基于RFID领导在线系统的下位机设计
基于RFID领导在线系统的下位机设计[20191215144628]
摘 要
RFID技术是一种无线通信技术，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，而通过空间耦合（电磁感应或电磁传播）的方式来实现信息传递与识别。随着智能化和人性化的深入，越来越多的行业开始使用射频识别技术。
在日常工作中，基层人员常向寻找领导办理各种手续（如签字，汇报工作等）。但由于领导工作较忙（如开会，出差等），在办公室的时间（即在线时间）较为灵活。因此常造成找人难，签字难等现象，降低了机关系统的办事效率。本毕业设计从RFID角度出发，通过对领导办公室系统的设计获取领导在线的信息，主要从事下位机系统的设计和开发。
在调查研究实际需求的基础上，我们设计了具体的领导在线系统方案。在本文中，领导在线系统以嵌入式系统为基础，利用RFID技术进行细节呈现。设计的验证系统可以正确识别ID卡所登记的权限。状态转换的设计可以让ID卡持有者方便的对所设状态进行改变。与上位机通信的实现，让本系统有了进一步拓展的可能性。此外，友好的人机界面可以让使用者方便、快捷地进行操作。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:领导在线系统；射频识别；串口通信
目 录
摘 要 I
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究发展现状 1
1.3 本文主要研究内容 3
第2章 基于RFID技术的领导在线系统理论基础 4
2.1射频识别技术概述? 4
2.2射频卡 6
2.3 RFID天线? 8
第3章?基于射频识别的领导在线系统设计? 11
3.1系统总体方案设计? 11
3.2 SPC061A单片机 12
3.3 硬件电路 14
3.4读卡过程的实现 18
第4章?基于射频识别的领导在线系统软件设计 19
4.1系统软件分析与设计? 19
4.2软件集成开发环境μ’nSP IDE 20
4.3 程序模块 21
4.4 系统实现 24
第五章 总结与展望 27
5.1 总结 27
5.2 展望 27
谢?辞? 28
参考文献 29
附录一 英文文献 31
附录二 文献翻译 39
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
RFID技术是一种无线通信技术，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，而通过空间耦合（电磁感应或电磁传播）的方式来实现信息传递与识别，识别工作不需要人为干涉，与此相似的是条形码，但RFID技术比条形码有更多的优点比如：防水、防磁、寿命长、耐高温、存储容量更大、数据可加密、识别距离更广、信息能随意修改等。
RFID技术最早在1940年出现，雷达的改进和应用加快了RFID技术的成熟，1948年RFID技术的理论基础开始成形。1980年，RFID技术在技术快速发展阶段，出现了一些早期的RFID应用。近年来，无源RFID技术已经应用到我们的日常生活中，如非接触式IC卡管理系统，非自动停止高速公路收费系统，识别门禁系统等。
在日常工作中，基层人员常向寻找领导办理各种手续（如签字，汇报工作等）。但由于领导工作较忙（如开会，出差等），在办公室的时间（即在线时间）较为灵活。因此常造成找人难，签字难等现象，降低了机关系统的办事效率。本毕业设计从RFID角度出发，通过对领导办公室系统的设计获取领导在线的信息，能够方便，快捷的让基层人员获取领导办公室的状态，从而提高机关系统的办事效率。
1.2 国内外研究发展现状
在全世界中，美国已经在制定射频识别技术标准、研究软件和硬件技术、及应用方面名列前茅；欧洲射频识别技术标准紧追美国提出的EPC global标准，在封闭系统应用领域，欧洲与美国基本处在同一水平；日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的都是本国厂商的支持，要想成为国际标准还有很长的路要走；在韩国政府给予了射频识别技术高度重视，但至今韩国在RFID标准上仍模糊不清；中国目前也存在RFID标准的模糊不清[1][2][3][4]。生物识别虽然安全性上也许更高些，但其价格的高昂阻碍了它走入人们的日常生活。在非接触式IC卡门禁系统销售额中，卡片和读卡器占了销售额的3成以上，飞利浦的Mifare卡是目前中国门禁系统市场上最主要的商品[5]。
1.2.1．国外研究现状?
现在，美国和欧洲的门禁系统市场正越来越完善，产业分工细化。国外门禁系统的著名品牌有美国的HID公司、WSE公司、NTK公司，以色列的DDS、英国的集宝等品牌。正是因为形成产业化，也是由于各个公司的竞争白热化，使门禁系统利润不断降低，产品价格不断下降。因为市场的不断完善和技术革新，人们可以通过从不同公司采购门禁系统各种部分设备，再自己进行系统集成就可以完成整个系统。从现在世界门禁系统的前端输入设备的技术及发展方向来看，虽然磁卡和接触式IC卡读卡器在门禁系统的应用中还占有一部分市场，但从发展趋势上看，除宾馆锁外，磁卡和接触式IC卡读卡器已在渐渐地退出门禁系统市场[6][7]。??
国外在非接触式IC卡方面的开发使用也只是近年才开始。非接触式IC卡和读卡器的核心技艺被欧洲、美国和部分亚洲国家所掌控，但能够大批量生产非接触式IC卡和读卡器的厂家只是很小的一部分：以美国为首，德国、英国次之，日本、台湾、新加坡在同一水平。现在全球范围内非接触式IC卡最主要的技术是Philips公司的Mifare技术，它己经被建立为国际标准ISO/IEC14443?Type?A标准。欧洲一部分IC卡和读卡器生产商绝大多数都是以Mifare技术为标准来拓展IC卡行业[7]。
Philips最近又推出一种新型Mifare卡,即Mifareultralight非接触式IC卡，简称为MFOICUl,有512字节E2PROM,专用于车票系统。MFO卡最大的优点是信息交换时间只有31.4ms，与其它的Mifare卡相比MFO卡信息交换时间要短很多。除此之外还有一种MF3ICD40卡，防撕扯，按文件操作，有更为成熟的密码机制，波特率高达106424Kbps等28种特点[8]。?
Temic非接触式IC卡的E5550芯片是由ATMEL公司制作的一种身份识别芯片，卡片频率为125KHz，是一种低频无源卡。它的识别范围为5-l0cm，它的读写芯片为U2270B，在动物识别、考勤等方面这个芯片受到了广泛的关注。瑞士EM公司生产的H4001非接触IC卡，同样也是采用了125KHz射频频率，也是一种低频无源卡。由美国德州仪器公司（TI公司）生产的一种ID卡内部有8字节（64位）ID号码，也是一种低频只读卡，在门禁考勤系统中已经被广泛使用[9]。
著名的门禁系统生产厂商西屋（Westinghouse Electric Corporation）设计制造产品的根本原则是“稳定”；西屋的稳定在全球600000套系统的长期无故障运行得以证明，并在行业内得到高度肯定，成为大系统及重要领域应用的首选品牌[10]。
1.2.2．国内研究现状
在亚洲门禁系统处于成长期，而中国门禁系统处于初始阶段[11]。1994年中国引入射频识别技术，开启了中国射频识别技术应用的新纪元。在国内，其应用领域越来越广，涉及到交通、商场、银行、物流等各多个领域。
在中国吉利、捷顺、北京青云等公司都是从事门禁系统的开发和应用。在技术方面，现在中国也有很多厂商，想要仿制国外优秀的门禁系统，但欧洲、美国和部分亚洲国家控制了核心技艺，而且只有美国、德国、英国才存在能大量制造的厂商。虽然在中国已然开始实施“金卡工程”，并且在非接触式IC卡的技术上着重研究，但是基于RFID的智能门禁系统的应用在国内还处于发展状态，所以对RFID技术在门禁系统方面应用的理论及实际可行性及实用性进行开发是重中之重?[12]。
在中国绝大多数生产商对智能门禁系统的研究、制作处于初始时期。在设计天线时不是参照外国厂商的资料，就是通过实验对天线的参数进行修改，从而得到较好的效果，很少把这部分研究上升到理论的高度[13]。
1.3 本文主要研究内容
在日常工作中，基层人员常向寻找领导办理各种手续（如签字，汇报工作等）。但由于领导工作较忙（如开会，出差等），在办公室的时间（即在线时间）较为灵活。因此常造成找人难，签字难等现象，降低了机关系统的办事效率。本毕业设计从RFID角度出发，通过对领导办公室门禁系统的设计获取领导在线信息，缓解招人难、签字难的现象，提高机关系统的办事效率。设计的状态转换函数可以让ID卡持有者方便的对所设状态进行改变。友好的人机界面可以让使用者方便、快捷地进行操作。此外，与上位机通信的实现，让此系统有了进一步拓展的可能性。
第2章 基于RFID技术的领导在线系统理论基础
2.1?射频识别技术概述?
2.1.1?射频识别技术??
无线射频识别技术即Radio?Frequency?Identification简称RFID，或者称为射频识别技术、射频标签、电子标签，是一种非接触式自动识别技术，此技术从20世纪90年代开始兴盛[14]。它通过空间耦合(交变磁场或电磁场)使无线电信号实现无接触式信息传递并通过所传递的信息达到识别目的，识别工作无须人工干预。无线射频识别通常被称为电子芯片或感应式电子晶片，近接卡，感应卡，非接触卡等等，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。。??射频识别技术起源于无线通信技术，与现代计算机智能控制、智能识别等现代科技相融合，在电子商务、运输、物流管理受到了广泛的关注，其发展前景被人们所看好，是现在最受瞩目的一种技术。RFID技术具有无需接触、能自动完成识别、难损坏、能够识别高速运动物体、数据存储量大等优点，极大地加快了信息的收集和处理，在近年来发展极其迅猛[15]。
?RFID系统由应用不同所以其构成会有所不同，但一般来说都由电子标签（Tag）、读卡器（Reader）和数据交换与管理系统（Processor）这三大部分组成[16]。其原理为用无线电波发射器转发特定的频率给转发器，驱动转发器电路将其中的ID?码送出来，这个时候读卡器就可以接收到ID码。尤其是因为应答器没有电池、免接触，免刷卡所以其寿命长，不易损坏，不易脏污，并且由于芯片密码在世界上是唯一的，无法复制，因而其安全性高。
2.1.2?射频识别系统的典型结构?
???图2.1RFID系统典型结构图?
应答器（Tag）、读写器（Read?and?Write?Device）以及计算机系统等构成了典型的RFID系统（如图2.1所示）。无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等构成了读写器。应答器也可以被称为电子标签、射频标签、数据载体，它既可以存储信息又可以对信息进行加密，应答器是RFID系统的核心。在读写器感应距离之内，电子标签有源可以工作，但是在读写器的感应距离之外，电子标签无源无法运行。如果应答器是无源系统，也就是说应答器中没有电池，读写器发出的射频脉冲供给应答器工作能量[17]。如果应答器是有源系统，即应答器中有电池，那么电池将决定应答器运行所需能量和寿命。
2.1.3工作原理
读出装置，扫描器、通讯器、读写器都是阅读器的其他称谓。电子标签与阅读器之间通过耦合元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。当射频卡进入读卡器接受范围后，如果接收到读卡器发出的射频信号，就能凭借产生的感应电流所获得的能量发送出存储在卡片中的信息，通过读卡器的处理，将信息送至信息管理系统进行有关数据处理[18]。
摘 要
RFID技术是一种无线通信技术，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，而通过空间耦合（电磁感应或电磁传播）的方式来实现信息传递与识别。随着智能化和人性化的深入，越来越多的行业开始使用射频识别技术。
在日常工作中，基层人员常向寻找领导办理各种手续（如签字，汇报工作等）。但由于领导工作较忙（如开会，出差等），在办公室的时间（即在线时间）较为灵活。因此常造成找人难，签字难等现象，降低了机关系统的办事效率。本毕业设计从RFID角度出发，通过对领导办公室系统的设计获取领导在线的信息，主要从事下位机系统的设计和开发。
在调查研究实际需求的基础上，我们设计了具体的领导在线系统方案。在本文中，领导在线系统以嵌入式系统为基础，利用RFID技术进行细节呈现。设计的验证系统可以正确识别ID卡所登记的权限。状态转换的设计可以让ID卡持有者方便的对所设状态进行改变。与上位机通信的实现，让本系统有了进一步拓展的可能性。此外，友好的人机界面可以让使用者方便、快捷地进行操作。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:领导在线系统；射频识别；串口通信
目 录
摘 要 I
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究发展现状 1
1.3 本文主要研究内容 3
第2章 基于RFID技术的领导在线系统理论基础 4
2.1射频识别技术概述? 4
2.2射频卡 6
2.3 RFID天线? 8
第3章?基于射频识别的领导在线系统设计? 11
3.1系统总体方案设计? 11
3.2 SPC061A单片机 12
3.3 硬件电路 14
3.4读卡过程的实现 18
第4章?基于射频识别的领导在线系统软件设计 19
4.1系统软件分析与设计? 19
4.2软件集成开发环境μ’nSP IDE 20
4.3 程序模块 21
4.4 系统实现 24
第五章 总结与展望 27
5.1 总结 27
5.2 展望 27
谢?辞? 28
参考文献 29
附录一 英文文献 31
附录二 文献翻译 39
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
RFID技术是一种无线通信技术，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，而通过空间耦合（电磁感应或电磁传播）的方式来实现信息传递与识别，识别工作不需要人为干涉，与此相似的是条形码，但RFID技术比条形码有更多的优点比如：防水、防磁、寿命长、耐高温、存储容量更大、数据可加密、识别距离更广、信息能随意修改等。
RFID技术最早在1940年出现，雷达的改进和应用加快了RFID技术的成熟，1948年RFID技术的理论基础开始成形。1980年，RFID技术在技术快速发展阶段，出现了一些早期的RFID应用。近年来，无源RFID技术已经应用到我们的日常生活中，如非接触式IC卡管理系统，非自动停止高速公路收费系统，识别门禁系统等。
在日常工作中，基层人员常向寻找领导办理各种手续（如签字，汇报工作等）。但由于领导工作较忙（如开会，出差等），在办公室的时间（即在线时间）较为灵活。因此常造成找人难，签字难等现象，降低了机关系统的办事效率。本毕业设计从RFID角度出发，通过对领导办公室系统的设计获取领导在线的信息，能够方便，快捷的让基层人员获取领导办公室的状态，从而提高机关系统的办事效率。
1.2 国内外研究发展现状
在全世界中，美国已经在制定射频识别技术标准、研究软件和硬件技术、及应用方面名列前茅；欧洲射频识别技术标准紧追美国提出的EPC global标准，在封闭系统应用领域，欧洲与美国基本处在同一水平；日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的都是本国厂商的支持，要想成为国际标准还有很长的路要走；在韩国政府给予了射频识别技术高度重视，但至今韩国在RFID标准上仍模糊不清；中国目前也存在RFID标准的模糊不清[1][2][3][4]。生物识别虽然安全性上也许更高些，但其价格的高昂阻碍了它走入人们的日常生活。在非接触式IC卡门禁系统销售额中，卡片和读卡器占了销售额的3成以上，飞利浦的Mifare卡是目前中国门禁系统市场上最主要的商品[5]。
1.2.1．国外研究现状?
现在，美国和欧洲的门禁系统市场正越来越完善，产业分工细化。国外门禁系统的著名品牌有美国的HID公司、WSE公司、NTK公司，以色列的DDS、英国的集宝等品牌。正是因为形成产业化，也是由于各个公司的竞争白热化，使门禁系统利润不断降低，产品价格不断下降。因为市场的不断完善和技术革新，人们可以通过从不同公司采购门禁系统各种部分设备，再自己进行系统集成就可以完成整个系统。从现在世界门禁系统的前端输入设备的技术及发展方向来看，虽然磁卡和接触式IC卡读卡器在门禁系统的应用中还占有一部分市场，但从发展趋势上看，除宾馆锁外，磁卡和接触式IC卡读卡器已在渐渐地退出门禁系统市场[6][7]。??
国外在非接触式IC卡方面的开发使用也只是近年才开始。非接触式IC卡和读卡器的核心技艺被欧洲、美国和部分亚洲国家所掌控，但能够大批量生产非接触式IC卡和读卡器的厂家只是很小的一部分：以美国为首，德国、英国次之，日本、台湾、新加坡在同一水平。现在全球范围内非接触式IC卡最主要的技术是Philips公司的Mifare技术，它己经被建立为国际标准ISO/IEC14443?Type?A标准。欧洲一部分IC卡和读卡器生产商绝大多数都是以Mifare技术为标准来拓展IC卡行业[7]。
Philips最近又推出一种新型Mifare卡,即Mifareultralight非接触式IC卡，简称为MFOICUl,有512字节E2PROM,专用于车票系统。MFO卡最大的优点是信息交换时间只有31.4ms，与其它的Mifare卡相比MFO卡信息交换时间要短很多。除此之外还有一种MF3ICD40卡，防撕扯，按文件操作，有更为成熟的密码机制，波特率高达106424Kbps等28种特点[8]。?
Temic非接触式IC卡的E5550芯片是由ATMEL公司制作的一种身份识别芯片，卡片频率为125KHz，是一种低频无源卡。它的识别范围为5-l0cm，它的读写芯片为U2270B，在动物识别、考勤等方面这个芯片受到了广泛的关注。瑞士EM公司生产的H4001非接触IC卡，同样也是采用了125KHz射频频率，也是一种低频无源卡。由美国德州仪器公司（TI公司）生产的一种ID卡内部有8字节（64位）ID号码，也是一种低频只读卡，在门禁考勤系统中已经被广泛使用[9]。
著名的门禁系统生产厂商西屋（Westinghouse Electric Corporation）设计制造产品的根本原则是“稳定”；西屋的稳定在全球600000套系统的长期无故障运行得以证明，并在行业内得到高度肯定，成为大系统及重要领域应用的首选品牌[10]。
1.2.2．国内研究现状
在亚洲门禁系统处于成长期，而中国门禁系统处于初始阶段[11]。1994年中国引入射频识别技术，开启了中国射频识别技术应用的新纪元。在国内，其应用领域越来越广，涉及到交通、商场、银行、物流等各多个领域。
在中国吉利、捷顺、北京青云等公司都是从事门禁系统的开发和应用。在技术方面，现在中国也有很多厂商，想要仿制国外优秀的门禁系统，但欧洲、美国和部分亚洲国家控制了核心技艺，而且只有美国、德国、英国才存在能大量制造的厂商。虽然在中国已然开始实施“金卡工程”，并且在非接触式IC卡的技术上着重研究，但是基于RFID的智能门禁系统的应用在国内还处于发展状态，所以对RFID技术在门禁系统方面应用的理论及实际可行性及实用性进行开发是重中之重?[12]。
在中国绝大多数生产商对智能门禁系统的研究、制作处于初始时期。在设计天线时不是参照外国厂商的资料，就是通过实验对天线的参数进行修改，从而得到较好的效果，很少把这部分研究上升到理论的高度[13]。
1.3 本文主要研究内容
在日常工作中，基层人员常向寻找领导办理各种手续（如签字，汇报工作等）。但由于领导工作较忙（如开会，出差等），在办公室的时间（即在线时间）较为灵活。因此常造成找人难，签字难等现象，降低了机关系统的办事效率。本毕业设计从RFID角度出发，通过对领导办公室门禁系统的设计获取领导在线信息，缓解招人难、签字难的现象，提高机关系统的办事效率。设计的状态转换函数可以让ID卡持有者方便的对所设状态进行改变。友好的人机界面可以让使用者方便、快捷地进行操作。此外，与上位机通信的实现，让此系统有了进一步拓展的可能性。
第2章 基于RFID技术的领导在线系统理论基础
2.1?射频识别技术概述?
2.1.1?射频识别技术??
无线射频识别技术即Radio?Frequency?Identification简称RFID，或者称为射频识别技术、射频标签、电子标签，是一种非接触式自动识别技术，此技术从20世纪90年代开始兴盛[14]。它通过空间耦合(交变磁场或电磁场)使无线电信号实现无接触式信息传递并通过所传递的信息达到识别目的，识别工作无须人工干预。无线射频识别通常被称为电子芯片或感应式电子晶片，近接卡，感应卡，非接触卡等等，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。。??射频识别技术起源于无线通信技术，与现代计算机智能控制、智能识别等现代科技相融合，在电子商务、运输、物流管理受到了广泛的关注，其发展前景被人们所看好，是现在最受瞩目的一种技术。RFID技术具有无需接触、能自动完成识别、难损坏、能够识别高速运动物体、数据存储量大等优点，极大地加快了信息的收集和处理，在近年来发展极其迅猛[15]。
?RFID系统由应用不同所以其构成会有所不同，但一般来说都由电子标签（Tag）、读卡器（Reader）和数据交换与管理系统（Processor）这三大部分组成[16]。其原理为用无线电波发射器转发特定的频率给转发器，驱动转发器电路将其中的ID?码送出来，这个时候读卡器就可以接收到ID码。尤其是因为应答器没有电池、免接触，免刷卡所以其寿命长，不易损坏，不易脏污，并且由于芯片密码在世界上是唯一的，无法复制，因而其安全性高。
2.1.2?射频识别系统的典型结构?
???图2.1RFID系统典型结构图?
应答器（Tag）、读写器（Read?and?Write?Device）以及计算机系统等构成了典型的RFID系统（如图2.1所示）。无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等构成了读写器。应答器也可以被称为电子标签、射频标签、数据载体，它既可以存储信息又可以对信息进行加密，应答器是RFID系统的核心。在读写器感应距离之内，电子标签有源可以工作，但是在读写器的感应距离之外，电子标签无源无法运行。如果应答器是无源系统，也就是说应答器中没有电池，读写器发出的射频脉冲供给应答器工作能量[17]。如果应答器是有源系统，即应答器中有电池，那么电池将决定应答器运行所需能量和寿命。
2.1.3工作原理
读出装置，扫描器、通讯器、读写器都是阅读器的其他称谓。电子标签与阅读器之间通过耦合元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。当射频卡进入读卡器接受范围后，如果接收到读卡器发出的射频信号，就能凭借产生的感应电流所获得的能量发送出存储在卡片中的信息，通过读卡器的处理，将信息送至信息管理系统进行有关数据处理[18]。
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