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RFID智能門禁系統設計

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該RFID系統基于STM320103RCT6處理器,是在前人所做的研究中所鮮有的,該處理器具有低功耗、靈活度高、可靠性強等優點,在13.56MHz頻率可有效工作,其标簽的存儲容量達到24K位元組,既可以在讀卡器間傳遞無線信号,又可以由IIC總線進行資料的傳輸,在特定的應用範圍内,可有效使用,如需要在标簽中攜帶大資料的場合。

Radio Frequency Identification技術,即RFID技術又稱為射頻識别技術和無線射頻識别技術,是一項應用非常廣泛的、發展中的技術,發展至今,其曆史已臨近百年。随着其發展,人們對與系統的安全性,以及标簽體積樣式和存儲容量等方面都有了更高的要求。

本文以STM32F103RCT6微處理器為核心,配合CR95HF射頻晶片構成符合ISO/IEC 14443标準的便攜讀卡器。

系統終端硬體包含兩部分:基于STM32103RCT6處理器的控制單元和基于RC522的射頻單元。控制單元是整個終端的控制樞紐;控制闆內建了USB了接口、RS232接口LCD觸摸屏接口,友善了系統調試和二次開發。射頻單元以RC522為核心,配置了低通濾波器電路和功率放大器電路,能夠滿足ISO/IEC14443A協定的标簽。

RFID智能門禁系統設計

01 RFID讀寫工作原理

RFID讀寫器的指令收發鍊路由發射機和接收機兩部分組成,發射機部分主要功能是産生射頻信号,讓系統的前端天線發射出去。此部分主要由調制器、振蕩器、上變頻、帶通濾波器和高頻功率放大等組成。其結構圖如圖所示。

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接收機部分的功能與發射機恰好相反。接收機主要是接收射頻信号。天線接收标簽向空間的反向散射信号,經過帶通濾波器濾除高頻信号後,然後低噪聲放大器将接收到的信号進行放大,接着數據機對放大的信号進行解調,最後将射頻信号變為數字基帶信号。接收機的方框圖如下圖所示。

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本設計采用ARM處理器和RFID射頻處理單元相結合的方案。這種方案開發難度相對較低,開發周期較短,釆用ARM處理器能獲得較高的性能和豐富的接口,很好滿足功能需求。設計中将控制單元和射頻單元分開,做成兩個電路闆。巡檢終端結構如下圖所示。

02 控制電路總體設計

控制單元電路包括STM32F103RCT6處理器及其外部接口設計。重點包括GPRS接口電路設計,GPS電路接口設計,RFID接口電路設計。

STM32F103RCT6外部配置電路主要包括FLASH存儲電路、SDRAM電路、RS232接口電路、觸摸屏接口電路、USB接口電路,電源子產品電路和JTAG調試接口電路等。控制單元硬體電路圖如下圖所示。

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主處理器STM32F103RCT6:整個電路的控制中心,實作與RFID子產品指令交和資訊處理;序列槽、JTAG接口主要實作軟體調試,為未來功能拓展預留調試接口;USB接口提供多種方式的資訊傳輸;電源管理子產品、FLASH存儲子產品是STM32F103RCT6正常工作的必要電路;LCD觸摸屏和按鍵接口為整個終端提供了良好的人機接口,友善操作使用。

03 RFID顯示電路設計

ALIENTEK MiniSTM32 開發闆載有目前比較通用的液晶顯示子產品接口,還有其比較有特色的相容性接口,還可以支援2.8寸的TTL顯示屏。同時,該接口支援電阻觸摸屏以及電容觸摸屏等不同類型的觸摸屏接口。

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04 RFID識别電路設計

本系統的RFID标簽采用的是型号為TJDZ-DRC522,此RFID的工作頻率為13.56MHZ,采用的是SPI接口。

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05 軟體程式設計

本RFID系統的目的是通過終端掃描裝置标簽的RFID編号,将裝置的編号、記錄時間及裝置的狀态資訊傳送到處理器中,總體的變成思路如圖所示,是以本系統的程式設計需要兩個部分,一個是閱讀器判斷标簽是否注冊的介紹,另一個是Key0判斷卡片是否上鎖的介紹。使用的是MDK5.10對STM32103RCT6進行程式設計,上位機用的是C#進行程式設計。

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STM32與M1卡通信的流程如圖所示:

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06 系統調試效果

系統的調試和測試任務主要包括硬體部分的巡檢終端讀标簽測試和上位機能否接收到到兩部分。硬體系統調試主要各部分電路供電和工作正常,讀标簽測試是保證終端能夠按照協定标準讀取标簽内的資訊,上位機能否準确地接受到GPRS傳來的RFID的資料。

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