UHF频段RFID标签天线的设计_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
评价文档：
&&¥2.00
&&¥3.00
&&¥2.00
&&¥1.00
&&¥3.00
喜欢此文档的还喜欢
UHF频段RFID标签天线的设计
U​H​F​频​段​R​F​I​D​标​签​天​线​的​设​计
阅读已结束，如果下载本文需要使用
想免费下载本文？
把文档贴到Blog、BBS或个人站等：
普通尺寸(450*500pix)
较大尺寸(630*500pix)
你可能喜欢基于MF RC500的RFID读写器的设计_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
评价文档：
&&¥2.00
&&¥2.00
&&¥3.00
&&¥2.00
&&¥1.00
喜欢此文档的还喜欢
基于MF RC500的RFID读写器的设计
基​于​M​F​ ​R​C0的​R​F​I​D​读​写​器​的​设​计
阅读已结束，如果下载本文需要使用
想免费下载本文？
把文档贴到Blog、BBS或个人站等：
普通尺寸(450*500pix)
较大尺寸(630*500pix)
你可能喜欢采用RFID技术的智能门禁系统设计_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
评价文档：
&&¥1.00
&&¥0.50
&&¥0.50
&&¥1.00
喜欢此文档的还喜欢
采用RFID技术的智能门禁系统设计
采​用​R​F​I​D​技​术​的​智​能​门​禁​系​统​设​计
阅读已结束，如果下载本文需要使用
想免费下载本文？
把文档贴到Blog、BBS或个人站等：
普通尺寸(450*500pix)
较大尺寸(630*500pix)
你可能喜欢RFID读写器的设计与实现_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
评价文档：
&&¥2.00
喜欢此文档的还喜欢
RFID读写器的设计与实现
R​F​I​D​读​写​器​的​设​计​与​实​现
阅读已结束，如果下载本文需要使用
想免费下载本文？
把文档贴到Blog、BBS或个人站等：
普通尺寸(450*500pix)
较大尺寸(630*500pix)
你可能喜欢ANYANG INSTITUTEOF TECHNOLOGY本科毕业论文基于 RFID 技术的图书信息采集系统设计Design Of Information Collection Of Boo
k Based on RFID Technology系(院)名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称：计算机科学与信息工程系 05 计算机科学与技术(嵌入式) 剡飞龙 常国权 讲师（硕士）2009 年 5目录第 1 章 概述......................................................... 1 1.1 课题研究背景与意义 ............................................ 1 1.2 嵌入式系统的发展现状 .......................................... 3 1.3 国内外 RFID 技术的发展现状 ..................................... 3 1.4 课题的主要工作内容 ............................................ 4 第2章 RFID 技术及应用概述 ......................................... 52.1 概述 .......................................................... 5.......................................... 2.1.1 RFID 系统的构成 .......................................... 5 .................................. 2.1.2 RFID 技术的基本工作原理 .................................. 52.2 MIFARE ONE 非接触式电子标签 ..................................... 62.2.1 Mifare One 电子标签的工作原理 ............................ 6 2.2.2 Mifare One 电子标签的存储结构 ............................ 72.3 RFID 技术在图书馆的应用 ....................................... 8 第 3 章 图书馆信息采集系统硬件设计.................................. 10 3.1STC11F32XE 微控制器 ........................................... 10 3.2 图书信息采集系统的总体硬件设计 ............................... 113.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4................................... UART 串口通信接口设计 ................................... 11 ........................................... LCD 液晶扩展 ........................................... 12 .............................................. 存储器扩展 .............................................. 13 ............................................ 其他接口设计 ............................................ 133.3 STC11F32XE 和 MFRC500 接口设计 ................................ 14.................................. 3.3.1 MFRC500 芯片的功能结构 .................................. 14 3.3.2 MFRC500 芯片主要引脚简介 ................................ 15 芯片接口设计 3.3.3 STC11F32XE 和 MFRC500 芯片接口设计 ....................... 16第四章 图书馆信息采集系统的下位机软件设计......................... 18 4.1 图书采集系统和 PC 机通信帧格式的设计 ......................... 19读写模块的设计、 4.2 MFRC500 读写模块的设计、实现与调试 ......................... 20 ........................................ 4.3 MFRC500 读写模块设计 ........................................ 22第五章 软硬件测试.................................................. 25 5.1 测试环境 ..................................................... 25 5.2 编写测试用例并测试 ........................................... 25 第六章 结论........................................................ 34 致 谢 ............................................................ 35参考文献........................................................... 36基于 RFID 技术的图书管理信息采系统设计专业班级：05 计算机科学与技术 指导教师： 常国权 学生姓名：剡飞龙 职称：讲师（硕士）摘要 目前,在我国的图书管理工作中,[主要应用条码识别技术,它具有成本低、操作简单的特点,但也存在局限性,如必须人工借助读写设备进行数据的采集,常 因条码、阅读器质量发生误读和拒读等问题,影响了借阅效率和服务质量。射频 识别(即 Radio Frequency Identification,以下简称技术是 RFID)是一项利用射 频信号通过空间耦合交变磁场或电磁场实现无接触信息传递并通过所传递的信 息达到识别目标的技术。它将特殊的信息编码写入电子标签,标签被粘贴在需要 识别的产品或器件上，写入时间比打印条码少；标签的内容可以动态改变；能够 同时处理多个标签；标签的数据存取有密码保护,安全性更高。无需重新制作新 的标签，可重复使用。 本课题设计了一种基于无线射频识别技术的图书馆信息采集系统。 在此设计 中采用无线射频识别技术（RFID 技术）代替传统图书管理系统使用的条形码+ 磁条技术，使得非接触的图书信息采集更加快速、准确。采用 RFID 技术的图书 馆可以对批量借阅或还回的图书进行处理，可以实现瞬间、非接触完成。由于 RFID 提供的信息容量大，使用密码技术进行数据交换和可读写，同时具备了条 码和磁条技术要求，无须再使用磁条技术，使图书流通更加方便、快捷、安全。 嵌入式 RFID 图书管理系统可以大大提高图书馆管理的效率。 首先本课题对 RFID 技术原理做了详细的概述，在此基础上论述了图书馆信 息采集系统硬件平台的搭建。 其次本课题在硬件平台上扩展了 LCD 进行信息显示，FLASH 用于存储 ASCII 码和汉字字库文件，MFRC500 用于射频识别等硬件电路，并最终搭建起 了系统的硬件平台。 最后本课题参照 MFRC500 和 STC11F32XE 提供的数据手册， 对下位机软件 进行设计分析和编码，以实现微控制器对射频识别芯片的各种操作进行控制。关键词 嵌入式系统 STC11F32XE射频识别RS232MFRC500LCDDesign Of Information Collection Of Book With RFID TechnologyAbstract Presently,the management of China's books, the main application of bar codeidentification technology, it has a low cost, easy to operate features, but there are also limitations, such as the equipment must be manually read and write data through the collection, due to bar code , the quality of reader misreading occurred and refused to read and so on, affect the efficiency and service quality to borrow. Radio Frequency Identification (ie, Radio Frequency Identification, hereinafter referred to as technology is RFID) is a radio frequency signal through the use of space coupled alternating magnetic field or electromagnetic fields to achieve non-contact transmission of information through the message to reach target identification technologies. Special information will be encoded into the RFID label has been pasted in the need to identify the product or device, the write time les survival data label password-protected access, higher security. No need to re-create a new label, can be reused. The design of the subject of a radio frequency identification technology-based library information collection system. to replace the traditional library management system using bar code + magnetic stripe technology, the book makes non-contact information collection more quickly and accurately. The use of RFID technology in the library can borrow or return bulk of the books to deal with, you can achieve an instant, non-contact complete. Embedded RFID library management system can greatly enhance the efficiency of library management. First of all the topics on the principles of RFID technology has done a detailed overview, based on this information collection on the library system to build the hardware platform. Secondly, the issue in the hardware platform for the expansion of the LCD information display, FLASH is used to store Chinese characters ASCII code and documentation, MFRC500 for hardware such as radio frequency identification circuit, and eventually build a hardware platform of the system. Finally, with reference to the subject and MFRC500 data provided by STC11F32XE manual, the next-bit software for design analysis and encoding, in order to achieve micro-controller of radio frequency identification chips to control the various operations.Key words Embedded systemSTC11F32XERFID RS232MFRC500LCD引 言RFID 技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号对静止或移动着的多个 目标自动识别，并高效地获取目标信息数据，通过与互联网技术进一步结合还可以实现全 球范围内的目标跟踪与信息共享。识别工作无需人工干预，操作快捷方便，可在各种恶劣 环境下工作。作为条形码的无线版本，RFID 技术具有条形码所不具备的非接触、阅读速 度快、无磨损、不受环境影响、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、具有防冲突功能、能够同时处理 多张卡片等优点[1]。 嵌入式系统不同于一般的 PC 系统，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，具 有体积小、性价比高、软件代码小、响应速度快等特点，嵌入式技术已被广泛应用于工业 控制、信息家电、交通管理、农业、商业、服务业等各行业，已成为现代电子产品设计的 一大领域和方向。 在本课题设计中采用 RFID 技术代替传统图书信息采集系统中使用的条形码或磁条技 术，把 RFID 技术和嵌入式技术结合起来应用于图书馆信息采集领域是当代数字图书馆的 发展趋势，这种技术大大加速了图书流通处理的速度。由于 RFID 读写器通过非接触式的 无线电波采集图书信息，从而使得非接触式的图书信息采集更加快速、准确。而且 RFID 读写器可以同时读取多个 RFID 标签，这就意味着在进行借入或者借出处理过程中几本书 籍可以同时处理，读者查找、归还和借出图书或多媒体资料就更快捷、准确、方便。第 1 章 概述射频识别（Radio Frequency Identification，简称 RFID）技术是自动识别技术 的延伸和发展， 由于射频识别技术有许多优点， 因而已被广泛应用于工业自动化、 商业自动化、交通运输管理、货物流通、公共交通、门禁安防、产品防伪等众多 领域[2]。RFID 技术利用无线电或雷达技术在阅读器和电子标签之间进行非接触 双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。近年来，这种技术在许多领 域都得到了快速的普及和推广应用。 RFID 技术就图书馆市场来说， RFID 所具备的独特优势是其他识别技术无法 比拟的，RFID 可以让图书馆实现真正的智能化管理，通过 RFID 技术可以为读 者提供简捷迅速的自助式服务， 提高图书管理员的工作效率， 为图书馆节省人力， 为读者提供安全的环境。可以说 RFID 系统是图书馆管理系统的发展趋势。1.1 课题研究背景与意义传统的图书信息采集系统使用的是条形码和磁条技术， 借书服务需要读者把 借书证和书递给工作人员，工作人员一本本翻开，将条码扫描器对准条码扫描， 然后进行消磁，最后再还给读者，速度慢、效率低、容易疲劳。而 RFID 则无需 类似的步骤， 只要读者把证和书放在出纳台的指定区域内即可立刻完成借书和防 盗安全位失活任务， 书和书之间可以随意叠放， 只有碰到赔书、 罚款等特殊情况， 才需要工作人员干预，同样还书的过程也相应简化。这样就使得流通工作的速度 大大加快，同时减轻了工作人员的工作压力和劳动强度[4]。另外，自助借书也变 得更加方便，并且没有有害的激光，特别适宜儿童的使用。图书归还后，工作人 员首先要进行手工分类，将不同馆址书库的书放在不同的地方，再分别上架。由 于 RFID 阅读器对于被读取的标签没有位置、方向上的严格要求，而 RFID 标签 又可记录馆藏地点等信息，这使得自动分类设备的使用成为可能，只要把书放在 传送带上通过一个 RFID 阅读器，自动分类设备即可根据标签中的有关信息把不 同地点位置的书分发到不同的位置， 这就大大方便了上架， 加快了图书流通速度。 RFID 还有助于图书馆的安全防范。常规磁条只能报警，而 RFID 不但能够 报警，还可以立即在屏幕上显示被盗书刊的有关信息，如果此人带着 RFID 借书1证的话，其个人情况也将一并反映在 LCD 上[5]。 由于 RFID 大大提高了工作效率，减少了许多重复的手工劳动，从而节约了 大量的人力，将使图书馆中占大多数的从事传统服务的图书馆员告别长期简单、 繁琐的低层次的工作方式， 使得他们可以投入到更深层次的咨询等读者服务工作 中去，这将从整体上改善图书馆的形象并提高服务质量。 从以上所述，将 RFID 图书管理系统的图书流通及安全处理方式与传统图书 管理系统对比如表 1-1 所示： 表 1-1 图书流通及安全处理方式比较处理方式 读取登录号 借书后处理 还书后处理 自动借书功能 自动还书功能 馆外还书 盘点功能 防盗功能 条码+磁条 找到条码读取 需要消磁处理 需要上磁处理 不能处理磁性媒体 需读者手动操作 不可行 每一本都需读取条码 电磁波侦测门，不稳定 RFID（读/写） 在机器上可读取 机器上自动写入已外借 机器上自动写入已归还 能处理所有馆藏 可自动处理所有馆藏 可行 书架上横移阅读器读取 射频识别，较稳定本课题正是基于这种背景提出来的，选用 STC11F32XE 为核心微处理器，在 其外围扩展了 LCD、Flash、MFRC500 等硬件电路，并扩展了字库能够显示 ASCII 字符和汉字。可以通过串行口发送采集的图书信息到上位机软件进行借入，借出 管理操作。 嵌入式 RFID 图书管理系统加速了流通处理的速度。RFID 标签通过非接触 方式采集信息，这样就简化了资源的处理手续，加速了工作处理，使得流通变得 更加快速， 简单和准确， 处理过程高度自动化。 RFID 阅读器可同时读取多个 RFID 标签。这就加速了流通业务的过程，就意味着在进行借入或者借出处理过程中几 本书籍可以同时处理，读者归还和借出图书或多媒体资料更方便、快捷。读者智 能自动借还书和柜台借还书相结合。读者可以通过自助借阅工作站，在系统提示 和帮助下自行完成书籍的借出操作，也可以来到前台，由工作人员通过流通工作 站完成书籍的借出操作。同时，通过智能还书口和自动分拣系统的配合，读者可2以随时很方便地从还书口归还书籍。1.2 嵌入式系统的发展现状嵌入式技术是将先进的计算机技术、 半导体技术和电子技术和各个行业的具 体应用相结合后的产物。随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式技术广泛 应用于工业控制、信息家电、交通管理、农业、商业、服务业等各行业，已成为 现代电子产品设计的一大领域和方向。同时在计算机领域里面，微型化和专业化 成为了发展的新趋势，同样也需要嵌入式系统的支持。因此，研究嵌入式系统有 着相当重要的理论和实际意义。1.3 国内外 RFID 技术的发展现状RFID 是 Radio Frequency Identification 的缩写，即射频识别，是非接触式自 动识别技术的一种。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工 作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可 同时识别多个标签，操作快捷方便。完整的 RFID 系统由电子标签（Tag）和射 频信号读写器（Reader）以及后台应用系统所构成。而电子标签由微型半导体芯 片及印刷天线组成。它可以存储需要识别传输的信息，并具有智能读写及加密通 信的能力。根据最终使用环境的要求，可以做成薄如纸张的标签方式，亦可以 “卡” 、筹码等多种形式出现。当标签进入磁场区域后，接收到读写器发出的信 号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的标签信息；读写器读取信 息并译码后，送至中央信息系统进行有关的处理，但在实际应用中需要其它的软 硬件支持[8]。 RFID 技术主要应用在车辆的自动识别、 高速公路收费及智能交通系统(ITS)、 门禁控制，电子钱包、电子票证、货物跟踪、动物跟踪及管理、容器识别等方面， 不胜枚举。RFID 产品种类也很多，像 TI、Motorola、Philips、Microchip 等世界 著名厂家都生产 RFID 产品，并且各有特点，自成系列。RFID 已被广泛应用于 工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，例如汽车或火车等的 交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系 统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等。随着成本的下降和标准化的3实施，RFID 技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趋势。 在可以预见的时间内，RFID 标签将得到高速发展。目前，RFID 标签和条形 码适用于不同的场合，条形码适合售价极低的商品，而 RFID 适合于价格较高或 多目标同时识别的场合环境。当 RFID 标签的价格进一步降低后，RFID 标签将 是条形码的最终替代者。1.4 课题的主要工作内容本课题是基于 STC11F32XE 和 RFID 技术的研究和应用， 以安阳工学院图书 馆信息采集系统为实际开发背景，在分析软、硬件设计相关理论和实现的相关技 术基础上，对现行图书馆信息采集系统进行了详细的分析。根据分析结果对系统 的硬件结构、软件结构进行了详细设计，最终对采集系统进行了实现，对系统调 试过程和测试做了说明，并对系统的实施及运行情况进行了评价。 本文的主要内容分为六章，各章主要内容如下： 第一章对课题研究背景与意义、国内外 RFID 技术的发展现状、嵌入式系统 的发展现状以及 RFID 技术在图书馆应用现状做了详细概述。 第二章介绍了 RFID 技术原理、RFID 电子标签的原理结构概述。 第三章详细介绍图书馆信息采集系统的硬件设计过程。 第四章详细介绍图书馆信息采集系统的下位机软件设计。 第五章通过串口调试助手进行软硬件测试。 第六章对全文工作进行了总结。4第2章2.1 概述RFID 技术及应用概述RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，可识别高速运动物体并可 同时识别多个标签，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工 作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。早期应用于军方武器和后勤管理上， 后来逐步民用。主要特点是：读取速度快，可批量读取数据；穿透性强，可隔障 识别；标签具有体积小、容量大、寿命长、可加密的特点。 2.1.1 RFID 系统的构成 射频识别系统通常由电子标签（E-Tag） 、读写器（Reader） 、天线（Antenna） 三部分组成。(1)电子标签。电子标签存储着需要被识别物品的相关信息，通常 被放置在需要识别的物品上， 它所存储的信息通常可被射频读写器通过非接触方 式读写获取。 凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息的标签 叫无源标签或被动标签(Passive Tag)，可以主动发送某一频率信号的标签叫有源 标签或主动标签(Active Tag)。(2)读写器。读写器是可以利用射频技术读写电子 标签信息的设备。 读写器读出的标签信息可以通过计算机以及网络系统进行管理 和传输。(3)天线。天线是 RFID 系统接收和发送能量的重要部分。 2.1.2 RFID 技术的基本工作原理 RFID 系统的工作原理如下：读写器将要发送的信息，经编码后加载在某一 频率的载波信号上经天线向外定向发送，当电子标签（又叫应答器）进入读写器 的有效工作区域时，接收到由读写器发送的电磁波，并将其转换、整流为电能，5图 2－1 RFID 的基本工作原理图储存到自身携带的电容中，然后无源电子标签利用已储存的电能作为能量，对读 写器发来的信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判 断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调 制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解 密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻 辑引起的内部电荷泵提升工作电压，对 EEPROM 中的内容进行改写，若经判断 其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。2.2 Mifare One 非接触式电子标签本课题用的非接触式电子标签是 PHILIPS 公司的 Mifare One 射频标签，当 然，针对不同的应用系统，可以由电子标签生产厂家具体生产定制。 2.2.1 Mifare One 电子标签的工作原理 电子标签的工作原理基本上和读写模块的工作原理基本相似， 只不过它是一 个高度集成的芯片，体积很小，而且电子标签内没有电源。电子标签通过内部的 在电磁波的激励下， 一个 LC 串联谐振电路接收读写器发来的固定频率的电磁波， 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 2V 时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将电子标签内数据发 射出去或接收读写器发送的数据[14]。62.2.2 Mifare One 电子标签的存储结构 当今世界上非接触式 IC 智能电子标签中的主流主要为 PHILIPS 公司的 Mifare 技术， 已经被制定为国际标准： ISO/IEC 14443 TYPE A 标准[6]。 Mifare One IC 电子标签采用先进的芯片制造工艺制作，内建有高速的 CMOS EEPROM，MCU 等。 电子标签上除了 IC 微晶片及一副高效率天线外，无任何其他元件。电子标签上 无源（无任何电池） ，工作时的电源能量由读写器发送无线电载波信号耦合到电 子标签天线上而产生电能，供电子标签上 IC 工作，工作频率 13.56MHz。电子标 签标准操作距离为 100mm， 与标签读写器的通信速率高达 106Kb/s。 Mifare One IC 电子标签上具有先进的数据通信加密并双向验证密码系统；且具有防重叠功能。 电子标签制造时具有唯一的标签序列号。电子标签上还内建有增值/减值的专项 的数学运算电路，典型的通信交易时间最长不超过 100ms（包括标签的认证，扇 区的读写操作） 。电子标签上的数据读写可超过 10 万次以上；数据保存期可达 10 年以上，且电子标签抗静电保护能力达 2KV 以上[7]。 Mifare One 电子标签上内建 1KB EEPROM 存储器，分为 16 个扇区，每个扇 区由 4 块组成，每块 16 个字节，每个扇区可由多种方式的密码管理，可以将 16 个扇区的 64 个块按绝对地址编号为 0～63。 第 0 扇区的块 0（即绝对地址 0 块） ，它用于存放卡序列号和厂商代码，已 经固化，不可更改。每个扇区的块 0、块 1、块 2 为数据块，可用于存贮数据。 每个扇区的块 3 为控制块，包括了密码 A、存取控制、密码 B。每个扇区的密码 和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存取控 制为 4 个字节，共 32 位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件 是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位， 三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制的字节中， 三个控制位决定了该块 的访问权限[8]。 电子标签中的其他扇区由于有其各自的密码， 因此不能对其进行进一步的操 作，如想对其他扇区进行操作，必须完成各自的密码认证过程。认证过程中的任 何一环出现差错，整个认证将告失败，必须从新开始。如果事先不知电子标签上 的密码，则由于密码的变化可以极其复杂，因此靠猜测密码而想打开电子标签上[9] 的一个扇区的可能性几乎为零。 如果遗忘某一扇区的密码，将使该扇区中的数7据不能读写，没有任何办法可以挽救这种低级错误。但是，电子标签上的其他扇 区可以照样使用，这充分地说明了 Mifare One 电子标签的高度安全性，保密性。表 2－1 Mifare One 非接触式 IC 标签的存储结构 块0 扇 块1 区 块2 0 块3 块0 扇 块1 区 块2 1 块3 6 字节密码 A 4 字节存取控制位 ∶ ∶ ∶ 0 扇 1 区 2 15 3 6 字节密码 A 4 字节存取控制位 6 字节密码 B 控制块 63 数据块 62 数据块 61 数据块 60 6 字节密码 B 控制块 7 数据块 6 数据块 5 6 字节密码 A 4 字节存取控制位 6 字节密码 B 控制块 数据块 3 4 数据块 2 数据块 1[7]卡序列号和厂商代码数据块0由 Mifare One 电子标签的结构原理可知，电子标签内部共有 1KB 字节的 EEPROM 存储器容量，约能存储 500 多个汉字，这 500 多个汉字用来描述一本 图书的信息已经足够了。2.3 RFID 技术在图书馆的应用射频技术就图书馆市场来说，国内外形成较大的反差，主要局限在经济发达 国家， 2002 年， 新加坡国家图书馆管理局(NLB)发布了世界上首个全面部署 RFID 的图书管理系统，使新加坡国家图书馆成为世界上第一个实行 RFID 技术的图书 馆，馆内带 RFID 标签的条目涵盖书籍，期刊，乐谱，CD，DVD 和录像带等类 型，目前已全面采用 RFID 系统代替原有的条形码管理方式[12]。另外韩国、新西8兰国家图书馆也已使用这一技术。 国内的一些大学图书馆，或新的公共图书馆也跃跃欲试。厦门大学图书馆一 直在寻找价格更低廉，服务距离远一点的电子标签。深圳市图书馆已经有了实施 性方案，深圳信息职业技术学院图书馆也想寻求引进这一技术的新方式。 RFID 在图书馆中的应用虽然只是对条形码的取代，但这一举措会使图书馆 工作发生历史性的变革，它会推动图书馆事业真正实现智能化、信息化管理。该 技术在图书馆的应用可以极大地提高生产效率， 提升整个图书馆事业的信息化水 平，为读者创造轻松自由便利的学习条件。RFID 图书馆的优越性主要体现在以 下几个方面： 1、规范图书管理，提高图书管理效率 目前图书馆的纸本数据除用光学条形码，作为每一本书的辨识码外，为安全 起见，还需加贴磁条，以防图书未经许可被携出。应用 RFID 技术后，以电子标 签取代条形码及磁条，借还书时可免除消磁及上磁的工作，减轻了工作人员繁琐 的手工劳作。 2、为读者阅览提供了极大的方便 同样，对于读者而言，由于馆藏资源丰富，加上大多数的读者不太懂图书分 类法，所以想找到自己所需的图书并不是件容易的事，RFID 使得读者对图书的 查找变得方便快捷、节省了时间。 3、更大程度的保护了图书资源 RFID 配合图书馆的出口安检装置，对图书档案进行跟踪，未办理完借出手 续或禁止借出的图书在出门时，安检装置会报警，提醒管理人员及时阻止，防止 图书资源的丢失 综上所述，RFID 技术在图书馆的应用是未来现代化图书馆的发展趋势，是 图书馆服务理念转变和文献管理科学化的重要技术手段。RFID 技术在图书馆中 的应用将有广阔的前景，并将成为传统的条形码技术的终结者，为图书馆带来潜 在的革命和业务管理模式的全面变革，将大大缩短集大众化、研究型及数字化于 一身的大型现代化公共图书馆的建设进程， 使图书馆工作人员从繁琐的工作中解 脱，自动完成耗时的劳动密集型工作，使图书馆工作人员集中精力从事深层次的 读者服务工作。9第 3 章 图书馆信息采集系统硬件设计本章将介绍以 MFRC500 芯片和 STC11F32XE 微处理器为核心的采集系统硬 件平台的设计过程， 其中 LCD 字库的构建和存储以及 MFRC500 与 STC11F32XE 微处理器的接口设计是重点， 系统硬件平台搭建的质量好坏直接关系到以后整个 采集系统运行的稳定性和性能,所以必须祥细规化和设计。3.1STC11F32XE 微控制器本系统采用的微控制器是宏晶公司设计的一款加密性强，低功耗,超低价， 高速，可靠，强抗静电，强抗干扰系列微控制器中的一款增强型 8 位微控制器。 选用 51 系列微控制器从而最小化了系统的成本。STC11F32XE 微处理器除了具有 51 体系结构的典型特征外，还具有以下特点[11]：●高速： 个时钟/ 机器周期， 1 增强型 8051 内核， 速度比普通 8051 快 8～ 12 倍； ●宽电压：5.5～4.1V/3.7V，3.6V～2.4V/2.1V（STC11/10L 系列） ； ●低功耗设计：空闲模式(可由任意一个中断唤醒） ； ●低功耗设计：掉电模式（可由任意一个外部中断唤醒，可支持下降沿/低 电平和远程唤醒，STC11xx 系列还可通过内部专用掉电唤醒定时器唤醒） ； ●工作频率：0～35MHz，相当于普通 0MHz； ●时钟：外部晶体或内部 RC 振荡器可选，在 ISP 下载编程用户程序时设置； ●1/2/3/4/5/6/8/16/32 字节片内 Flash 程序存储器，擦写次数 10 万次以 上； ● 字节片内 RAM 数据存储器； ●芯片内 EEPROM 功能,擦写次数 10 万次以上； ●ISP / IAP，在系统可编程/在应用可编程,无需编程器/仿真器； ●2 个 16 位定时器，兼容普通 8051 的定时器 T0/T1； ●1 个独立波特率发生器（故无需 T2 做波特率发生器） ，缺省是 T1 做波特 率发生器；10●可编程时钟输出功能，T0 在 P3.4 输出时钟，T1 在 P3.5 输出时钟,BRT 在 P1.0 输出时钟； ●硬件看门狗（WDT） ； ●全双工异步串行口(UART),兼容普通 8051,可当 2 个串口使用(串口可在 P3 与 P1 之间任意切换； ●先进的指令集结构，兼容普通 8051 指令集,有硬件乘法/除法指令； ●通用 I/O 口 （36/40 个） 复位后为： 准双向口/ 弱上拉 ， （普通 8051 传 统 I/O 口） ； 可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开 漏,每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA；3.2 图书信息采集系统的总体硬件设计本系统的总体硬件设计主要包括以下几部分：LCD、Flash 存储器、RC500 和 STC11F32XE 的接口设计、通信接口设计等，其中 RC500 和 STC11F32XE 的接口 设计是系统核心设计之一，将在后面章节详细论述。系统的总体设计示意图如图 3-1 所示。无线电波 图书 图书 电子标签 图书 图书 电子标签 电子标签 电子标签 2MB线性 Flash 天线 MF RC500 芯片 LED灯 SAMSUNG S3C44B0X 蜂鸣器 512KB SRAMMAX232CPC机电源 LM7805 LM11174×1 键盘图 3－1 图书信息采集系统的总体设计示意图3.2.1 UART 串口通信接口设计 由于本数据采集系统需要把采集到的数据通过串行口发给 PC 机，并接收 PC 机发来的命令，所以在系统设计时要设计 STC11F32XE 的串行通信接口。串行通11信接口的主要功能是完成电平转换任务。 串行通信接口是 STC11F32XE 自身的 UART 接口， 具有高速， 接口方便的特点， 其主要功能是用于和计算机的异步串行通信。STC11F32XE 共有两个串行口，其 中串行口 0 用于和 PC 机通信时使用，串行口 1 没有使用。所以，只需要给出串 口 0 设计电平转换电路就行了。串口 0 的电平转换电路如图 3－2 所示，该电路 主要是用一块 MAX232 芯片把 STC11F32XE 的输出的 TTL 电平转换 232 电平， 然后 完成系统与 PC 机之间的通信。U5 1 P1 1 6 2 7 3 8 4 9 5 CONNECTOR DB9 C9 0.1?F 3 4 C11 0.1?F 5 14 13 7 8 C2T1OUT R1IN T2OUT R2IN GND T1IN R1OUT T2IN R2OUT 15 11 12 10 9 TXD0 RXD0 C1C2+ V+ V2 6 C13 0.1?F C1+ MAX3232C VCC 16 C12 0.1?F VCC图 3－2STC11F32XE 的串口通信接口设计原理图3.2.2LCD 液晶扩展1.硬件特性如下： 提供8 位并行接口 自动电源启动复位功能 内部自建振荡源 64×16 位字符显示RAM 可显示字符和图形 2.软件特性如下： 文字与图形混合显示功能 画面清除功能 光标归位功能12光标显示/隐藏功能 显示字体闪烁功能 光标移位功能功能 显示移位功能 3.LCD模块引脚 在本课题中， 我们用8位数据口与STC11F32XE微控制器的P1口连接进行数 据输，P2口用于控制。其原理图如下所示：RST P2.2 P2.1 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P2.5 P2.4 P2.3 VCC 3 1 VCC 3 2 R4 10K W 2图3－3 LCD 接口原理图3.2.3 存储器扩展 由于 STC11F32XE 微处理器片内存储器空间有限， 需要用外部总线进行扩展， 本课题中采用一片 Winbond 公司生产的 Flash 存储器 W25X80 为 8Mbit 串行 Flash，大小为 1MB，分为 4096 页，每页为 256 字节的存储单元，且带有 256 个 字节的缓冲区， 的接口方式。 SPI 使用 Flash 自行设计汉字库不仅操作十分简单， 并且可以灵活地适用于多个设计方案。 3.2.4 其他接口设计 除了以上硬件设计以外，本系统还设计了 2 个按键，按键采用中断方式进行 工作，包括复位、查询、确认和取消键。另外，蜂鸣器的设计是为了在系统完成 一次正常的操作之后，如读、写数据成功时，蜂鸣器发出声响用以表明本次操作 是否成功，操作成功蜂鸣器连续响两下。图 3-4 是蜂鸣器的设计原理图。131 Vss 2 Vc c 3 Vo 4 D/I 5 R/W 6 E 7 DB0 8 DB1 9 10 11 12 13 DB6 14 DB7 15 CS1 16 CS2 17 18 Ve e 19LED+ 20 LED-HEADER 20VCCVCCB1 BELLR5 10K SPEAKER R6 10K Q1 9013图 3－4 STC11F32XE 蜂鸣器接口电路设计原理图3.3 STC11F32XE 和 MFRC500 接口设计3.3.1 MFRC500 芯片的功能结构 芯片 MFRC500 是 PHILIPS 公司生产的应用于 13.56MHz 非接触式通信中高集 成读卡 IC 系列中的一员。该读卡 IC 系列利用了先进的调制解调概念，完全集成 了在 13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MFRC500 支持 ISO14443A 所有的层。内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近 操作距离的天线（可达 100mm） 。方便的并行接口可直接连接到任何 8 位微处理 器，这样给读写器的设计提供了极大的灵活性。它具有唯一的序列号和易于使用 的发送和接收 FIFO 缓冲区等。MFRC500 适用于各种基于 ISO/IEC 14443A 标准并 且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。微处理 器 MCU 是通过对非接触式 IC 卡读写芯片 RC500 内核特殊的内存寄存器的读写来 控制 RC500 的。RC500 实际上是 MCU 与电子标签之间进行信息交换的媒介。任何 电子标签上数据读写均必须通过 RC500 来传递。传送不同类型的指令给 RC500， 就能实现对 RC500 的控制。图 3－5 是 MFRC500 功能结构图。14OSCIN OSCOUT IRQ RSTPD MFIN VMID MFOUT RX TX1 AVSS TVDD AUX TX2 AVDD TVSS DVDD A2 NCS NWR A1 NRD A0 DVSS ALE D0 D7 D1 D6 D2 D5 D3 D4OSCIN OSCOUT IRQ RSTPD MFIN VMID MFOUT RX TX1 AVSS TVDD AUX TX2 AVDD TVSS DVDD NCS A2 NWR A1 NRD A0 DVSS ALE D0 D7 D1 D6 D2 D5 D3 D4图 3－5 MFRC500 功能结构图3.3.2 MFRC500 芯片主要引脚简介 MFRC500 采用 SOP32 的封装， 管脚说明如图 3－6 所示。 模拟电源 AVDD 和 AVSS 供电，其它管脚由数字电源 DVDD 和 DVSS 供电，TVDD 和 TVSS 是发送器电源，给 TX1 和 TX2 提供输出电源。 D7～D0：数据地址总线，用于传送命令和数据。A2～A0：寄存器地址位 2～0。 NWR/NRD：寄存器写入/读出数据选通。 OSCIN/OSCOUT：晶体振荡器输入与输出，同时 OSCIN 也可作为外部时钟输入 （fosc=13.56MHZ） 。 MFIN/MFOUT：接口输入和输出，发送符合 ISO 14443A 的数字串行数据流。 TX1/TX2：发送经过调制的 13.56MHz 能量载波。 IRQ：中断请求输出中断事件请求信号。 RX：接收输入卡应答输入脚，该应答为经过天线电路耦合的调制 13.56MHz 载波。15VMID：内部参考电压，该脚输出内部参考电压。 RSTPD：复位和掉电，该管脚的下降沿启动内部复位。 ALE：地址锁存使能。为高时将 AD0～AD7 锁存为内部地址。 NCS：片选选择和激活 MFRC500 的微处理器接口。 AUX：辅助输出引脚，输出模拟测试信号，该信号可通过 TestAnaOutSel 寄存器选择。OSCIN OSCOUT IRQ RSTPD MFIN VMID MFOUT RX TX1 AVSS TVDD AUX TX2 AVDD TVSS DVDD NCS A2 NWR A1 NRD A0 DVSS ALE D0 D7 D1 D6 D2 D5 D3 D4图 3－6 RC500 管脚图 3.3.3 STC11F32XE 和 MFRC500 芯片接口设计STC11F32 单片机是宏晶科技公司设计生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是 高速、 低功耗、 超强抗干扰的新一代 8051 单片机， 指令代码完全兼容传统 8051， 但速度快 8-12 倍。内部集成高可靠复位电路，可用在高速通信、智能控制、强 干扰等场合。STC11F32 内部有 32KB 的 Flash，29KB 的 EEPROM 和 1280B 的 SRAM， 另外 EA、ALE、PSEN 和 RST 引脚还可以定义为通用 I/O，即 4 个 P4 引脚。编程 支持 ISP 下载功能，使用起来比较方便。 MFRC500 是 PHILIPS 公司应用于 13.56MHz 非接触式通信中高集成读卡 IC 系 列中的一员。 该读卡 IC 系列利用了先进的调制解调概念， 完全集成了在 13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。 MFRC500 支持 ISO14443A 所有的层。 内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线 （距离 可达 10cm） 。它和微控制器的接口方式有多种，既可以采用总线扩展方式也可以 采用模拟总线方式。 在每次上电或硬复位后 MFRC500 也复位其并行微处理器接口 模式并检测当前微处理器接口的类型，MFRC500 在复位阶段后根据控制脚的逻辑 电平识别微处理器接口，这是由固定管脚连接的组合（见表 3-2）和一个专门的 初始化程序实现的。表 3-2 MFRC500 检测并行接口类型的连接配置 并行接口类型 MF 独立的读/写选通模式 RC500 独立的地址 复用的地址 独立的地址 复用的地址 握手联络方式下复 通用的读/写选通模式[6]16/数据总线 ALE A2 A1 A0 NRD NWR NCS D7…D0 HIGH A2 A1 A0 NRD NWR NCS D7…D0/数据总线 ALE LOW HIGH HIGH NRD NWR NCS AD7…AD0/数据总线 HIGH A2 A1 A0 NDS R/NW NCS D7…D0/数据总线 AS LOW HIGH LOW NDS R/NW NCS AD7…AD0用地址/数据总线 nAStrb HIGH HIGH nWait nDStrb nWrite LOW AD7…AD0为了使用STC11F32单片机内部1KB的扩展SRAM，此处采用的模拟总线接口方 式，即用单片机的P0口和MFRC500的D0-D7相连，用EA、ALE、WR、RD等作为控制 线分别和MFRC500的NCS、ALE、NWR、NRD等相连，其连接原理图如图3-7所示。由 于是模拟总线方式，所以单片机的P0口要加上拉电阻。采用模拟总线方式是一种 通用的方法，特别是对于不支持总线扩展的单片机更为重要。该设计中使用模拟 总线的方式可防止MFRC500和单片机内部的RAM发生总线冲突。J9 VCC AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 HEADER 9 VCC P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 EA ALE PSEN P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 ALE VCCVCC VCC C3 S1 C1 4.7uF U1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 TTL_R X 10 TTL_TX 11 RC500_IRQ12 13 SPEAKER 14 RSTPD 15 WR 16 RD 17 18 19 20 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST P3.0/R XD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/R D XTAL2 XTAL1 VSS AT89C52 11.0592MHz C4 22pF C5 22pF 10uFY2 13.56MHz C6 15pFC7 15pFR1 10K VCC R2 10KU2 RC500_IRQ MFIN MFOUT TX1 TVDD TX2 WR RD AD0 AD1 AD2 AD3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 OSCIN OSCOUT IR Q RSTPD MFIN VMID MFOUT RX TX1 AVSS TVDD AUX TX2 AVDD TVSS DVDD NCS A2 NWR A1 NRD A0 DVSS ALE D0 D7 D1 D6 D2 D5 D3 D4 MFRC500 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 RSTPD VMID RX AUX AVDDS2Y1P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 CLKALE AD7 AD6 AD5 AD4图 3-7 STC11F32XE 和 MFRC500 接口原理图命令配置位和标志都可通过微处理器接口访问，MFRC500可内部寻址64个寄 存器，但这需要6条地址线。MFRC500只有A0、A1和A2三条专用地址总线引脚，17MFRC500在访问内部64个寄存器的时候采用了分页机制， MFRC500的寄存器集被分 成8页，每页8个寄存器。不管当前所选是哪一页，页寄存器总是可以寻址的，使 用MFRC500专用地址总线A0，A1和A2允许在一页内进行寻址，要在不同页的寄存 器之间进行切换就需要用到分页机制。表3-3列出了使用专用的地址总线时寄存 器地址的组合状况。表3-3 使用专用的地址总线时寄存器地址的组合状况 寄存器位 UsePageSelect 1 PageSelect2 PageSelect1 寄存器地址 PageSelect0 A2 A1 A0本系统采用中断（ExINT0）工作模式，即 STC11F32XE 利用 MFRC500 提 供中断信息对其进行控制。另外，根据系统的需要，可以采用查询方式对 MFRC500 进行操作。第四章 图书馆信息采集系统的下位机软件设计本章主要介绍嵌入式系统的软件设计过程， 主要包括以下几部分应用程序的 设计过程。 1) STC11F32XE 与 PC 机串行通信帧格式的设计。 2) MFRC500 读写模块的设计，实现与调试。 3) W25X80 Flash 驱动程序的设计与实现。 4) LCD 液晶驱动程序的设计， ASCII 码和汉字点阵字库文件的生成与存储。 5) STC11F32XE 主程序设计，进行实时寻卡，如果有卡进入射频识别的有 效范围之内就进行读取，将读到的图书标签信息发送到上位机，同时通过 LCD 进行显示。 6) 对采集系统的测试； 在本课题中 MFRC500 读写模块和通信模块的设计是本课题中的重点与难 点，所以本文做了详细介绍。184.1 图书采集系统和 PC 机通信帧格式的设计图书信息采集系统是通过异步串行口和 PC 进行通信的，因此，必须对双方 通信的格式进行约定，即制定一个双方能够正常通信的通信协议。针对一本书来 说，其关键的信息一般包括以下内容：图书编号、图书号、图书书名、图书作者、 图书出版社。 以上图书信息再加上各项信息所占的字节数就构成了一个完整的通 信数据包。表 4-1 是图书信息采集系统和 PC 机通信协议的格式，各项的数据格 式均是十六进制。表 4-1 图书信息采集系统和 PC 机通信协议的数据格式 图 书 总 字 编 号 节数 长 度 n n0 号 占 4 占 1 占1个 个 字 字节 节 节 字 字节 个 占1个 n1 字节 占1个 n2 字节 占1个 n3 字节 占 1 个 n4 n1 编 号长度 号 数 n2 书 ISBN ISBN 总字节 作者 数 n3 社 n4 图 图 书 图 书 书作者 图书 总字节 版 节 数 名 出版社 出 长度字 书 图书名 图下面对数据包的内容做一下说明。数据包里的总字节数 n 占用 1 个字节，这 1 个字节标示着这一包数据的总字节数，包括 n 所占的 1 个字节在内一共的字节 数。比如 n 是 50，则代表这 1 包图书信息一共是 50 个字节。 图书编号占 4 个字节，是标示图书在库中序号的，它在图书库中的编号是唯 一，就是说每本图书都有一个唯一图书编号。图书 ISBN 号总字节数 n1 表示图书 号所占的字节数，图书号即国际标准书号，简称 ISBN，图书号和图书编号不同， 在一个库里图书的图书号可以有相同的。以下图书书名、图书作者、图书出版社 等的格式也都和图书号类似。在图书每一项信息前都加了标示该项信息长度的 1 个字节， 之所以这样做， 是因为图书每一项信息占用的字节数一般都是不固定的。 当往标签里写图书信息的时候，图书 PC 管理软件负责把图书各项信息封装 并按照上面的协议打包，再把数据格式转换为十六进制格式，然后通过异步通信 串行口发送给图书信息采集系统，即 STC11F32XE 微处理器，微处理器通过中断19的方式从串口把接收到的数据放入到一个数据缓冲区中，由微处理器控制 MFRC500 把数据包从数据缓冲区中取出，再把数据包连续写入到电子标签的 0～ 63 块中。 当需要从标签里读图书信息的时候，图书 PC 管理软件把读命令发给微处理 器，微处理器首先读出数据包中第一个字节，然后按照该字节内容的大小从电子 标签 0～63 块中连续读出规定的字节数，并发给图书 PC 管理软件。图书信息采 集系统是不负责数据的打包和封装的。 本课题中规定，上位机存储图书信息时携带每条记录的长度，并且存储到标 签中，这样记录的长度可变，能够动态存储，不会因存储内容长度的变化而产生 溢出，也能适应跨扇区的读写，这就大大增加了系统的稳定性和高适应性。4.2 MFRC500 读写模块的设计、实现与调试设计好硬件平台之后，就需要设计系统的软件模块。在软件模块设计中 STC11F32 单片机和 MFRC500 之间的模拟通信是最关键的一步，因为只有能够和 底层通信，STC11F32 才能进一步通过控制 MFRC500 实现读、写卡的基本操作。 为了实现这一步，首先要弄清楚 MFRC500 的读写时序。本设计采用的是独立读/ 写选通、复用地址总线的方式。 STC11F32 单片机主要就是通过调这两个最基本的函数来实现对 MFRC500 进 行复杂的读、写控制的。采用模拟总线通信方式的最大好处就是用 C 语言写的代 码很容易移植到不支持总线扩展的各种单片机上， 增加了软件模块的可复用性和 可移植性。 和底层通信的问题解决了之后，就可以一步一步地编写调试各个软件模块， 软件设计的总体流程图如图 4-1 所示。 系统上电之后首先要初始化 STC 单片机的 I/O 引脚和串行口，I/O 设置主要是把 STC 单片机的特殊引脚如：EA、ALE、PSEN 等定义为通用 I/O，以便于和 MFRC500 进行模拟通信。之后就要进行 MFRC500 的 复位，在这里要延时足够长的时间以使 MFRC500 进行可靠的复位，在复位阶段中 MFRC500 的一些寄存器位由硬件预置。此外还要进行和单片机接口的初始化。复 位成功以后，还需要对 MFRC500 的各个寄存器进行必要的配置。在 LCD 初始化完 成后，LCD 上将显示系统的相关提示信息，然后等待用户从串行口或按键输入的20命令，根据用户输入的命令进行相应的操作，把执行操作的的结果在返回给用户 并在 LCD 上显示出来。开始 N STC系统 初始化 N MFRC500 复位 N 收到命令？ Y 命令合法？ Y 出错 复位成功？ Y MFRC500 系统初始化 执行命令成 功？ Y 读取字库 在LCD显示 执行信息 N 返回错误 信息LCD初始化图 4-1 件设计的总体流程图1.STC11F32XE 系统初始化 STC11F32XE 应 用 程 序 的 正 常 运 行 之 前 要 对 STC11F32XE 进 行 系 统 初 始 化 。 通 常 STC11F32XE 系统初始化的工作有一段专门的系统初始化代码来完成的，这段代 码一般称为启动代码，启动代码是芯片复位后进入 C 语言的 main()函数前执行 的一段代码，主要负责初始化系统，为后面的程序提供运行环境。 对于 STC11F32XE 芯片，系统初始化主要完成以下几部分工作：中断向量表 初始化、定时/计数器初始化、设置各个端口等。 除了系统初始化之外，对串口的初始化也是必须的。在对串口进行初始化之 前，应该首先详细分析一下与串口初始化有关的重要寄存器。串口进行初始化的 主要工作分为：选择串行通信引脚，设定通信波特率，设定通信帧数据格式等。 在设定通信波特率和设定通信帧数据格式最为重要的寄存器是串行控制寄 存器 SCON。通过配置 SCON 来使能、禁止设定串口通信方式；设定通信帧数据 格式，起始位、停止位、数据位和奇偶校验位的个数。212. MFRC500 系统初始化 S3C44B0X 系统初始化完成之后就要对 MFRC500 芯片进行系统初始化，这主 要包括对 MFRC500 复位、检测并行接口并进行正确的接口初始化，在 MFRC500 复位之后要进行一些必须的内部初始化，这包括配置发送器和接收器时钟、选择 位解码器的阀值、配置接收和发送的状态、配置 MFRC500 的定时器等4.3 MFRC500 读写模块设计主函数一直在无限循环中，如果有上位以送数据，就可以通过串口接收缓冲 区 ReceiveBuffer 接收完了一包数据， 然后它就从 ReceiveBuffer 缓冲区中读取 数据包，并检查数据包中的长度信息位是否为 0，如果不是就一直接收，反之， 停止接收。 整个程序是采用 Keil 51 开发环境中的 C 语言进行编程的，整个通信过程是 通过多个函数实现的，要保证各函数的正确功能以及实现对 MFRC500 的正确控 制，深刻理解 MFRC500 的内部寄存器组和命令集是必需的。 1、MFRC500 的内部寄存器组和命令集 MFRC500 的内部寄存器组是我们正确使用和控制 MFRC500 的主要部分，了解 MFRC500 的内部寄存器组是软件编程的基础。MFRC500 芯片的内部寄存器按页分 配，并通过相应寻址方法获得地址。内部寄存器按功能不同共分成 8 页，每页有 8 个寄存器，每页的第一个寄存器称为页寄存器，用于选择该寄存器页。每个寄 存器由 8 位组成， 其位特性有四种： 读/写(R/W)、 只读(R)、 仅写(W)和动态(dy)。 其中 dy 属性位可由微控制器读写，也可以在执行实际命令后自动由内部状态机 改变位值。 微控制器通过对内部寄存器的写和读，可以预置和读出系统运行状况，寄存 器在芯片复位状态为其预置初始值。注意，了解内部寄存器的设置对于软件编程 至关重要。表 4-2 是 MFRC500 内部寄存器组。表 4-2 MFRC500 内部寄存器组 页 0 1 功 能 页 4 522功能指令和状态寄存器组 控制和状态寄存器组时间及校验控制寄存器组 FIFO，Timer 及 IRQ 控制寄存器组2 3发射及编码控制寄存器组 接收及解码控制寄存器组6 7预留寄存器组 预留寄存器组MFRC500 的行为由一个内部状态机决定的，该状态机可执行一组专门的指令 集，在 MFRC500 芯片的内部由硬件集成了这些特定的指令集，将某条指令代码写 入 Command 指令寄存器可启动一个相应的命令的执行。 某些指令执行需携带参数和（或）数据，这些参数和数据主要通过 FIFO 进 行交换。需要将数据流作为输入的命令会直接处理它在 FIFO 缓存找到的数据； 需要特定数量的参数的命令只有在接收到数量正确的参数后，才会开始执行； FIFO 缓冲区在命令启动时不会自动清零，因此，可以将命令变量或数据字节写 入 FIFO 缓冲区然后再启动命令；每个命令（StartUp 命令除外）都可被微处理 器通过写入新命令所中断[6]。表 4-3 是 MFRC500 的部分命令集。表 4-3 MFRC500 部分命令集 代 命令 码 StartUp Idle Transmit Receive Transceive 3FH 00H 1AH 16H lEH 在发送后自动启动接收器。 起始地址低字节 从 FIFO 缓冲区获得数据并写入 WriteE2 01H 内部 EEPROM 数据字节流 起始地址高字节 运行复位和初始化阶段 无动作：取消当前执行的命令 将数据从 FIFO 缓冲区发送到卡 启动接收电路 将数据从 FIFO 发送到电子标签， 数据流 数据流 数据流 数据流 动作 变量和数据 回的数据[6]经由 FIFO 通过的经由 FIFO 返2、MFRC500 的内部命令集 C 函数模块设计 M500PcdCmd（）函数是靠调用各个函数模块来实现的，而各个函数模块又调 用了 MFRC500 的内部命令集，以下是部分主要函数的功能说明。 (1)void WriteRC(unsigned char Address，unsigned char value) 功能：写 RC500 寄存器。Address 是寄存器地址；value 是要写入的值。 (2)unsigned char ReadRC(unsigned char Address)23功能：读 RC500 寄存器。Address 是寄存器地址。 (3)void RC500Init(void) 功能：对 MFRC500 的系统进行初始化。 (4)char PcdRequest(unsigned char req_code) 功能：寻卡。当一张 Mifare 卡片处在读写器的天线的工作范围之内时，卡片的 天线将启动，将卡片 Block 0 中的卡片类型号共 2 个字节传送给读写器，建立卡 片与读写器的第一步通信联络。如果不进行得位请求操作，读写器对卡片的其它 操作将不会进行。 (5)char PcdAnticcoll(unsigned char snr) 功能：防碰撞操作。寻卡成功后，通过此函数向天线内卡片发防碰撞命令，无论 天线区内有几张卡，此函数只得到一张卡片的序列号，因为每张卡片的序列号都 是唯一的，选定这张卡之后，所有后继命令都是针对这张卡，操作完毕后用 PcdHalt()命令此卡进入休眠状态，再寻未进入休眠状态的其他卡片，可进行其 他卡片的操作。 (6)char PcdSelect(unsigned char snr) 功能：选定一张卡。snr 是存放序列号的内存单元首地址。 (7)char PcdRead(unsigned char addr，unsigned char *readdata) 功能：读卡上一块(block)数据(16 字节)。addr 是要读的绝对块号；readdata 是读出的数据存放首地址，读出的数据存入 readdata 指向的单元。 (8)char PcdWrite(unsigned char addr，unsigned char *writedata) 功能：写数据到卡上的一块。addr 是要写的绝对块号；writedata 是写入数据首 地址[6,9]。 注意：写操作过程中不需要进行防碰撞操作，因为在往图书标签里写信息的 时候，信息的内容是确定了的，而进行防碰撞操作选定哪一图本的标签是不确定 的，所以，在进行写操作时只能针对一张图书标签进行操作。24第五章 软硬件测试测试是“为了发现程序中的错误而执行程序的过程” 。包括功能完整性测试， 性能测试。我们做好软硬件后必须对其进行测试，以确保软硬件能够协同正确工 作。设计测试用例，测试软硬件看能否能够完成预期的功能。预期的结果能够通 过串口把采集的图书信息发送到上位机，并且能够通过 LCD 显示。5.1 测试环境本课题设计的测试环境就是通过各个模块与串口调试助手软件之间的可视 化通讯交流，来透明地显示系统设计得是否成功。 打开串口调试软件，进行串口配制，选择 COM1，波特率为 9600BPS，校验位 为无， 数据位为 8， 停止位为 1， 十六进制显示。 在通讯的过程中都要遵照 MFRC500 芯片的通信协议来进行通信。 通讯格式： 数据包长度 L(1byte) 命令字 C(1byte) 数据包 D(L-1bytes) 通讯方向： -& &下位机送给上位机 上位机送给下位机这里的上位机是 PC 机， 下位机是 STC11F32XE 开发板。 下面是连接好硬件设备后， 按照通信协议进行测试的几个例子。5.2 编写测试用例并测试测试用例 1：寻卡通信协议 &-& &-& 02 02 26 (02为命令字,26为RegMfOutSelect) 03 00 04 00 (00为命令成功代码,04表示Mifare One卡) 02 0B 0F 01 001) 把卡放入天线上方，通过串口发送： 02 02 26 ， 如果下位机正常，则发25送相应卡的类型。 2) 上位机发送：02 0B 0F，如果程序测试成功，则下位机发送测试成功代码： 01 00。图 5.1 测试用例 1先发送 02 02 26，在接收区就可以看到 03 00 04 00，然后再发送 02 0B 0F， 在接收区看到 01 00。 这个结果是正确的,与上面通信协议预期的结果是一致的，说明寻卡功能正 确。 测试用例 2：防冲突 防冲突协议： &-& &-& 01 03 (03为命令字) 05 00 64 26 9E 62(64 26 9E 62为卡号CardSerialNo) 02 0B 0F 01 001) 把卡放入天线上方，通过串口发送：01 03 ， 如果下位机正常，则发送相 应卡卡号。 2) 上位机发送：02 0B 0F，如果程序测试成功，则下位机发送测试成功代码： 01 00。26图 5.2 测试用例 2先发送01 03，在接收区就收到卡号05 00 E4 D9 A0 62，接着再发送02 0B 0F， 在接收区受到正确的响应信息01 00。 这个结果是正确的,与上面通信协议预期的结果是一致的，说明防冲突功能 正确。测试用例3：密码校验 密码校验协议: &的第0块） -& 01 00 04 05 60 04 10(05为命令字)（04为扇区号，10为块号，第四扇区27图 5.3 测试用例 3通过串口调试助手发送04 05 60 04 10 ,接收区看收到正确的回应信息01 00, 这与协议也是完全相符合的，说明密码校验功能正确。测试用例 4：单块数据读 单个块数据读通信协议：&-& &-& &-& &-02 02 52 (02为命令字,52为PICC_REQALL) 03 00 04 00 (04为RegFIFOLength) 01 03 (03为命令字) 05 00 52 00 75 7A (52 00 75 7A为卡号) 01 04 (04为命令字) 03 00 08 00 04 05 60 04 10 (05为命令字,60为PICC_AUTHENT1A(61为PICC_AUTHENT1B),01为扇区1,04为RegFIFOLength) -& &-& 后为数据) 01 00 02 08 10 (08为命令号,04为块号) 11 00 06 C9 F2 D0 A1 CE B0 03 33 30 31 08 CC D8 BC B6 (0028&-&02 0B 0F 01 00测试过程如下图：图 5.4 测试用例 4发送寻卡命令==&&防冲突命令==&&选择命令==&&密码校验命令==&&读第四扇区 第0块 可以通过接收区看到每一个命令的回应信息都是正确的， 最后读出来的数据 也和写的内容时一直的，说明单个块的读功能正确。测试用例 5：整个扇区读 读一个扇区协议： &-& &-& &02 02 52 (02 为命令字,52 为 PICC_REQALL) 03 00 04 00 (04 为 RegFIFOLength) 01 03 (03 为命令字) 05 00 52 00 75 7A (52 00 75 7A 为卡号) 01 04 (04 为命令字)29-& &-03 00 08 00 04 05 60 08 20 (05 为命令字,60 为 PICC_AUTHENT1A(61 为PICC_AUTHENT1B),01 为扇区 1,04 为 RegFIFOLength) -& &-& 数据) &-& 数据) &-& 数据) &-& 02 08 23 (08 为命令号,23 为块号) 11 00 00 00 00 00 00 00 ff 07 80 69 ff ff ff ff ff ff (第一个 02 08 22 (08 为命令号,22 为块号) 11 00 30 34 31 30 33 31 33 30 39 34 31 32 31 32 31 32 (00 后为 02 08 21 (08 为命令号,21 为块号) 11 00 FA BF C6 D1 A7 D3 EB BC BC CA F5 1A 32 30 30 35 (00 后为 01 00 02 08 20 (08 为命令号,04 为块号) 11 00 1A B0 B2 D1 F4 B9 A4 D1 A7 D4 BA BC C6 CB E3 BB (00 后为00 为返回代码，后面 6 个 00 为密码 A,ff 07 80 69 为控制位，后面 6 个 ff 为 密码 B) &-& 02 0B 0F 01 00测试过程如下：30图 5.5 测试用例 5发送寻卡命令==&&防冲突命令==&&选择命令==&&密码校验命令==&&读第八扇区 看以看到在接受区接收的数据和通信协议中规定的一样，都是正确的，通过 连续读四个块来实现读出一个扇区，读出来的数据也是正确的，因此读扇区功能 也是正确的。测试用例 6：数据写 通信协议如下： &-& &-& &-& &02 02 52 (02 为命令字,52 为 PICC_REQALL) 03 00 04 00 (04 为 RegFIFOLength) 01 03 (03 为命令字) 05 00 52 00 75 7A (52 00 75 7A 为卡号) 01 04 (04 为命令字) 03 00 08 00 04 05 60 04 10 (05 为命令字,60 为 PICC_AUTHENT1A(61 为PICC_AUTHENT1B),01 为扇区 1,04 为 RegFIFOLength) -& &01 00 12 09 20 1A B0 B2 D1 F4 B9 A4 D1 A7 D4 BA BC C6 CB E3 BB (09 为31命令字,20 为块号,1A 为第一条记录的长度， 一同和它后面的 15 个字节写入到卡 中) -& &-& &01 00 02 0B 0F 01 00 12 09 21 FA BF C6 D1 A7 D3 EB BC BC CA F5 1A 32 30 30 35 (09 为命令字,21 为块号,FA 开始的 16 个字节为要写的数据) -& &-& &01 00 02 0B 0F 01 00 12 09 22 30 34 31 30 33 31 33 30 39 34 31 32 31 32 31 32 (09 为命令字,22 为块号,30 开始的 16 个字节为要写的数据) -& &-& &01 00 02 0B 0F 01 00 12 09 23 00 00 00 00 00 00 ff 07 80 69 ff ff ff ff ff ff (09 为命令字,23 为块号,密码保持原始密码) -& &-& 01 00 02 0B 0F 01 00测试过程如下：32图 5.6 测试用例 6发送寻卡命令==&&防冲突命令==&&选择命令==&&密码校验命令==&&写第八扇区 通过接收区显示，发送的命令的回应信息都是正确的，通过写命令把要写的 数据写入到卡中，回应信息 01 00，是写入都成功的标示，说明写功能正确。 通过以上各个功能模块的测试用例进行测试，其结果和预期结果一致，说明 我们的下位机程序和硬件功能模块是正确的。33第六章 结论RFID 技术被称为 21 世纪的图书馆技术， 它的出现大大改变了图书馆的传统 服务模式，解放了一大批内部工作人员，方便了读者，为数字图书馆大潮中的图 书馆传统服务注入了新的活力，RFID 技术在图书馆中的广泛应用是数字图书馆 发展的必然趋势。 1. 在本系统中使用了宏晶公司生产的 8 位微控制器 STC11F32XE，能大大 降低成本。 2. 完成 STC11F23XE 与射频读写芯片 MFRC500 的接口设计，一般情况下 其他系统设计都是采用现成的射频读写模块，而本设计是直接用微控制器 STC11F23XE 和 MFRC500 芯片接口，这就大大提高了系统的性能和效率。 3. 实现了 PC 机与微处理器的串行通信控制，通过 PC 机上位机可以实现对 图书电子标签的读、写和管理操作。 在此设计中采用 RFID 技术代替传统图书管理系统使用的条形码+磁条技术， 采用 RFID 技术的图书馆可以对批量借阅或还回的图书进行处理， 可以实现瞬间、 非接触完成。由于 RFID 提供的大信息容量，使用密码技术进行数据交换和可读 写，同时具备了条码和磁条技术要求，无须再使用磁条技术，使图书流通更加快 捷、安全。34致谢本课题的顺利完成，得到了常国权老师的精心指导和热心关怀，常老师高尚 的人格、敏锐的思维和严谨的教学态度给本人留下了深刻的印象。在整个设计过 程中给于了本人大力支持和指导，感谢常老师对本人的培养，无私的教导，使得 本人顺利完成学业，并学有所成！在此对常老师给予的支持、鼓励、鞭策和关怀 致以衷心的感谢和崇高的敬意。 感谢安阳工学院计算机系给我们提供了难得学习机会和良好的学习环境， 在 此向计算机系全体老师致以衷心的谢意！ 感谢我的同学陈万尧等，是他们在学习中给了我很多的帮助。同时也感谢曾 经帮助和关心过我的所有老师和同学！ 再次感谢常老师和安阳工学院计算机系的所有老师！35参考文献[1] 袁建娟.基于 RFID 技术在图书馆中的应用探析[J].兰台世界，2008，2. [2] 李悦馥.RFID 技术在图书馆中的应用[J].科技信息(学术研究)，2008，(17) [3] 游战清，李苏剑.无线射频识别技术（RFID）理论与应用[M].北京:电子工业 出版社，. [4] 田泽.嵌入式系统开发与应用试验教程[M]（第 2 版）.北京:北京航空航天大 学出版社，. [5] 孙连坤.基于 MFRC500 的读卡器研究与设计[D].天津:天津工业大学， . [6] PHILIPS. Highly Integrated ISO14443A Reader IC.January 2002. [7] PHILIPS. Design of MFRC500 Matching Circuits and Antennas. March 2001. [8] 马瑞，李星光.RFID 系统及其在图书馆中的应用.图书馆论坛[J].2005 年 2 月，第 25 卷第 1 期。 [9] 何将三，陈国栋.基于 MFRC500 的射频识别读写器设计[J].单片机与嵌入式 系统应用，2004 年 11 期 [10] PHILIPS. Evaluation Board for MFRC500.March 2001. [11] PHILIPS. Design of MFRC500 Matching Circuits and Antennas. March 2001. [12] 宏晶科技. STC11/10xx 系列单片机器件手册.www.. [13] 马瑞，李星光.RFID 系统及其在图书馆中的应用.图书馆论坛[J].2005 年 2 月，第 25 卷第 1 期. [14] 张铁军.RFID（射频识别）系统开发及应用研究:[D].西安:西安交通大学， . [15] 广州周立功单片机发展有限公司.Mifare 标准 IC 卡 MF1 IC S50 功能说明书. [16] 李欣荣.RFID 在现代图书馆管理系统中的应用[J].信息管理与服务.2003. [17] 深圳吉盛科技有限公司.Mifare One IC 电子标签. . [18] 马宁.射频 IC 卡及其读写器的设计与实现:[D].武汉:华中科技大 2005.36
基于RFID技术的图书信息采集系统设计 本科毕业论文——为大家提供各种日常写作指导，同时提供范文参考。主要栏目有：范文大全、个人简历、教案下载、课件中心、 优秀作文、考试辅导、试题库、诗词鉴赏。
相关文档：
下载文档：
搜索更多：
All rights reserved Powered by
copyright &copyright 。甜梦文库内容来自网络，如有侵犯请联系客服。|