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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。
01
RFID系統的構成
RFID系統是由讀寫器、電子标簽兩大部分組成的。在本論文中，讀寫器是很重要的一部分。系統中電子标簽的作用是儲存設備的資訊等，是整個RFID系統的資訊載體組成，電子标簽内的資料由使用者用讀寫器自行寫入。讀寫器是RFID系統的核心，能夠由它來完成對電子标簽資訊的讀寫，讀寫器與電子标簽的通信必須要按照統一的協定标準，否則無法實作對标簽資訊的讀寫。
閱讀器由于使用的不一樣的結構和技術能夠分成讀或者讀/寫裝置，它是操控和處理RFID系統消息的重要部分。閱讀器一般是由耦合子產品、收發子產品、控制子產品和接口單元組合而來。閱讀器和應答器之間通常使用半雙工通信模式進行消息的互換，在這基礎上閱讀器利用耦合給無源應答器提供能量和時序。在正常使用過程中，能夠更有效的利用Ethernet或WLAN等完成對物體識别資訊的采集、處理及遠端傳送等管理功能。應答器承載着RFID系統的内部消息，應答器一般都是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微晶片組成無源單元。
而電子标簽分為兩部分即電子晶片部分和天線部分，電子晶片主要用于存儲資料，而天線主要作用為收發在标簽和讀取器之間的射頻信号。RFID系統組成結構圖如下圖所示。
02
RFID讀寫器工作原理
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。
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。
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。
03
控制單元總體結構
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。
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。
04
程式設計的總體思路
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。
Stm32與M1卡通信的流程圖如圖所示：
（1）尋卡
M1射頻卡的通訊協定和通訊波特率是定義好的，當有卡片進入讀寫器的操作範圍時，讀寫器以特定的協定與它通訊，進而确定該卡是否為M1射頻卡，即驗證卡片的卡型。調用的函數及參數解釋如下所示：
參數說明: req_code[IN]:尋卡方式
0x52 = 尋感應區内所有符合14443A标準的卡
0x26 = 尋未進入休眠狀态的卡
pTagType[OUT]：卡片類型代碼
0x4400 = Mifare_UltraLight
0x0400 = Mifare_One(S50)
0x0200 = Mifare_One(S70)
0x0800 = Mifare_Pro(X)
0x4403 = Mifare_DESFire
傳回: 成功傳回MI_OK
char PcdRequest(u8 req_code,u8 *pTagType)
向 FIFO 中寫入 PICC_REQIDL 指令，通過 PCD_TRANSCEIVE 指令将 FIFO 中資料通過天線發送出去，此時若有卡在天線作用範圍内，将識别指令，并傳回卡類型；由于本次采用的是M1卡，是以傳回的值是0x0400，具體程式請參考附錄。
（2）防沖突機制
當有多張卡進入讀寫器操作範圍時，防沖突機制會從其中選擇一張進行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會傳回被選卡的序列号。調用的函數及參數解釋如下所示：
參數說明: pSnr[OUT]:卡片序列号，4位元組
傳回: 成功傳回MI_OK
char PcdAnticoll(u8 *pSnr)
向 FIFO 中寫入 PICC_ANTICOLL ＋ 0x20 ，通過 PCD_TRANSCEIVE 指令将 FIFO 中資料通過天線發送出去，卡傳回卡序列号由于是非接觸式的，同一時間天線作用範圍内可能不隻一張卡時，即有多于一張的MIFARE 1 卡發回了卡序列号應答，則發生了沖突。此時，由于每張卡的卡序列号各不相同， MCM 接收到的資訊 ( 即卡序列号 ) 至少有 1 位既是 0 又是 1( 即該位的前、後半部都有副載波調制 ) ， MCM 找到第 1 個沖突位将其置 1( 排除該位為 0 的卡 ) ，然後查第 2 個，依次排除，最後不再有沖突的 SN 即為被選中的卡，具體程式請參考附錄。
（3）選擇卡片
選擇被選中的卡的序列号，并同時傳回卡的容量代碼。調用的函數及參數解釋如下所示：
參數說明: pSnr[IN]:卡片序列号，4位元組
傳回: 成功傳回MI_OK
char PcdSelect(u8 *pSnr)
向 FIFO 中寫入 PICC_SElECTTAG＋0x70＋卡序列号，通過 PCD_TRANSCEIVE 指令将 FIFO中資料通過天線發送出去，卡傳回卡容量（對于 MIFARE 1 卡來說，可能為 88H 或08H ），具體程式請參考附錄。
（4）三次互相确認（驗證卡片密碼）
標明要處理的卡片之後，讀寫器就确定要通路的扇區号，并對該扇區密碼進行密碼校驗，在三次互相認證之後就可以通過加密流進行通訊。（在選擇另一扇區時，則必須進行另一扇區密碼校驗），具體程式請參考附錄。調用的函數及參數解釋如下所示：
功能：驗證卡片密碼
參數說明: auth_mode[IN]: 密碼驗證模式
0x60 = 驗證A密鑰
0x61 = 驗證B密鑰
addr[IN]：塊位址
pKey[IN]：密碼
pSnr[IN]：卡片序列号，4位元組
傳回: 成功傳回MI_OK
char PcdAuthState(u8 auth_mode,
u8 addr,u8 *pKey,u8 *pSnr)
（5）對資料塊的操作
由于本程式隻涉及到對M1卡的讀資料應用，是以隻介紹有關讀資料函數的操作。調用的函數及參數解釋如下所示：
功能：讀取M1卡一塊資料
參數說明: addr[IN]：塊位址
p [OUT]：讀出的資料，16位元組