非接触式IC公交刷卡机的设计
目 录
引言 1
（一）研究的背景及意义 1
（二）国内外研究现状 1
（三）本文主要研究工作 1
一、射频卡的识别系统 2
（一）RFID系统的分类方法 2
（二）射频识别系统的工作原理 2
二、系统的结构 2
三、系统的硬件设计 3
（一）MCU主控制模块 3
（二）射频读卡模块 5
（三）显示模块及继电器动作模块 6
（四）蜂鸣器报警模块 7
（五）串口下载电路 7
四、系统的软件设计 8
（一）编程思想及编程语言 8
（二）主程序设计 9
（三）射频读写卡子程序设计 10
（四）刷卡无效子程序设计 11
（五）刷卡有效子程序设计 11
（六）系统调试 12
结束语 13
参考文献 14
附录一 原理图 15
附录二 源程序 17
致谢 36
引言
（一）研究的背景及意义
射频识别（RFID）是流行于上个世纪九十年代的一种无线通信技术，该技术凭借其非接触式通信功能，实现对物体的一个自动识别过程。射频技术可以在不借助任何人工的情况下完成这个过程的识别，所以也被称为非接触性，这是射频技术最大的一个特点。非接触性的特点让系统变得更加不容易被损坏。另外高速运动的东西射频识别系统也可以自动识别出来，也可以同时识别多个射频标签。射频系统的另外一个很显著的特点就是抗干扰性，即使射频标签被油污灰尘等外来物污染，也不会出错，而且还可以穿透除了金属以外的大部分物品进行识别。
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（二）国内外研究现状
无论是在国内还是国外，射频识别技术都得到了一个充分的发展，这项技术被广泛应用在在交通运输、生产商、零售业、医疗、家庭等不同的领域。例如：现在的小区的门禁系统，它就是采用的RFID，户主或车主持有效的电子标签刷卡进出，可以对小区或者停车场车辆的进出进行实时的监控，方便通行又节省时间，更主要的是降低了小区内的安全隐患；再譬如：上海世博会的门票就是嵌入了RFID的系统，游客只需刷门票就可以进入会场，极大的节省了参观者的入场时间；同时也起到了防伪作用，避免了假票的一个流通。在国外，利用此技术的更多，九六年的时候汉城就已经在公交车上安装了RFID系统，调度员只需坐在办公室里，就可以通过这个系统随时监控公交车的运行情况，极大程度上减少交通事故的发生，管理起来也更加方便。澳大利亚则将用带有RFTD产品用来管理机场里面旅客们的行李包，避免了行李拿错，丢失等等。
中国的国土资源广阔，所以在93年的时候国家政府制定了全国范围内的金融卡网络还有系统金卡工程实施计划的10年规划，这一计划加快了我们国家信息化的进程，射频卡技术得到了一个快速的发展，市场非常广阔。随着国民经济的增长，旅游业成为了国民的最爱，高速公路的自动收费系统需求量也在随之不断增加，所以对于一个人工多，公路多，车辆多的三多国家，预计在十年内射频卡技术会有数十亿的需求量。
（三）本文主要研究工作
在学习了射频卡理论知识，以及在充分了解此技术在生活中发挥的作用之后。设计出了一套射频卡收费管理系统，硬件部分搭配软件部分，利用一些调试工具，可以实现初步的预期效果，并在其效果上进行优化和改善。从硬件部分和软件部分介绍了本文主要的研究工作。
本文主要的研究工作如下：
1.以M101射频模块作为物理基础实现射频卡收费系统。
2.文中利用PROTEL软件设计出IC卡收费控制模块的硬件框图，设计了包括MCU主控制模块、射频读卡模块、显示模块及继电器动作模块、蜂鸣器报警模块、串口下载电路等硬件电路原理图。
一、射频卡的识别系统
（一）RFID系统的分类方法
根据工作原理的不一样可以大致被区分为被动式和主动式两种系统。被动式系统自身无法主动发送信号，只会被读写器发出的信号所唤醒，而主动式系统则完全依靠自身的能量来唤醒自己主动发出信号给读写器，两个系统各自独立，互不干扰。
通过有没有电池可以将其分为有源和无源两个系统。有源系统寿命完全靠自身的电池电量的大小来决定，识别距离相对较长。无源系统恰恰相反，识别距离相对较短，寿命却很长。
另外，根据读写方式的不同，也可以分为一次性写入多读、可读写、只读三种方式。根据字面意思就可以知道，一次性写入多读的意思是说用户只能有一次机会写入数据，之后便不能再修改，但是可以多次读出；可读写就是可以自由读写，不限次数；只读就是只可以读出，不能修改数据。
（二）射频识别系统的工作原理
射频识别（RFID）系统为被动式系统，也可以说是无源系统，就是说射频卡内没有电池，只能被读写器发出的信号唤醒，由读写器通过脉冲信号提够能量。非接触式IC卡系统只是在普通的IC卡中加入了射频识别技术，所以它和IC卡一样都是利用L-C振荡回路进行工作的。工作过程如下：
1.在一定范围内，读写器通过发出一个脉冲信号来形成一个电磁场，这个磁场的范围取决于发射频率，工作频率和天线尺寸。
2.当IC卡接收到由读写器发出的脉冲信号之后，电路中的桥式整流电路会开始工作，然后对电容进行充电，充电完成之后电容电压就可以当做工作电压了。
3.数据调解电路解调出数据和命令之后会发送到控制逻辑，接下来的存储数据、发送数据等工作就交由控制逻辑完成。
4.如果说是发送数据的话，那么就在数据解调之后由收发模块直接发出就好了。
5.读写器一旦接收到数据后就会进行解码处理，然后把数据传输到计算机上。
二、系统的结构
由设计要求得知，IC卡需要利用单片机的控制系统完成整个系统从数据的接受、传递、输入、显示和处理五种功能的。硬件部分大致有以下几个模块，包括MCU主控制模块、射频模块、天线、通讯模块、显示模块、继电器模块、蜂鸣器模块以及射频M101无线读卡模块等。整个系统结构框图如图1所示。
图1 系统的结构框图
在一定范围内，读写器通过发出一个脉冲信号来形成一个电磁场，这个磁场的范围取决于发射频率，工作频率和天线尺寸。当IC卡接收到由读写器发出的脉冲信号之后，电路中的桥式整流电路会开始工作，然后对电容进行充电，充电完成之后电容电压就可以当做工作电压了。数据调解电路解调出数据和命令之后会发送到控制逻辑，接下来的存储数据、发送数据等工作就交由控制逻辑完成。如果说是发送数据的话，那么就在数据解调之后由收发模块直接发出就好了。射频信号除了可以提供能量之外，一般还会提供时钟信号，同步数据信号等等，读写器一旦接收到数据后就会进行解码处理，进行错误校验同时进行处理，之后IIC总线会把数据传送到STC89C52单片机上，单片机会通过数据处理系统来控制继电器，由此来控制实现射频的收费。
三、系统的硬件设计
（一）MCU主控制模块
1.MCU主控制模块
数据的显示部分采用了四位的共阳极数码管，但是实际使用中用了其中的两位，用于显示IC卡中的余额。一个数码管有8段，每一段的电流需要10-20MA的电流才能工作，而51单片机的IO口的输出电流比较小，直接接数码管的话亮度较低，所以串联三极管利用其可将电流放大的特性来增强数码管的亮度。
引言 1
（一）研究的背景及意义 1
（二）国内外研究现状 1
（三）本文主要研究工作 1
一、射频卡的识别系统 2
（一）RFID系统的分类方法 2
（二）射频识别系统的工作原理 2
二、系统的结构 2
三、系统的硬件设计 3
（一）MCU主控制模块 3
（二）射频读卡模块 5
（三）显示模块及继电器动作模块 6
（四）蜂鸣器报警模块 7
（五）串口下载电路 7
四、系统的软件设计 8
（一）编程思想及编程语言 8
（二）主程序设计 9
（三）射频读写卡子程序设计 10
（四）刷卡无效子程序设计 11
（五）刷卡有效子程序设计 11
（六）系统调试 12
结束语 13
参考文献 14
附录一 原理图 15
附录二 源程序 17
致谢 36
引言
（一）研究的背景及意义
射频识别（RFID）是流行于上个世纪九十年代的一种无线通信技术，该技术凭借其非接触式通信功能，实现对物体的一个自动识别过程。射频技术可以在不借助任何人工的情况下完成这个过程的识别，所以也被称为非接触性，这是射频技术最大的一个特点。非接触性的特点让系统变得更加不容易被损坏。另外高速运动的东西射频识别系统也可以自动识别出来，也可以同时识别多个射频标签。射频系统的另外一个很显著的特点就是抗干扰性，即使射频标签被油污灰尘等外来物污染，也不会出错，而且还可以穿透除了金属以外的大部分物品进行识别。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
（二）国内外研究现状
无论是在国内还是国外，射频识别技术都得到了一个充分的发展，这项技术被广泛应用在在交通运输、生产商、零售业、医疗、家庭等不同的领域。例如：现在的小区的门禁系统，它就是采用的RFID，户主或车主持有效的电子标签刷卡进出，可以对小区或者停车场车辆的进出进行实时的监控，方便通行又节省时间，更主要的是降低了小区内的安全隐患；再譬如：上海世博会的门票就是嵌入了RFID的系统，游客只需刷门票就可以进入会场，极大的节省了参观者的入场时间；同时也起到了防伪作用，避免了假票的一个流通。在国外，利用此技术的更多，九六年的时候汉城就已经在公交车上安装了RFID系统，调度员只需坐在办公室里，就可以通过这个系统随时监控公交车的运行情况，极大程度上减少交通事故的发生，管理起来也更加方便。澳大利亚则将用带有RFTD产品用来管理机场里面旅客们的行李包，避免了行李拿错，丢失等等。
中国的国土资源广阔，所以在93年的时候国家政府制定了全国范围内的金融卡网络还有系统金卡工程实施计划的10年规划，这一计划加快了我们国家信息化的进程，射频卡技术得到了一个快速的发展，市场非常广阔。随着国民经济的增长，旅游业成为了国民的最爱，高速公路的自动收费系统需求量也在随之不断增加，所以对于一个人工多，公路多，车辆多的三多国家，预计在十年内射频卡技术会有数十亿的需求量。
（三）本文主要研究工作
在学习了射频卡理论知识，以及在充分了解此技术在生活中发挥的作用之后。设计出了一套射频卡收费管理系统，硬件部分搭配软件部分，利用一些调试工具，可以实现初步的预期效果，并在其效果上进行优化和改善。从硬件部分和软件部分介绍了本文主要的研究工作。
本文主要的研究工作如下：
1.以M101射频模块作为物理基础实现射频卡收费系统。
2.文中利用PROTEL软件设计出IC卡收费控制模块的硬件框图，设计了包括MCU主控制模块、射频读卡模块、显示模块及继电器动作模块、蜂鸣器报警模块、串口下载电路等硬件电路原理图。
一、射频卡的识别系统
（一）RFID系统的分类方法
根据工作原理的不一样可以大致被区分为被动式和主动式两种系统。被动式系统自身无法主动发送信号，只会被读写器发出的信号所唤醒，而主动式系统则完全依靠自身的能量来唤醒自己主动发出信号给读写器，两个系统各自独立，互不干扰。
通过有没有电池可以将其分为有源和无源两个系统。有源系统寿命完全靠自身的电池电量的大小来决定，识别距离相对较长。无源系统恰恰相反，识别距离相对较短，寿命却很长。
另外，根据读写方式的不同，也可以分为一次性写入多读、可读写、只读三种方式。根据字面意思就可以知道，一次性写入多读的意思是说用户只能有一次机会写入数据，之后便不能再修改，但是可以多次读出；可读写就是可以自由读写，不限次数；只读就是只可以读出，不能修改数据。
（二）射频识别系统的工作原理
射频识别（RFID）系统为被动式系统，也可以说是无源系统，就是说射频卡内没有电池，只能被读写器发出的信号唤醒，由读写器通过脉冲信号提够能量。非接触式IC卡系统只是在普通的IC卡中加入了射频识别技术，所以它和IC卡一样都是利用L-C振荡回路进行工作的。工作过程如下：
1.在一定范围内，读写器通过发出一个脉冲信号来形成一个电磁场，这个磁场的范围取决于发射频率，工作频率和天线尺寸。
2.当IC卡接收到由读写器发出的脉冲信号之后，电路中的桥式整流电路会开始工作，然后对电容进行充电，充电完成之后电容电压就可以当做工作电压了。
3.数据调解电路解调出数据和命令之后会发送到控制逻辑，接下来的存储数据、发送数据等工作就交由控制逻辑完成。
4.如果说是发送数据的话，那么就在数据解调之后由收发模块直接发出就好了。
5.读写器一旦接收到数据后就会进行解码处理，然后把数据传输到计算机上。
二、系统的结构
由设计要求得知，IC卡需要利用单片机的控制系统完成整个系统从数据的接受、传递、输入、显示和处理五种功能的。硬件部分大致有以下几个模块，包括MCU主控制模块、射频模块、天线、通讯模块、显示模块、继电器模块、蜂鸣器模块以及射频M101无线读卡模块等。整个系统结构框图如图1所示。
图1 系统的结构框图
在一定范围内，读写器通过发出一个脉冲信号来形成一个电磁场，这个磁场的范围取决于发射频率，工作频率和天线尺寸。当IC卡接收到由读写器发出的脉冲信号之后，电路中的桥式整流电路会开始工作，然后对电容进行充电，充电完成之后电容电压就可以当做工作电压了。数据调解电路解调出数据和命令之后会发送到控制逻辑，接下来的存储数据、发送数据等工作就交由控制逻辑完成。如果说是发送数据的话，那么就在数据解调之后由收发模块直接发出就好了。射频信号除了可以提供能量之外，一般还会提供时钟信号，同步数据信号等等，读写器一旦接收到数据后就会进行解码处理，进行错误校验同时进行处理，之后IIC总线会把数据传送到STC89C52单片机上，单片机会通过数据处理系统来控制继电器，由此来控制实现射频的收费。
三、系统的硬件设计
（一）MCU主控制模块
1.MCU主控制模块
数据的显示部分采用了四位的共阳极数码管，但是实际使用中用了其中的两位，用于显示IC卡中的余额。一个数码管有8段，每一段的电流需要10-20MA的电流才能工作，而51单片机的IO口的输出电流比较小，直接接数码管的话亮度较低，所以串联三极管利用其可将电流放大的特性来增强数码管的亮度。
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