RFID在数字化校园中的应用

1、RFID在数字化校园中的应用UESTC-Intel PCA技术实验室( 班级姓名一、实验目的射频识别技术RFID巨大的应用前景己经被业界所认同,同时相关的产品也在逐渐地推向市场。在电子钱包,身份识别,终端零售业己经取得了很大的应用但是远远没有发辉出RFID巨大的应用。同样的,在校园的数字化方面,RFID 同样也有巨大的作用。目前RFID己经大量用于校园餐厅,超市等电子钱包方面类方面。同样也可以在其它方面也可以大量使用RFID技术,比如图书馆管理,楼宇出入管理,考试的身份识别等,以及可以同银行等相关单位合作实现更广阔的运用,实现真正意义上的“校园一卡通”。这样将给生活带来巨大的方便、节省大量的时

2、间、降低管理成本。本设计主要是利用Intel公司的PXA255开发板作为主系统,外扩充一个射频卡读写器,读写器读出的数据通过串口连接到PXA255开发板上,PXA255开发板上实现服务器的功能,即数据的处理即管理以及操作界面的功能。二、实验原理2.1 概述本设计中的读卡器是利用PHILIPS公司的MIFARE卡及相应的读卡芯片FM1702完成相关的PICC和PLD设计,同时利用单片机对整个操作进行管理。FM1702是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列的一员。该读卡IC系列利用先进的调制和解调概念,完全集成了在13.56MHz下的所在类型的被动非接触式通信方式和协议,支持IS

3、O14443A。内部发射器不需要增加在源电路就能直接驱动近操作距离的天线;接收器部份提供一个坚固而有效的解调和解码电路,支持错误检测和快速CRYPTO1加密算法。用于验证Mifare系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器,给读卡器或者说是终端设备设计带来方便。借助读写器模块(PLD利用微带天线将能量和数据发送出去,而作为应答器(PICC首先接收到高频电磁波,将其转换成电能存储,而后接收数据。完成复位、反碰撞、卡选择、认证等一系列操作后,即可能卡上存储芯片指定块的读、写、增值、存储和传送到PLD等操作。整个过程具有快速,保密等特点。整个射频识别系统同样有很大的可扩展性。使用的S50

4、系列卡上存储芯片具有1KB的容量(实际可存信息小于这个数目,将其分为很多个功能模块,不同的功能数据分开存取,同时有一部份可作为为以后开发的新业务做预留。系统也可做其它方面的扩展:开发不同的PC机上位软件以便对本系统进行操作和管理,可以增加GPRS模块将其做一个手持式设备,应用于特别人群总之,射频识别技术具有巨大的利用空间和广泛的开发前景。2.2 RFID卡原理RFID又称为电子标签、远距离射频卡、远距离IC卡、射频标签、应答器、数据载体;RFID读写器又称为电子标签读写器、远距离读卡器、读出装置、扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签RFID是否可以无线改写数据。电子标签与读写器之间通过耦合元

5、件实现射频信号的空间(无接触耦合、在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递、数据的交换。基于RFID系统的特性,其在集装箱自动识别、家校通、动物跟踪和追踪领域、不停车收费、车辆出入管理、无线巡检领域中正日益得到广泛重视和大面积推广应用。发生在读写器和电子标签RFID之间的射频信号的耦合类型有两种。(1电感耦合。变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定律。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有:125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m,典型作用距离为1020cra。(2电磁反向散射耦合:雷达原理模型,发射出去的电磁

6、波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有: 433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。识别作用距离大于1m,典型作用距离为3l0m。在RFID系统中,RFID标签和读写器之间采用无线通信方式传递信息。其基本的通信方式有两种,第一种基于电磁耦合或者电感耦合,第二种基于电磁波的传播。RFID标签与读写器之间的耦合通过天线完成,这里的天线通常可以理解为电波传播的天线,有时也指电感耦合的天线。数据在读写器和标签之间用无线方式传递,噪声、干扰以及失真与数据本身一样传递。与其他通

7、信系统相似,技术上必须保证数据被正确传递和恢复。数据通信领域,数据传递有同步和异步之分,在RFID系统中,码流结构也要适应信道特性的要求,码流结构化过程称为信道编码。对于RFID系统,信道编码必须对用户透明,现在有各种不同的信道编码方法,其特点也不尽相同。为了通过空间有效传递数据,要求将数据调制在载波上,这一过程称为调制。常用的调制方法有ASK、FSK和PSK。由上述可看出,最基本的RFID系统由三部分组成:1、标签(Tag:由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;2、阅读器(Reader:读取(有时还可以写入标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;3、天线

8、(Antenna:在标签和读取器间传递射频信号。RFID技术的基本工作原理是标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签,或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签;解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。三、实现方案在本方案中RFID卡采用PHILIPS公司的MIFARE卡,读卡器主要采用读卡芯片FM1702完成相关的PICC和PLD设计。对读卡器的控制主要采用一块单片机来实现,对读卡器的控制是通过串口来进行。单片机读出数据则通过另一个串口送至PXA255

9、开发板,这儿适用串口进行通信,是考虑到RFID卡的信息一般很少,另外对传输速度一般要求不敏感,另外串口易操作,易实现,所以所有的通信方式均采用串口。其方案的框图如下所示。串口串口 在上面的方案中,单片机由于对读卡器和PXA255开发板的通信都采用串口,所以要求该单片机至少支持两个串口。PXA255开发板主要完成数据的处理及用户控制等功能,另外本系统可方便地扩展到其它应用领域,而不是仅局限于校园中的应用。比如,在PXA255开发板上实现GPRS的功能,可将RFID卡的信息通过GPRS发送到一个服务器上,以检查该卡信息是否正确,这种可应用在机场或楼宇的保安系统中。四、实验安排一人完成RFID卡的硬件实现及整个方案的硬件调试工作,一人完成单片机控制程序和PXA255接收单片机数据的程序,另一人完成PXA