基于RFID應(yīng)用的通用型控制器設(shè)計(jì)

摘要：文章以門禁控制為例，介紹一款基于RFID應(yīng)用的通用型控制器的設(shè)計(jì)原理，并給出了利用Proteus軟件進(jìn)行仿真調(diào)試的方法。該控制器由RFID卡、天線、讀卡模塊、單片機(jī)、LCD1602顯示器等組成，采用AT89SXX系列單片機(jī)作為控制芯片，采用EEPROM保存卡號(hào)，不怕掉電。采用125kHz射頻讀卡模塊，讀卡模塊工作方式為主動(dòng)方式，當(dāng)RFID卡靠近讀卡模塊時(shí)，卡號(hào)連續(xù)以串行方式輸出，經(jīng)串口送入單片機(jī)或PC機(jī)進(jìn)行處理。可用于公共場(chǎng)所的門禁管理，具有成本低、性能可靠、通用性好、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在此電路基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單應(yīng)用功能擴(kuò)展，便能滿足各種場(chǎng)合用戶的需求。
關(guān)鍵詞：RFID；單片機(jī)；通用型；控制器

0 引言
    RFID卡應(yīng)用系統(tǒng)由RFID卡、讀卡器、控制器等組成，讀卡器將載波信號(hào)經(jīng)天線向外發(fā)射，當(dāng)RFID卡進(jìn)入讀卡器的工作區(qū)域后，卡中的電感線圈和電容組成的諧振回路接收讀卡器發(fā)射的載波信號(hào)，卡中芯片的射頻接口模塊由此信號(hào)產(chǎn)生出電源電壓、復(fù)位信號(hào)及系統(tǒng)時(shí)鐘，使芯片“激活”，芯片讀取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)調(diào)相編碼后調(diào)制在載波上，經(jīng)卡內(nèi)天線回送給讀卡器，讀卡器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼后送至控制器或計(jì)算機(jī)，對(duì)卡號(hào)的合法性進(jìn)行鑒別，并做出相應(yīng)的處理和控制。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    控制器由RFID卡、天線、讀卡模塊、單片機(jī)、只讀儲(chǔ)存器、液晶顯示器等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示?？刂破鞑捎酶咝詢r(jià)比的AT89S 51單片機(jī)作為控制芯片，顯示器件采用LCD1602液晶顯示器顯示相關(guān)操作信息，采用AT24WC02作為只讀儲(chǔ)存器，存儲(chǔ)容量為2kbit，通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作，具有寫保護(hù)功能，用于儲(chǔ)存RFID卡號(hào)，掉電不消失。

    讀卡模塊采用125kHz射頻讀卡模塊(型號(hào)為M106BXN)，其電源為5V±10％，讀卡電流為29mA，讀寫距離為6～16cm，適用于PC機(jī)或8位UART的單片機(jī)，波特率9600、19200可選，射頻讀卡模塊可工作于主動(dòng)方式和被動(dòng)方式，在主動(dòng)方式下，當(dāng)RFID卡靠近模塊時(shí)，卡號(hào)連續(xù)從串口輸出；在被動(dòng)方式下，當(dāng)有RFID卡靠近模塊，同時(shí)模塊的CLK端為下降沿時(shí)，串口才輸出卡號(hào)。本設(shè)計(jì)采用11．05926MHz晶體，波特率為19200的讀卡模塊，工作方式為主動(dòng)方式，讀卡模塊引腳功能如表1所示。

    串口通信采用的幀數(shù)據(jù)格式為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，1個(gè)停止位。讀卡模塊輸出數(shù)據(jù)共有5個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，高位在前，低位在后，其中前面4個(gè)字節(jié)為卡號(hào)，最后1個(gè)字節(jié)為效驗(yàn)碼。例如：卡號(hào)為01FAB401，則讀卡模塊輸出為0X01 0XFA0XB4 0X01 0X41，其中效驗(yàn)碼0X41由前面4個(gè)字節(jié)卡號(hào)進(jìn)行異或計(jì)算得到，即0X01＾0XFA＾0XB4＾0X01=0X41。

2 單片機(jī)資源分配
    單片機(jī)引腳功能分配如表2所示。

3 電路工作原理
    控制器仿真電路原理圖，如圖2所示，工作原理如下：

    當(dāng)按下K按鍵(用于記錄卡號(hào))并開機(jī)，進(jìn)入記錄狀態(tài)，這時(shí)將RFID卡靠近讀卡器，卡號(hào)被讀出并送入單片機(jī)，單片機(jī)將卡號(hào)寫入EEPROM，關(guān)機(jī)再開機(jī)，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
    在正常工作狀態(tài)下，當(dāng)有RFID卡靠近讀卡模塊時(shí)，RFID卡從讀卡模塊的天線獲得能量并開始工作，卡號(hào)以串行方式發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到卡號(hào)后，將其與預(yù)先寫入EEPROM的卡號(hào)進(jìn)行比較，如果兩個(gè)卡號(hào)相同，視為卡號(hào)有效，則輸出開鎖信號(hào)，顯示器顯示“come in please!”；如果兩個(gè)卡號(hào)不相同，視為卡號(hào)無(wú)效，顯示器顯示“error!”。

4 程序流程圖

5 調(diào)試與仿真
5．1 LCD1602仿真電路
    LCD1602仿真電路原理圖如圖4所示。編寫一段LCD測(cè)試程序在1602的第1行顯示一個(gè)字符串“Hello!”用于測(cè)試LCD顯示是否正常，運(yùn)行仿真后，液晶顯示器顯示“Hello!”，說(shuō)明測(cè)試成功。

5．2 EEPROM讀寫仿真電路
    EEPROM讀寫仿真電路原理圖如圖5所示。編寫一個(gè)EEPROM測(cè)試程序，用于測(cè)試EEPROM讀寫功能是否正常，運(yùn)行仿真后，液晶顯示器第1行顯示“Hello!”，第2行顯示“EEPROM test pass”說(shuō)明測(cè)試成功。

5．3 串口通信仿真程序
    編寫一個(gè)串口通信仿真程序，用于測(cè)試串口通信是否正常。串口通信參數(shù)設(shè)置，如圖6所示。運(yùn)行串口通信仿真程序后，從PC機(jī)鍵盤輸入“1 2 3 4 5 67 8 9 a b c d”，在仿真終端窗口顯示相應(yīng)的字符，如圖7所示，表明串口通信成功。

6 結(jié)論
    本控制器軟件、硬件均通過(guò)調(diào)試并獲得成功，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，適用單卡單用戶的應(yīng)用場(chǎng)合，比如可用于賓館客房、住宅小區(qū)單元出入口門禁控制，也可以用作考勤、電子車票、商品電子標(biāo)簽，還可以用于超市、游泳館、健身中心、體育館等公共場(chǎng)所作為門鎖控制，本控制器具有成本低、性能可靠、通用性好、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在此電路基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用功能擴(kuò)展，便能滿足各種場(chǎng)合用戶的需求，比如只要適當(dāng)選擇EEPROM的容量，簡(jiǎn)單修改程序，就可以將單卡單用戶擴(kuò)充為多卡多用戶，用戶量取決于EEPROM的存儲(chǔ)容量。