用掌握 STM32 单片机固件的烧写方式二、实验设备硬件：RFID 实验箱套件，电脑等。软件：Keil三、实验原理本实验箱使用基于 Cortex-M3 体系的STM32F103VET6 单片机作为主控 CPU，运行相应的程序，它通过 GPIO 可以控制实验箱上的其它组件。STM32F103VET6 单片机有两路 UART 通信接口，其中UART1 经由 MAX232 电平转换芯片与实验箱上的 UART-STM32 DB9 串口相连负责和上位机进行通信。而 UART2与实验箱上的 SWICH 链路选择芯片组相连，通过 PD12和 PD13 两个管脚进行链路选择，并最终和相对应的 RFID模块进行通信。更详细的原理图请参考配套光盘附件实验7 / 20箱原理图 目录下的文档。本实验熟悉和学习 Keil 开发环境，下载相应的程序到 STM32F103VET6 上，并对实验箱上的硬件进行检测。在之后的实验中，将会详细的讲解 STM32F103VET6 单片机是如何控制各个组件并且如何和不同的 RFID 模块进行通信的。四、实验步骤安装光盘应用程序JLINK 驱动安装下的 JLink驱动。安装完成后，使用实验箱内的 Jlink 仿真器将 PC 机的 USB 接口和 RFID 实验箱上液晶屏下方的 20pin JTAG接口相连，如果 PC 能够检测到 JLink 则驱动安装成功否则请从新安装驱动。安装光盘应用程序STM32 芯片开发环境下的软件。打开 keiluVision4 开发环境，界面如图。图 开发环境界面打开测试工程，路径为 光盘 源代码测试程序 APP 下的工程文件。如图 及。图 打开工程图 打开工程编译源文件，生成 hex 文件，如图 。8 / 20图 编译工程烧写可执行文件，如图。RFID 教学实验平台 实验指导书目录第一章 简介. 射频识别技术基础知识 . 3 3 RFID 简介. RFID 系统组成. RFID 相关标准. RFID 发展前景. 实验平台.实验平台功能与特点. 实验平台实物图与相关说明.9 / 20第二章 实验平台使用说明. 平台使用环境. PC 机软件安装. RFID 实验平台安装. CP2102 驱动程序安装.主控程序的下载. 使用说明. 软件界面介绍. 操作说明. 错误处理.10 / 20第三章 实验模块ID. 预备知识. 低频 RFID 系统与 ID 卡. ISO 18000-2 标准.低频 RFID 系统读卡器. 应用领域.实验目的. 实验内容. 实验步骤. 课堂作业. 第四章 实验模块 非接触式 IC 卡.11 / 20. 预备知识. 高频 RFID 系统. 非接触式 IC 卡. ISO 14443 协议标准简介. 高频 RFID 系统读写器. 应用领域.13 4 7 8 10 10 11 12 12 12 12 15 18 19 19 19 20 23 23 23 23 24 26 27 27 27 28 30 30 30 31 34 36 38实验目的. 实验内容. 实验步骤.12 / 20. 课堂作业. 第五章 实验模块UHF. 预备知识. 超高频 RFID 系统. 电子标签存储结构. UHF 读写器协议标准. UHF 读写器. 应用领域.实验目的. 实验内容.13 / 20. 实验步骤. 课堂作业. 第六章 实验模块有源. 预备知识. 有源 RFID 系统. 有源 RFID 协议标准. 标签识别过程. 应用领域.实验目的. 实验内容.14 / 20. 实验步骤. 课堂作业.239 39 39 45 46 46 46 46 48 51 52 53 53 53 60 61 61 61 63 63 65 66 66 66 68第一章 简介射频识别技术基础知识RFID 简介RFID 技术，即无线射频识别技术，是一项先进 的自动识别和数据采集技术，被公认为 21 世纪十大重要技术之一，已经成功应用到生产制造、 物流管理、公共安全等各个领域。作为自动化识别技术先驱的条形码技术，经过几十年的发展目前已经普遍的应用在人们日 常生活中的各个方面。但同时，其存储信息量低、无法程序化、易损坏等缺点限制了其更大程 度上的应用。RFID 技术的快速发展，解决了条形码的上述缺点，在日常生活中得到了越来越广 15 / 20泛的应用。一 套 完 整 的 RFID 系 统 , 由 阅 读 器 与 电 子 标 签 也 就 是 所 谓 的 应 答 器 及计算机应用系统三个部份所组成。其工作原理是阅读器向其周围空间发出射频 信号；当电子标签进入该磁场后，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的相关信息 ，或者主动发送某一频率的信号；阅 读器读取信息并解码后，送至计算机应用软件进行有关数据处理。完整的 RFID 系统组成及其通 信过程如图 所示，图 RFID 系统组成及通信与条形码技术相比，RFID 技术具有一系列的优点：? 数据读写方便电子标签无需与读写器接触即可实现信息的交互，某些频段的读写器其作用距离可至上百 米，这些特性大大方便了某些特殊场合的运用。? 标签大小形状的多样性读写器的工作不受标签大小形状等特性的限制，不需像条形码技术那样为了读取精确度而 指定特定尺寸与印刷质量的标签。因此标签的设计可以往小型化与多样形态发展，以应用在不 同的场合。? 对环境依赖性低16 / 203条形码一旦沾上污垢看不清就不能被读取，而RFID 有很强的抗污性，在黑暗或脏污的环境 中也能正常读取。? 可重复使用大多数电子标签内部存储的为电子数据，可以多次擦除修改，所以标签可以回收重复使用。 此外，被动式电子标签不使用内部电池，也没有必要进行维护保养。? 穿透性强RFID 标签若被纸张、木材和塑料等非金属材料包围，也可以进行正常通讯。? 标签数据记忆量大与条形码相比，RFID 标签的记忆容量大大增加，某些类型的电子标签可以与阅读器交互， 实现数据的即时修改与保存。? 读取速度快，安全性能高RFID 系辨识标签的速度每秒可达上百个，且电子标签的安全性高，很难被复制更改。目前，条码技术一直是商品清单管理的主流方法。一个条码的价格不到美元，并且还 有统一的管理标准，推动了零售业的革命化与商品的物流管理。在商品清单管理中，条形码和 RFID 电子标签使用上面最大的区别在于：17 / 20对于条形码，同一类商品应用相同的条形码号，用于 某一类商品的识别；对于 RFID 电子标签，每件商品对应一个电子标签，可以实现商品唯一性的 识别。同时从上面几点来看，RFID 技术相比条形码技术，有很多显而易见的优势，解决了有些 条件下条码等其他识别技术无法使用的问题，并开拓了许多新的应用领域。近年来，RFID 技术得到了飞速的发展，各国政府都意识到 RFID 技术对未来的影响和蕴涵的 巨大商机，制定相关政策或投入物力，积极推动本国 RFID 产业发展。对于国内市场，在政府支 持和企业的推动下，RFID 相关产业发展迅速，目前已大量应用于生产自动化、门禁、公路收费、 停车场管理、身份识别、货物跟踪等民用领域中，其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷。 射频识别技术作为物联网核心技术，其发展必然为物联网技术的广泛应用打下基础， 从而给人们的生产与生活方式带来巨大的革新。RFID 系统组成RIFD 系统有三个重要的组成部分， 1）电子标签电子标签也称 RFID 询答器、非接触 ID 标签等。电子标签通常以其内部电池的有无分为 主动式和被动式两种类型，相应的读写器则称为无源读写器和有源读写器。主动标签是指其内 部配有电池的标签，内部电池使得标签可18 / 20以主动的发出数据信号给读写器，实现数据的交互。 这种标签一般体积较大，生产成本也较昂贵，工作寿命受电池容量的限制。主要用于军事、医 疗、运输管理及某些工业用途。被动标签没有内置电池，读写器通过无线电波启动标签，标签 在该磁场中产生感应电流，以此提供信息交互时的能量。被动式 RFID 标签由标签芯片和标签天 线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理 实现与读写器之间的通讯。RFID 标签中存储一个唯一编码，通常为64bits、96bits 甚至更高， 其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当 RFID 标签进入 读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理或电磁反向散射耦合原理在标签天线两端产生感 应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活 RFID 标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作，标签内的微控制器还可以进一 步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。RFID标签芯片的内部结构主要包括射频前端、模拟 前端、数字基带处理单元和 EEPROM 存储单元四部分。被动标签体积一般比较小，生产成本低， 工作寿命比较长。主要应用于存储识别数据，如货物的规格编号、动物芯片、感应卡、防盗门 禁系统等。典型的有源标签与无源标签实物如图和图所示，19 / 204图 有源标签图 IC 卡按照工作频率的不同，RFID 标签可以分为低频、高频、超高频和微波等不同 种类。这四类标签的典型代表分别为 ID 卡，全称身份识别卡； IC 卡，全 称集成电路卡，又称智能卡； EPC 电子标签；有 源电子标签。目前国际上广泛采用的电子标签频率分布于 4 种波段：低频、高频 。STM32F103VET6 单片机有两路 UART 通信接口，其中UART1 经由 MAX232 电平转换芯片与实验箱上的 UART-STM32 DB9 串口相连负责和上位机进行通信。而 UART2与实验箱上的 SWICH 链路选择芯片组相连，通过 PD12和 PD13 两个管脚进行链路选择，并最终和相对应的 RFID模块进行通信。更详细的原理图请参考配套光盘附件实验箱原理图 目录下的文档。本实验的目的是熟悉和学习 Keil 开发环境，下载相应的程序到 STM32F103VET6 上，并对实验箱上的硬件进行检测。在之后的实验中，将会详细的讲解STM32F103VET6 单片机是如何控制各个组件并且如何和不同的 RFID 模块进行通信的。