基于RFID的打卡器和射频卡设计
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ＭＨｚ
输入到Ｒｘ脚的１３．５６
ＡＳＫ调制信号中解析出
图８打卡程序流程囤
ＩＳ０１４４４３一Ａ副载波信号。正交调制器使用两个不同
万方数据
．２２．
仪表技术
译，北京：北京工业出版社，２００１．
２０１２年第５期
Ｒｃ５００复位和初始化，再寻卡、选卡、认证，实施打卡、 读卡、加值、减值、暂停、改变分区等。 读卡程序流程如图９所示。系统初始化后，先检 测是否为位周期，如是位周期则保存数据，再查找数 据，经ｃＲＣ校验后．发送数据。
上工
２０１２年第５期 ３。２天线电路设计
仪表技术
＋５Ｖ Ｃ１５ １０４ Ｕ２ Ｃ１＋
Ｖ＋
・２１・
本设计选择了直接匹配天线（天线线圈电路见图 ３），为了驱动天线，ＭＦ—Ｒｃ５００通过ＴＸｌ和Ｔｘ２提供
１３．５６
Ｃ】８ ＶＣＣ ＧＮＤ Ｔ１０ＵＴ Ｒ１ＩＮ Ｒ１０ＵＴ １６ １５ １４ １３ １２ １１ １０ ９ １０４
作者简介：陈世夏（１９５７一），男，副教授，从事电子技术教学。
万方数据
・２０・
仪表・技术
２０１２年第５期
小，便于携带，硬件成本低，设计简单，且Ｉｃ芯片内含 加密控制逻辑和通信逻辑电路，数据保存期为１０年， 可改写１０万次，读无限次，可靠性高。 １．２．２控制芯片选择 控制芯片选用ｓＴＣ８９Ｃ５２Ｒｃ单片机，具有加密性 强，超强抗干扰，超低功耗，高速，低价等优点。并且 ５１单片机已经广泛应用，系统成熟稳定。 ２理论分析与计算 ２．１’无源射频卡工作原理 无源射频卡所需要的能量必须由打卡器供应，打 卡器向Ｍｌ射频卡发一组固定频率的电磁波，卡片内 有一个Ｌｃ串联谐振电路，其频率与打卡器发射的频 率相同。在电磁波的激励下，Ｌｃ谐振电路产生共振， 从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一 个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电 容内储存，当所积累的电荷达到２ Ｖ时，此电容可作为 电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去 或读取打卡器的数据。
图ｌ （ｂ）射频卡 系统总体框图 （ａ）阅读器
１．２各模块方案选择 １．２．１射频卡供电方式选择 射频卡采用非接触Ｉｃ卡样式，无电源，电气部分 为一个天线和ＡｓＩｃ芯片。在电磁波的激励下，Ｌｃ谐 振电路产生谐振，为其他电路提供工作电压，将卡内数 据发射出去或读取读写器的数据。本方案射频卡体积
收稿日期：２０１２一０２
Ｏ．１
ｍｓ
Ｏ．０９９７
ｍｓ
Ｏ．３％
通过测试结果表明，系统能够采集、存储和回放给 定的信号，其中原信号与回放信号电平之差的绝对值 小于５０ ｍＶ，周期之差的绝对值小于５％，达到了设计 要求。 参考文献：
［１］黄智伟．全国大学生电子设计竞赛训练教程［Ｍ］．北京：电
ａ ｏｎ
ｔｈｅ
ｔｈｅｍｅ ＲＦＩＤ
（Ｒａｄｉｏ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ） ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＲＦ ｐｕｎｃｈ
ｉｓ ｉｔ
ｕｓｅｓ
ｎｏｎ．ｃｏｎｔａｃｔ
ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
ｏｒ
Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ
ＭＨｚ的载波。根据寄存器的没定对发送数据进
Ｃ１一
——１１厂］
２
ＣＯＭＭ
＿ｌ－ｃｌ・
Ｃ２＋ Ｃ２一 Ｃ１６ １０４ Ｖ＿ Ｔ２０ＵＴ Ｒ２Ｉｌｑ
行调制得到发送的信号。
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１５０ｐＦ
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１５０
叫
＋５ Ｖ
上
上１７ Ｔ１０４
小２小引《∽
式中：，，为导体环一圈的长度；Ｄ．为导线的直径或者 ＰｃＢ导体的宽度；Ⅳ。为圈数；Ｋ为天线形状因素（环形 天线Ｋ＝１．０７，矩形天线Ｋ＝１．４７）。 ３硬件电路设计 ３．１打卡器电路设计 ＭＦ—ＲＣ５００支持不同的微控制器接口。一个智 能的自动检测逻辑可以自动适应系统总线的并行接 口，使用信号Ｎｃｓ选择芯片。要使用独立的地址和数 据总线与微控制器相连，必须将ＡＬＥ脚连接到 ＤＶＤＤ。若使用复用的地址和数据总线与微控制器接 口，必须将ＡＬＥ脚连接到微控制器的ＡＬＥ信号。若 要使用ＲＮｗ和ＮＤｓ（取代ＮｗＲ和ＮＲＤ）与微控制器 相连，微控制器的ＲＮｗ必须连接到管脚ＮｗＲ，而 ＮＤＳ必须连接到ＮＲＤ。打卡器系统电路原理图见
天线能量传输的基本原理和等效电路见图５。
圈
图５
变压器原理及等效电路图
３．３多通道串口线路驱动器／接收器电路 ｓＰ３２３２采用专有的低压差发送器输出级，利用双 电荷泵在３．ｏ Ｖ至５．ｏ Ｖ之间供电时，能实现真正的 ＲＳ一２３２性能。ＳＰ３２３２收发器电路见图６。
３．４
ＭＦ—Ｒｃ５００调制放大电路 ＭＦ—Ｒｃ５００集成了一个正交调制电路，该电路从
ｌｂ ｌｅｓｔＡｎａ
ＵｕｔＳｅＩ
图７调制电路方框图
接收处理首先完成１３．５６ ＭＨｚ载波信号的正交解 调。要获得最优性能，使用时钟Ｑ自动校准。解调信 号由一个可调节的放大器放大。相关性电路计算期望 的和接收的数据之问的相似度。在计算和数字化电路
图４直接匹配天线配置
中有效位被检测出来后送到ＦｌＦＯ寄存器。 ４程序设计 打卡器程序设计流程图见图８。首先进行ＭＦ一
Ｏ．２５％
高电平 低电平 信号周期
４８ ｍＶ
４％
０．９９９７
ｍｓ
Ｏ．０３％
Ｂ通道测试数据结果如表２所示。
表２ 图９读卡程序流程 Ｂ通道 峰峰值 输入
１００ ｍＶ
Ｂ通道测试数据结果
回放测量值
１０８ ｍＶ
误差
８％
５测试结果分析 经过测试，得到打卡器数据如下： 使用Ｄｓ６１０２型示波器测试其工作频率为
１
信号周期
图６ 串口电路图
声
§
≤
ＴＸ２’
ｐＦBiblioteka 的时钟Ｑ和Ｉ时钟，相位差为９０。。副载波信号经放
大、滤波后送相关性电路，求出相关性结果，数字化后 输入到数字电路。调制电路见图７。
图３
天线线圈原理图
射频卡采用ＲＦ场的负载调制进行响应。天线拾 取的信号经过天线匹配电路送到Ｒｘ脚，ＭＦ—ＲＣ５００ 内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设 定进行处理，然后数据发送到并行接口由微控制器进 行读取。ＭＦ—Ｒｃ５００对驱动部分使用单独电源供电。 直接匹配天线电路见图４。
ａｓ
ＭＦ—ＲＣ５００ ＲＦ ｃａｒｄ ｒｅａｄｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｓｏ
ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
ｃａｎ
ｔｈｅ ｃｏｒｅ，ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ
ｔｈａｔ ｐｕｎｃｈ—ｃａｒｄ ｄｅｖｉｃｅｓ ｄｅｓｉｇＩｌ ｉｓ ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ
ｋＨｚ，三角波信号频率范围限定在ｌＯ
Ｈｚ～
ｋＨｚ，方波的信号频率范围限定在１０
Ｈｚ一１０ ｋＨｚ。
使用数字示波器、数字万用表、信号发生器等工具 进行测试。 ４．２测试结果 Ａ通道测试数据结果如表１所示。
表ｌ
Ａ通道
Ａ通道测试数据结果
输出测量值
３９８５ ｍＶ
输入值
３９９５ ｍＶ ５０Ⅱ】Ｖ ｌ ｍｓ
误差
图２。
ＥＭｃ低通滤波接收电路分析 ＭＦ—Ｒｃ系统在１３．５６ ＭＨｚ频率下操作，该频率
由一个石英晶振产生用于驱动ＭＦ—ＲＣ５００，以及作 为驱动天线的１３．５６ ＭＨｚ能量载波的基频，这样不 仅会产生１３．５６ ＭＨｚ的发射功率而且会发射更高的 谐波。 ＭＦ—Ｒｃ５００的内部接收部分受副载波控制，推荐 使用内部产生的ＶＭＩＤ电势作为Ｒｘ脚的输入电势。 为了提供一个稳定的参考电压，必须在ＶＭＩＤ脚接一 个对地的电容ｃ４。打卡器的接收部分需要在Ｒｘ和
文章编号：ｌ００６—２３９４（２０１２）０５—００１９—０４
ｏｎ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒｅａｄｅｒ ａｎｄ ＲＦ Ｃａｒｄ Ｂａｓｅｄ
ＲＦＩＤ
ＣＨＥＮ Ｓｈｉ—ｘｉａ，ＪＩ Ｍｉｎｇ—ｘｉａ，ＤＩＮＧ Ｇｕｏ—ｃｈｅｎ （Ｎａｖｙ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｂｒａｎｃｈ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０４１，ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｃａｒｄｓ． ＲＦＩＤ ｉｓ
ＤｖＤＤ
Ｒｅｓｃｔ
ＡＶＤＤ
ＴＶＤＤ ２，２ ｕＨ
ＤＶＤＤ
ＲＳＴＰＤ—ⅣＤＤ
ＴＶＤＤ ＴＸｌ
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万方数据
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Ｃ４ ００
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Ｆ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；ｒｅａｄｅｒ；ＲＦ ｃａｒｄ
ｌ方案选择
１．１
系统整体设计方案 系统可分为打卡器、射频卡两部分。ＲＦＩＤ打卡器
（读写器）通过天线与ＲＦＩＤ电子标签进行无线通信， 可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操 作。打卡器包含有高频模块（发送器和接收器）、控制 单元、ＭＦ—ＲＣ５００射频卡读写单元以及打卡器天线。 当射频卡进入发射天线近场区时，射频卡与打卡 器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，在耦 合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交 换。射频卡以耦合方式获得能量，将自身编码等信息 通过编码模块与发送天线发送出去，接收天线接收到 信号，在接收电路中对信号进行解码放大处理，最后由 单片机控制发光二极管显示并发出声音。同时，通过 Ｒｓ一２３２接口将数据传送到上位机，上位机显示数据 和控制打卡器。系统整体设计框图见图１。
中｝早｝平÷＊年｝＊＊串！｝牛｝阜｝ｅ｝号｝牛鲁乍｝审｝乍｝乍｝串亡’鼯毕亡阜｝卡｝阜｝畿 （上接第１８页） 定的正弦波、方波、三角波对本系统进行测试。输入信 号通过标准示波器测量，并记录结果。 使用本系统处理过的波形送到示波器进行显示， 并记录结果。 本系统处理的正弦波信号频率范围限定在１０
～１０ １０ Ｈｚ
ｉｄｅｎｔｉｆｙ
ｔｈｅ ＲＦ ｃａｒｄ，ａｃｑｕｉｒｅ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＲＦ ｃａｒｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗ
ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ
ＭＣＵ
ｃｏｎｔ“，ｓｙｓｔｅｍ
ｃｏｓｔ，ｓｉｍｐｌｅ西ｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ａｎｄ
ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．
ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ
ｔｏ
ｃｏｕｐｌｉｎｇ（ｊｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）ｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｊｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｒｅⅡｅｃｔｉｏｎ Ｐｕｎｃｈ ｃａｒｄ ｉｓ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｆｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｕ￡ｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｂｉｅｃｔｓ．
［２］张兴辉，陈守满，基于ｓＴｃ８９ｃ５２Ｒｃ单片机的无线呼叫系 统设计［Ｊ］．现代电子技术，２０“（１３）：１８６—１８８． ［３］黄智伟．无线发射与接收电路设计［Ｍ］．北京：北京航空航 天大学出版社，２００４． ［４］陆永宁．非接触Ｉｃ卡原理与应用［Ｍ］．北京：电子Ｔ业出 版社，２００６．
（许雪军编发）
２０１２年第５期
仪表技术
・１９・
基于ＲＦＩＤ的打卡器和射频卡设计
陈世夏，纪明霞。丁国臣 （海军航空工程学院青岛分院，山东青岛２６６０４１）
摘要：设计了基于Ｒ兀Ｄ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｍｃａｔｉｏｎ）技术的打卡器及射频卡。ＲＦＩＤ是一种非接触的自动识别技术，其基本
原理是利用射频信号和空间耦舍（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。打卡器基于ＭＦ— Ｒｃ５００射频卡读写系统，以ｓＴｃ８９ｃ５２Ｒｃ单片机为核心，辅以必要的外围电路，使打卡器能识别射频卡，并对射频卡输出的信号进 行采集和输出。该设计的主要创新点是采用ｓＴＣ８９ｃ５２ＲＣ单片机控制，系统稳定性高，价格低廉，编程简单，功耗较低。 关键词：ＲＦＩＤ；打卡器；射频卡 中图分类号：ＴＭ９３８．８ 文献标识码：Ａ
２．２
ＶＭＩＤ脚之间连接一个分压器。此外，在天线线圈和 分压器之间推荐使用一个串接的电容ｃ３。
２．３
ｓＴｃ８９Ｃ５２Ｒｃ单片机运行稳定性问题 影响单片机系统运行稳定性的主要因素有：射频
干扰一可通过电磁屏蔽和合理布线解决；电源干扰一 可通过加强电源滤波解决；振荡源的稳定性一采用晶 振解决。 ２．４天线线圈电感量计算 对天线线圈电感量的精确计算不太现实，但电感 量可以通过下面的公式估算出来，将天线设计成环形 或者矩形。
输入到Ｒｘ脚的１３．５６
ＡＳＫ调制信号中解析出
图８打卡程序流程囤
ＩＳ０１４４４３一Ａ副载波信号。正交调制器使用两个不同
万方数据
．２２．
仪表技术
译，北京：北京工业出版社，２００１．
２０１２年第５期
Ｒｃ５００复位和初始化，再寻卡、选卡、认证，实施打卡、 读卡、加值、减值、暂停、改变分区等。 读卡程序流程如图９所示。系统初始化后，先检 测是否为位周期，如是位周期则保存数据，再查找数 据，经ｃＲＣ校验后．发送数据。
上工
２０１２年第５期 ３。２天线电路设计
仪表技术
＋５Ｖ Ｃ１５ １０４ Ｕ２ Ｃ１＋
Ｖ＋
・２１・
本设计选择了直接匹配天线（天线线圈电路见图 ３），为了驱动天线，ＭＦ—Ｒｃ５００通过ＴＸｌ和Ｔｘ２提供
１３．５６
Ｃ】８ ＶＣＣ ＧＮＤ Ｔ１０ＵＴ Ｒ１ＩＮ Ｒ１０ＵＴ １６ １５ １４ １３ １２ １１ １０ ９ １０４
作者简介：陈世夏（１９５７一），男，副教授，从事电子技术教学。
万方数据
・２０・
仪表・技术
２０１２年第５期
小，便于携带，硬件成本低，设计简单，且Ｉｃ芯片内含 加密控制逻辑和通信逻辑电路，数据保存期为１０年， 可改写１０万次，读无限次，可靠性高。 １．２．２控制芯片选择 控制芯片选用ｓＴＣ８９Ｃ５２Ｒｃ单片机，具有加密性 强，超强抗干扰，超低功耗，高速，低价等优点。并且 ５１单片机已经广泛应用，系统成熟稳定。 ２理论分析与计算 ２．１’无源射频卡工作原理 无源射频卡所需要的能量必须由打卡器供应，打 卡器向Ｍｌ射频卡发一组固定频率的电磁波，卡片内 有一个Ｌｃ串联谐振电路，其频率与打卡器发射的频 率相同。在电磁波的激励下，Ｌｃ谐振电路产生共振， 从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一 个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电 容内储存，当所积累的电荷达到２ Ｖ时，此电容可作为 电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去 或读取打卡器的数据。
图ｌ （ｂ）射频卡 系统总体框图 （ａ）阅读器
１．２各模块方案选择 １．２．１射频卡供电方式选择 射频卡采用非接触Ｉｃ卡样式，无电源，电气部分 为一个天线和ＡｓＩｃ芯片。在电磁波的激励下，Ｌｃ谐 振电路产生谐振，为其他电路提供工作电压，将卡内数 据发射出去或读取读写器的数据。本方案射频卡体积
收稿日期：２０１２一０２
Ｏ．１
ｍｓ
Ｏ．０９９７
ｍｓ
Ｏ．３％
通过测试结果表明，系统能够采集、存储和回放给 定的信号，其中原信号与回放信号电平之差的绝对值 小于５０ ｍＶ，周期之差的绝对值小于５％，达到了设计 要求。 参考文献：
［１］黄智伟．全国大学生电子设计竞赛训练教程［Ｍ］．北京：电
ａ ｏｎ
ｔｈｅ
ｔｈｅｍｅ ＲＦＩＤ
（Ｒａｄｉｏ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ） ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＲＦ ｐｕｎｃｈ
ｉｓ ｉｔ
ｕｓｅｓ
ｎｏｎ．ｃｏｎｔａｃｔ
ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
ｏｒ
Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ
ＭＨｚ的载波。根据寄存器的没定对发送数据进
Ｃ１一
——１１厂］
２
ＣＯＭＭ
＿ｌ－ｃｌ・
Ｃ２＋ Ｃ２一 Ｃ１６ １０４ Ｖ＿ Ｔ２０ＵＴ Ｒ２Ｉｌｑ
行调制得到发送的信号。
Ｔ鼍
ＥＭ
Ｔ１Ⅸ Ｔ２蹦
Ｒ２０ＵＴ
ＴＸＩ’
ＩＩ Ｃ１９ Ｊ１５ ｏＦ
—Ｃ２０
ＲＦＡＧＮＤ
１５０ｐＦ
＝ｃ２１ ｌ Ｃ２２
１５０
叫
＋５ Ｖ
上
上１７ Ｔ１０４
小２小引《∽
式中：，，为导体环一圈的长度；Ｄ．为导线的直径或者 ＰｃＢ导体的宽度；Ⅳ。为圈数；Ｋ为天线形状因素（环形 天线Ｋ＝１．０７，矩形天线Ｋ＝１．４７）。 ３硬件电路设计 ３．１打卡器电路设计 ＭＦ—ＲＣ５００支持不同的微控制器接口。一个智 能的自动检测逻辑可以自动适应系统总线的并行接 口，使用信号Ｎｃｓ选择芯片。要使用独立的地址和数 据总线与微控制器相连，必须将ＡＬＥ脚连接到 ＤＶＤＤ。若使用复用的地址和数据总线与微控制器接 口，必须将ＡＬＥ脚连接到微控制器的ＡＬＥ信号。若 要使用ＲＮｗ和ＮＤｓ（取代ＮｗＲ和ＮＲＤ）与微控制器 相连，微控制器的ＲＮｗ必须连接到管脚ＮｗＲ，而 ＮＤＳ必须连接到ＮＲＤ。打卡器系统电路原理图见
天线能量传输的基本原理和等效电路见图５。
圈
图５
变压器原理及等效电路图
３．３多通道串口线路驱动器／接收器电路 ｓＰ３２３２采用专有的低压差发送器输出级，利用双 电荷泵在３．ｏ Ｖ至５．ｏ Ｖ之间供电时，能实现真正的 ＲＳ一２３２性能。ＳＰ３２３２收发器电路见图６。
３．４
ＭＦ—Ｒｃ５００调制放大电路 ＭＦ—Ｒｃ５００集成了一个正交调制电路，该电路从
ｌｂ ｌｅｓｔＡｎａ
ＵｕｔＳｅＩ
图７调制电路方框图
接收处理首先完成１３．５６ ＭＨｚ载波信号的正交解 调。要获得最优性能，使用时钟Ｑ自动校准。解调信 号由一个可调节的放大器放大。相关性电路计算期望 的和接收的数据之问的相似度。在计算和数字化电路
图４直接匹配天线配置
中有效位被检测出来后送到ＦｌＦＯ寄存器。 ４程序设计 打卡器程序设计流程图见图８。首先进行ＭＦ一
Ｏ．２５％
高电平 低电平 信号周期
４８ ｍＶ
４％
０．９９９７
ｍｓ
Ｏ．０３％
Ｂ通道测试数据结果如表２所示。
表２ 图９读卡程序流程 Ｂ通道 峰峰值 输入
１００ ｍＶ
Ｂ通道测试数据结果
回放测量值
１０８ ｍＶ
误差
８％
５测试结果分析 经过测试，得到打卡器数据如下： 使用Ｄｓ６１０２型示波器测试其工作频率为
１
信号周期
图６ 串口电路图
声
§
≤
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ｐＦBiblioteka 的时钟Ｑ和Ｉ时钟，相位差为９０。。副载波信号经放
大、滤波后送相关性电路，求出相关性结果，数字化后 输入到数字电路。调制电路见图７。
图３
天线线圈原理图
射频卡采用ＲＦ场的负载调制进行响应。天线拾 取的信号经过天线匹配电路送到Ｒｘ脚，ＭＦ—ＲＣ５００ 内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设 定进行处理，然后数据发送到并行接口由微控制器进 行读取。ＭＦ—Ｒｃ５００对驱动部分使用单独电源供电。 直接匹配天线电路见图４。
ａｓ
ＭＦ—ＲＣ５００ ＲＦ ｃａｒｄ ｒｅａｄｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｓｏ
ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
ｃａｎ
ｔｈｅ ｃｏｒｅ，ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ
ｔｈａｔ ｐｕｎｃｈ—ｃａｒｄ ｄｅｖｉｃｅｓ ｄｅｓｉｇＩｌ ｉｓ ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ
ｋＨｚ，三角波信号频率范围限定在ｌＯ
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ｋＨｚ，方波的信号频率范围限定在１０
Ｈｚ一１０ ｋＨｚ。
使用数字示波器、数字万用表、信号发生器等工具 进行测试。 ４．２测试结果 Ａ通道测试数据结果如表１所示。
表ｌ
Ａ通道
Ａ通道测试数据结果
输出测量值
３９８５ ｍＶ
输入值
３９９５ ｍＶ ５０Ⅱ】Ｖ ｌ ｍｓ
误差
图２。
ＥＭｃ低通滤波接收电路分析 ＭＦ—Ｒｃ系统在１３．５６ ＭＨｚ频率下操作，该频率
由一个石英晶振产生用于驱动ＭＦ—ＲＣ５００，以及作 为驱动天线的１３．５６ ＭＨｚ能量载波的基频，这样不 仅会产生１３．５６ ＭＨｚ的发射功率而且会发射更高的 谐波。 ＭＦ—Ｒｃ５００的内部接收部分受副载波控制，推荐 使用内部产生的ＶＭＩＤ电势作为Ｒｘ脚的输入电势。 为了提供一个稳定的参考电压，必须在ＶＭＩＤ脚接一 个对地的电容ｃ４。打卡器的接收部分需要在Ｒｘ和
文章编号：ｌ００６—２３９４（２０１２）０５—００１９—０４
ｏｎ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒｅａｄｅｒ ａｎｄ ＲＦ Ｃａｒｄ Ｂａｓｅｄ
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；ｒｅａｄｅｒ；ＲＦ ｃａｒｄ
ｌ方案选择
１．１
系统整体设计方案 系统可分为打卡器、射频卡两部分。ＲＦＩＤ打卡器
（读写器）通过天线与ＲＦＩＤ电子标签进行无线通信， 可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操 作。打卡器包含有高频模块（发送器和接收器）、控制 单元、ＭＦ—ＲＣ５００射频卡读写单元以及打卡器天线。 当射频卡进入发射天线近场区时，射频卡与打卡 器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，在耦 合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交 换。射频卡以耦合方式获得能量，将自身编码等信息 通过编码模块与发送天线发送出去，接收天线接收到 信号，在接收电路中对信号进行解码放大处理，最后由 单片机控制发光二极管显示并发出声音。同时，通过 Ｒｓ一２３２接口将数据传送到上位机，上位机显示数据 和控制打卡器。系统整体设计框图见图１。
中｝早｝平÷＊年｝＊＊串！｝牛｝阜｝ｅ｝号｝牛鲁乍｝审｝乍｝乍｝串亡’鼯毕亡阜｝卡｝阜｝畿 （上接第１８页） 定的正弦波、方波、三角波对本系统进行测试。输入信 号通过标准示波器测量，并记录结果。 使用本系统处理过的波形送到示波器进行显示， 并记录结果。 本系统处理的正弦波信号频率范围限定在１０
～１０ １０ Ｈｚ
ｉｄｅｎｔｉｆｙ
ｔｈｅ ＲＦ ｃａｒｄ，ａｃｑｕｉｒｅ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＲＦ ｃａｒｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗ
ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ
ＭＣＵ
ｃｏｎｔ“，ｓｙｓｔｅｍ
ｃｏｓｔ，ｓｉｍｐｌｅ西ｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ａｎｄ
ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．
ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ
ｔｏ
ｃｏｕｐｌｉｎｇ（ｊｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）ｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｊｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｒｅⅡｅｃｔｉｏｎ Ｐｕｎｃｈ ｃａｒｄ ｉｓ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｆｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｕ￡ｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｂｉｅｃｔｓ．
［２］张兴辉，陈守满，基于ｓＴｃ８９ｃ５２Ｒｃ单片机的无线呼叫系 统设计［Ｊ］．现代电子技术，２０“（１３）：１８６—１８８． ［３］黄智伟．无线发射与接收电路设计［Ｍ］．北京：北京航空航 天大学出版社，２００４． ［４］陆永宁．非接触Ｉｃ卡原理与应用［Ｍ］．北京：电子Ｔ业出 版社，２００６．
（许雪军编发）
２０１２年第５期
仪表技术
・１９・
基于ＲＦＩＤ的打卡器和射频卡设计
陈世夏，纪明霞。丁国臣 （海军航空工程学院青岛分院，山东青岛２６６０４１）
摘要：设计了基于Ｒ兀Ｄ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｍｃａｔｉｏｎ）技术的打卡器及射频卡。ＲＦＩＤ是一种非接触的自动识别技术，其基本
原理是利用射频信号和空间耦舍（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。打卡器基于ＭＦ— Ｒｃ５００射频卡读写系统，以ｓＴｃ８９ｃ５２Ｒｃ单片机为核心，辅以必要的外围电路，使打卡器能识别射频卡，并对射频卡输出的信号进 行采集和输出。该设计的主要创新点是采用ｓＴＣ８９ｃ５２ＲＣ单片机控制，系统稳定性高，价格低廉，编程简单，功耗较低。 关键词：ＲＦＩＤ；打卡器；射频卡 中图分类号：ＴＭ９３８．８ 文献标识码：Ａ
２．２
ＶＭＩＤ脚之间连接一个分压器。此外，在天线线圈和 分压器之间推荐使用一个串接的电容ｃ３。
２．３
ｓＴｃ８９Ｃ５２Ｒｃ单片机运行稳定性问题 影响单片机系统运行稳定性的主要因素有：射频
干扰一可通过电磁屏蔽和合理布线解决；电源干扰一 可通过加强电源滤波解决；振荡源的稳定性一采用晶 振解决。 ２．４天线线圈电感量计算 对天线线圈电感量的精确计算不太现实，但电感 量可以通过下面的公式估算出来，将天线设计成环形 或者矩形。