本課題嘗試實現(xiàn)一種便攜式射頻識別讀寫系統(tǒng)。采用增強RISC結(jié)構(gòu)和內(nèi)載Flash的AT90系列單片機作為主控器件，將數(shù)據(jù)存儲在射頻IC卡中，通過非接觸式數(shù)據(jù)傳輸與閱讀器進行通信，同時給出相應的電路原理和程序流程。由于射頻識別系統(tǒng)具有抗干擾和工作可靠性高等優(yōu)點，因此近年來發(fā)展迅速，并且得到廣泛的應用。

1 引言

近年來，自動識別方法在服務領(lǐng)域、貨物銷售與后勤、商業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)和材料流通領(lǐng)域得到快速的普及和推廣。自動識別的目的是提供關(guān)于個人、動物、貨物和商品的信息。

目前市面上的射頻卡的工作頻率為125kHz，功耗很大，因此要求應答器的線圈必須達到幾百匝，由此產(chǎn)生的較大繞線界面及需要附加的電容器很難封裝在小型塑料卡片內(nèi)。

本方案采用13.56MHz工作頻率的應答器系統(tǒng)，它的應答器線圈由約5匝繞線組成，體積大大減小，便于攜帶，擁有新的市場，例如用非接觸IC卡（射頻卡）作為公共交通車票，也適用于門禁、考勤、會議簽到以及高速公路、加油站、停車場、公交等收費系統(tǒng)。同時還可考慮將其用于盲人導航系統(tǒng)，讀寫器安裝在拐杖中，射頻卡只有一元硬幣大小，可以方便地安裝在盲道上，用來提示重要建筑物和路口的信息。雖然現(xiàn)在也有GPS盲人導航系統(tǒng)，但因其成本高及存在一定的誤差，因而推廣受到限制。本系統(tǒng)采用性價比較高的AT90S8515型單片機作為主控器件，具有更強的研究性、實用性和推廣性。

2 通信協(xié)議

本系統(tǒng)的通信方式為串行、異步和全雙工。國際標準ISO14443規(guī)定了13.56MHz射頻卡的作用原理和工作參數(shù)，ISO14443標準由四部分組成：第一部分是物理特性；第二部分是射頻界面；第三部分是初始化和反碰撞；第四部分是傳輸協(xié)議。

標準規(guī)定了RFID系統(tǒng)的波特率為106Kb/s，載波頻率是13.56MHz，從閱讀器到射頻卡的數(shù)據(jù)調(diào)制到載波頻率上，并且采用10％ ASK、非同步時序和不歸零（NRZ）編碼方式；副載波是它的16分頻，也就是847kHz，從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù)調(diào)制在副載波上，通信使用847kHz的副載波相移調(diào)制方式（PSK）和不歸零（NRZ）編碼方式。

本方案采用的射頻卡型號為AT88PF256-13，完全符合ISO14443，并且根據(jù)ISO14443規(guī)定了具體的傳輸數(shù)據(jù)包格式，如圖1所示。

從閱讀器到射頻卡的幀格式中沒有保護位（EGT），從射頻卡到閱讀器的幀格式中含有保護位（EGT）。

3 硬件設計

主控器件是AVR系列中較為先進的AT90S-8515，通過它完成讀鍵盤和顯示，并控制其調(diào)制和解調(diào)單元，通過天線將信號耦合到應答器（PICC），完成對應答器的讀寫操作。另外，還可以通過串行下載口進行在線編程和調(diào)試。

AT90S8515具有以下特點：

8k字節(jié)Flash程序存儲器；

512字節(jié)：EEPROM；

512字節(jié)SRAM；

32位（4×8 bit）通用I/O口；

32個通用工作寄存器；

1個可預分頻（Preseale）的8位定時器，計數(shù)器；

1個可預分頻，具有比較、捕捉和8/9/10位PWM功能的16位定時器，計數(shù)器；

2個外部中斷源；

片內(nèi)模擬比較器；

可編程的UART；

可編程的看門狗定時器；

SPI口及2種可通過軟件選擇的省電模式。

3．1 輸入，輸出單元

AT90S8515外接4x4小鍵盤，其中含有特殊功能鍵SHIFT、KTR、KENT、KESC，完成輸入功能，再連接1個標準LCD，完成輸出功能。主控器件通過鍵盤得到操作命令字，將其轉(zhuǎn)換成ISO14443標準規(guī)定的幀格式，通過調(diào)制與耦合（天線）單元發(fā)送，應答器在其響應范圍內(nèi)返回數(shù)據(jù)，通過耦合（天線）和解調(diào)單元到達主控器件，去掉幀頭和幀尾，通過標準LCD顯示。輸入，輸出部分的連接電路如圖2所示。