基于STM32和CR95HF的RFID应用系统设计(2)

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基于 STM32 和 CR95HF 的 RFID 应用 系统设计
Design of RFID System Based on STM32 and CR95HF
学科专业：信息与通信工程 研 究 生：张 艳 指导教师：李 媛 副教授
天津大学电子信息工程学院 二零一三年十二月
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。
关键词：射频识别 STM32F103VET6 CR95HF M24LR64
ABSTRACT
Radio Frequency Identification (RFID) is a kind of contactless automatic Identification technique with about 70 years history from the second war which is also called wireless technique. With the rapid development of RFID technique, the requirement for many aspects is increasingly high, including data integrity, security, tag capacity and volume, reader and tag design of manufacturing technique, and so on. It is put forward a design of portable RFID reader meeting ISO /IEC15693 with STM32F103VET6 as a core, CR95HF as the Radio frequency chip. With a wireless storage chip named M24LR64, a new design of passive RFID tag matching the reader is also developed. This RFID system works at frequency 13.56MHz, and the capacity of tag is 24Kbyte realizing data transmission with I2C interface, applicable in the situation needing large amount of data carried in tag. In the essay, we apply it into a system for big data transmission. Firstly, it introduces The development and applications status and trends of RFID, which are followed by the background for the issue.Then some theoretical principles, international standards, especially for ISO/IEC15693 and guarantee for data integrity and security are also presented detailedly.And then It is put forward a design of portable RFID reader meeting ISO /IEC15693 with STM32F103VET6 as a core, CR95HF as the Radio frequency chip, including the hardware design and driver build of main control module, the radio frequency module, and some peripheral circuits. A human-computer interface UI is also shown in the paper. It is proved that the RFID system works stably in wireless data transmission, with a feature of stable working status and broad applicable range.
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摘 要
射频识别，即 RFID（Radio Frequency Identification ）技术，又称无线射频 识别，是一种非接触式的通信技术，由二战的雷达技术发展至今已有 70 多年的 历史。随着其发展，对系统数据的完整性、安全性、标签的存储容量和体积、读 卡器和标签的制作工艺等方面都有了更高的要求。 本文以 STM32F103VET6 微处 理器为核心， 配合 CR95HF 射频芯片构成符合 ISO/IEC 15693 标准的手持便携读 卡器； 同时， 采用无线存储芯片 M24LR64， 开发了与读卡器配套的新型无源 RFID 标签。该 RFID 系统工作在 13.56MHz 频率，其标签的存储容量达到 24K 字节， 除了可以与读卡器进行无线通信之外，还能通过 IIC 总线实现数据传输，适用于 需要在标签中携带大数据的应用场合，本课题应用在大数据安全传输系统中。 论文首先介绍了选题背景、RFID 技术的发展现状、应用领域，以及发展方 向。在此基础上，讨论了与 RFID 技术相关的电磁学、通信原理等理论基础，分 析了工作频率为 13.56MHz 的 ISO/IEC 15693 等 RFID 国际通用标准，以及数据 通信的完整性和安全性 方面的保证 。然后 ，本文详细介绍了基于 微控制器 STM32F103VET6 和射频芯片 CR95HF 的 RFID 应用系统的设计方案，包括主控 电路、射频通信模块、外围设备的硬件设计和驱动的构建。同时本文设计了友好 的人机交互界面，使得读卡系统功能够以图文并茂的形式清晰的展现出来。实验 证明，本文设计的 RFID 系统能稳定地进行无线数据通信，可以完成相应读写操 作，具有低功耗、容量大、读写稳定性好的特点。
KEY WORDS：RFID STM32 CR95HF M24LR64
目 录
第一章 绪论 ..................................................................................................... 1 1.1RFID 技术应用领域和发展现状 ............................................................ 1 1.2RFID 技术的研究方向及趋势 ................................................................ 1 1.3 选题研究背景和意义 ............................................................................ 2 1.4 论文的主要工作和组织结构 ................................................................. 3 1.4.1 论文的主要工作及创新点 ......................................................... 3 1.4.2 论文的组织结构 ........................................................................ 3 第二章 RFID 系统基础理论 ............................................................................ 5 2.1 电磁场基础理论 .................................................................................... 5 2.1.1 电磁波散射和反射 .................................................................... 5 2.1.2 天线的基本理论 ........................................................................ 5 2.2 通信原理基础理论 ................................................................................ 7 2.2.1 系统的编码和调制 .................................................................... 7 2.2.2 数据的完整性和安全性........................................................... 10 第三章 系统主体方案设计 ............................................................................ 16 3.1RFID 系统的组成 ................................................................................. 16 3.1.1RFID 系统的一般结构 ............................................................. 16 3.1.2RFID 系统的工作原理及流程 .................................................. 16 3.1.3RFID 系统的分类 ..................................................................... 17 3.2 系统主体方案的设计 .......................................................................... 18 3.2.1RFID 读卡器主控部分设计 ...................................................... 19 3.2.2RFID 射频读卡模块设计.......................................................... 21 3.2.3 电子标签的设计 ...................................................................... 22 第四章 系统硬件设计 .................................................................................... 25 4.1 系统主体方案硬件设计 ...................................................................... 25 4.1.1 主控芯片电路设计 .................................................................. 25 4.1.2 射频芯片电路设计 .................................................................. 25