0 引言 

射頻識別(radio frequency identification，RFID)技術是從20世紀90年代開始興起的一項自動識別技術．它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據．其主要優點是環境適應性強，不受雪雨，冰雹，灰塵等的影響，且可穿透非金屬物體進行識別，抗干擾能力強^[1]．RFID技術已在世界各地得到廣泛的應用，并在安全，金融，物流等領域發揮出巨大優勢，以美國，日本和歐洲為首的發達國家對該技術的應用研究已達到相當高的水平，而我國則處于起步階段，大多采用引進的技術成果，因而研究該技術已成為當今社會發展的必需． 

人們將振蕩回路移人交變場附近時，能量便通過振蕩回路的線圈感應出交變磁場能量．如果交變磁場的頻率與振蕩回路的諧振頻率相同，振蕩回路就激發了諧振振蕩． 

振蕩線圈上的振蕩過程，可以根據交變磁場中振蕩線圈的短時電壓變化或電流變化得到．這種線圈電流的短時上升(或線圈電壓下降)被稱作降落(Dip)．Dip的相對強度取決于兩個線圈的距離和其相對運動的速度．為了保證可靠的識別射頻卡振蕩回路，需要獲得一個盡可能明顯的Dip．但我們不能對振蕩器進入磁場的速度施加特別的限制，只能考慮以無限小的速度接近振蕩回路時所產生的一種無限小的Dip．所以，我們使產生磁場的磁場頻率不是恒定的，而是“掃頻”的．振蕩器頻率不斷掃過最大和最小頻率之間的范圍，如果掃頻的振蕩頻率正好命中了在射頻卡里振蕩回路的諧振頻率，其振蕩回路就開始起振，并由此在振蕩器線圈的電流中產生一個明顯的Dip．由電感耦合原理，再通過數據載波調制和解調技術^[2]，由振蕩回路組成的射頻系統和由掃頻回路組成的讀寫系統就實現了通信． 

我們利用RFID技術，通過單片機控制射頻模塊，利用天線發出適合射頻卡的共振磁場，使其可以有效的與射頻卡實現數據通信，完成射頻卡的識別和卡內數額的增加與減少． 

1 材料和方法 

1．1 材料 
1．1．1 射頻部分美國德州儀器公司(TI)在1991年創立TIRIS。它是一套完整的無線感應識別系統，其工作原理是：先由射頻模塊透過天線發出134．2kHz的電磁波(該電磁波可對感應器進行充電，充電時問一般在15—50 ms左右)，此時若有感應器出現在磁場范圍內。就會利用磁能轉換的原理，將接受到的電磁波轉換為其所需的電能，并將感應器內所有的數據以FN調頻的方式傳送回去，此時射頻模塊停止發射電磁波，并經由天線接收感應器傳回數據，并進行譯碼動作，如此便完成讀卡動作．rITI將該套系統封裝在集成電路芯片中，非常方便人們的使用和二次開發． 

本系統的硬件解決方案中的射頻部分就是利用TIRIS技術，分別選用RFM-001射頻模塊，卡片封裝的RI—TRP—W4FF射頻卡和SA110天線． 

讀卡控制過程：① 將TXCT設為低電平，延時50 ms后，再將TXCT恢復為高電平；② 再約過3 ms后，SCIO開始輸出資料，為NRZ編碼總共輸出14字節資料，資料的具體構成由射頻卡的存儲格式決定．寫卡過程：① 先發寬度為50 ms的脈沖為射頻卡充電；② 再依次發出14字節數據的信號脈沖，然后讀出卡返回的數據，校驗寫卡是否成功及數據是否正確．寫入數據的格式由射頻卡的寫入格式決定． 

選用的卡片封裝的RI—TRP—W4FF射頻卡為可讀／寫型，其中共有14bytes位數據存儲空間^[3]。讀出格式：① 第1字節為起始字節，固定值為FEH；② 第2— 11字節為用戶數據區；③ 第12字節為停止字節。固定值為FEH；④ 第l3，l4字節內數據值分別等于第2，3字節內數據值．寫入格式如表1所示： 

天線采用SA1 10，該天線用漆包線繞成．外形呈圓形，屬于近場耦合線圈天線． 

1．1．2 讀寫器部分射頻卡系統讀寫器主要由單片機，射頻模塊和外圍電路組成 ^[4]．單片機控制和協調讀寫器各功能模塊的工作；射頻模塊和天線實現讀卡器和射頻卡之問的通信．外圍電路由電源電路，EEP—ROM。RS232接1：3。鍵盤電路和LED顯示電路等組成． 

RFM-001射頻模塊只需要2根信號線與單片機連接，ATMEL公司的89C2051滿足端口數的要求^[5]，且其工作頻率為1 1．0592MHz，與射頻模塊和RS232匹配．EEPROM采用AT24C16．由MAX232芯片完成UART與RS232的電平轉換^[6]，本系統預留了RS232接口。方便相關軟件的開發和使用，實現單片機與Pc的通信。以便射頻卡讀寫器實時向Pc機傳送信息． 

鍵盤采用中斷方式的編碼鍵盤。僅當有唯一一個鍵按下時，向單片機發送中斷信號并提供所按的鍵的編碼(4個二進制位)，對按鍵的監控由一片可編程邏輯芯片GAL22V10D完成^[7]．當沒有鍵按下或不止一個鍵按下時，輸出中斷信號為高，不引起單片機中斷；當有唯一一個鍵按下時，輸出中斷信號為低。引起單片機中斷，并通過4位數據線提供按鍵的編碼信號．采用串行移位輸入的靜態顯示電路．由單片機的普通并行端口模擬單片機串口的工作方式提供顯示數據．其結構組成如圖1所示． 

1．2 方法射頻卡系統具體的工作流程為：① 讀寫終端不斷向周圍發出一組固定頻率的電磁波；② 對應于讀寫終端的特定頻率的射頻卡內有一個LC串聯振蕩諧振電路，當它進入讀寫終端的工作區域內。在電磁激勵下，Lc諧振電路產生共振；③ 共振使射頻卡內的電容積蓄了電荷，當所積蓄的電荷達到指定電壓時，可作為電源為射頻卡集成電路提供工作電壓；④ 射頻卡的CMOS集成電路中的有關控制邏輯電路對接受到的信號進行解碼；⑤ 根據解碼信息判斷讀寫終端發來的命令要求，讀取存儲器(EEPROM)有關信息或對存儲器進行重新編程；⑥ 射頻卡電路中的電容放電時，再將從存儲器中讀取的數據及相關信息通過發射電路發送給讀寫終端，實現一次完整的信息互通．整套系統的結構如圖3所示． 

2 結果 

我們設計的讀寫器在0～10 mm范圍內符合IEC／ISO 1 1784標準的非接觸射頻卡．在0～10 mm范圍內能尋找到卡片；在0～7．5 mm范圍內，能正常完成各項設計功能，且運行穩定?；旧线_到了技術指標要求；但在干擾強烈的環境中，工作距離有所縮短，穩定性能略有下降，還應增強抗干擾的能力．同時，系統各個模塊獨立性強，易于其他科技人員進行二次開發．比如，稍做改動就可以應用于考勤或門禁等不同情況． 

3 討論 

在射頻卡系統的應用中還應注重安全性，即數據在傳輸過程中穩定可靠性問題．數據加密是射頻卡系統的生命所在，在今后的相關研究中，值得我們重視．總之，隨著社會經濟和科技的發展，射頻卡技術會越來越廣泛的應用于各行各業，特別是無線通信，身份識別，金融交易，公用交通等領域，射頻卡技術的進一步研究和開發極具市場價值． 

【參考文獻】 
[1]邊麗紅．非接觸Ic卡技術及應用漫談[J]．世界產品與技術，2000，9：26—28． 
[2]Koji A，Hiroshige H．Ferroelectric memory circuit technology and the application to contactless IC card[J]IEICE Trans Electr，1998．4：488—485． 
[3]王愛英．智能卡技術一Ic卡[M]．2版，北京：清華大學出版社，2000：16—24． 
[4][德]Finkenzeller K．射頻識別(RHD)技術一無線電感應的應答器和非接觸Ic卡的原理與應用[M]．2版，北京：電子工業出版社，2001：68—74． 
[5]李廣弟．單片機基礎[M]．北京航空航天大學出版社,1999;198-206． 
[6]余永權．ATEML89系列Flash單片機原理與應用[M]．電子工業出版社，1997，10：196—211． 
[7]Pobanz CW．A microwave noncontac identification transpondent using subharmonic interrogation[J]．IEEE trans Micmw Theory Techni.1995,43(7);1673—1679．