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摘 要：本文从 RFID（射频识别）系统的组成及工作原理出发，提出了一种基于嵌入式的 RFID 系统的设计与实现，介 绍了本 RFID 系统射频模块与嵌入式之间电路设计框图，并对本 RFID 系统的软件设计步骤做出了简要分析。
关键词：RFID ；嵌入式 ；系统设计
Design of a RFID System Based on Embedded System
LIU Jun1, YU Tieqing2, LIU Tiancheng1, WANG Ji3
（1.Zhanjiang Preschool Education College, Zhanjiang Guangdong 524084;2.Haifeng Experimental Middle School, Shanwei Guangdong 516400;3.Guangdong Ocean University, Zhanjiang Guangdong 524088）
【Abstract】： Based on the composition and working principle of the RFID (Radio Frequency Identification) system, this paper proposes the design and implementation of an embedded RFID system, introduces the circuit design block diagram between the radio frequency module of the RFID system and the embedded system, and briefly analyzes the software design steps of the RFID system.
【Key words】： RFID;embedded;system design
射频识别技术 ( 以下简称 RFID 技术 ) 是利用射频 信号在空间耦合电磁场的背景下实现非接触式自动识别 技术，它通过射频信号自动识别目标对象，可快速地进 行物品追踪和数据交换 [1]。RFID 技术可以实现无人工 扫描识别物品并接受到物品信息，可工作于各种恶劣环 境，它能识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操 作快捷方便，实现更快捷方便的方式获取信息。
RFID 的识别距离可从几厘米到十几米，应用范 围十分广泛，RFID 系统的主要工作频率和有效识别 距离为 : 低频 125 ～ 134kHz， 识别距离 <0.5m; 高频 13.56MHz， 识别距离小于 1m: 特高频 902-928MHz， 识别距离 4 ～ 8m: 微波为 2.54GHz，识别距离可达100m[2]。目前 RFID 广泛应用于物流、供应链管理、图 书馆书籍跟踪、公路收费系统、国土安全等领域。
1 RFID 系统的组成
RFID 系统主要由三部分组成 ：电子标签、射频阅读器、应用软件。
1.1 电子标签
电子标签内置了三种设备 ：芯片、天线和集成电 路。电子标签的芯片里存储着电子数据并用作识别信 息。利用电子标签中的天线，可以和射频天线进行通讯。电子标签里存储着物体的信息，这些信息通过非接 触方式进行读取和写入 [3]。电子标签通常由标签芯片、 天线、底层组成。电子标签电路包括电源、天线、解调 器、编译解码器、存储器、负载调节电路和控制器。
其基本结构如图 1 所示。
1.2 RFID 阅读器
RFID 阅读器又称为射频读写器 [4]，它处于电子标 签和应用软件之间，用于实现电子标签和应用软件之间 的通信。它的任务主要是操控射频模块向电子标签发 射读取信号和接收标签的信号，并对信息进行解码，再 将信息传送到主机以供处理。它的主要功能分为三个 ： （1）发送和接收数据 ；（2）对信息进行初始化处理 ；（3） 通过连接主机的网络。
RFID 阅读器的硬件组成
RFID 阅读器的硬件通常由收发机、微处理器、存 储器、输入 / 出接口、通信接口和电源等部件组成。具 体结构如下图 2。
1.3 应用软件
RFID 应用软件包括射频模块硬件所需的软件还有 中间件。中间件为操作系统和应用提供服务，其主要任务是组织、过滤和计算从阅读器读取的电子标签数据， 再把数据传送到主机系统，以防止主机系统接收大量数据 [5]。
2 RFID 系统的工作原理
RFID 系统工作原理如下 ：RFID 读写器接收到系 统的指令，启用 RFID 读写器，发出特定频率的无线电 波， 当 RFID 电子标签靠近进入到该范围的感应磁场 后，电子标签凭借电流所得的能量，发送标签中所储存的信息反馈给 RFID 读写器，读写器把信息进行整理解 读，将需要的信息传送回 PC 端，PC 端再对信息进行 整合，和信息系统进行交换数据 [6]。
其工作过程如图 3 所示。
3 RFID 系统设计
3.1 RFID 硬件电路设计框图
本硬件设计主要有读卡模块、stm32 系统控制模块、 定时器、显示电路等。硬件的主要框图如下图 4。
此框图大致描述了基于嵌入式的 RFID 射频识别 设计框图。设计 RFID 射频识别，需要用到 STM32 系 统，在本文中将采用 ARM 系列芯片来完成，电源的供 电采用 3.3V ；时钟方面，在软件设计上采用 Systick 来 完成定时 ；射频识别卡（电子标签）选择符合阅读器 ISO14443A 标准的 MIFARE 1 卡 ；显示模块， 本文采 用 ILI9341 控制芯片来控制 LCD。
3.2 RFID 系统硬件实物展示
按照上面 RFID 系统设计原理，基于 STM32 的 RFID 系统硬件实物如图 5 所示。
本系统中 MF-RC522 和系统的连接是通过 SPI 接 口联通进行通讯的。在硬件方面，MF-RC522 射频模块 与系统 SPI 接口的配置如表 1 是 RC522 的引脚配置。
3.3 RFID 系统软件设计
当系统启动后，先初始化 STM32 系统和 MF-RC522 模块，初始化完成后，STM32 系统给与 RFID 阅读器指令，阅读器进入寻卡状态，等待符合 ISO14443 标准的 IC 卡进入 RFID 阅读器射频工作范围。则开始进行读 卡操作，驱动 MF-RC522 读标签指定扇区、指定块的 数据，即读出 IC 卡的序列号。通过序列号和系统存储 的序列号所对应的信息进行匹配，从而通过序列号的识 别读出卡内的信息。如果没有 IC 卡进入阅读器工作范 围，RFID 阅读器则进入待机状态。图 6 是该系统软件 基本流程图 ：
软件设计主要包含以下初始化、寻卡、防冲突、验 证与显示、获取序列号等步骤，软件运用 Keil5 软件来 进行编程与调试编译，从初始化系统和外设开始，启动 阅读器进行寻卡指令，调用防冲突函数来防止多卡进入 阅读器工作区时产生读卡错误，保证从多卡中选中一张 进行读取信息，然后进行验证，利用序列号去匹配对应 的信息，最后通过 LCD 显示屏显示出读到的 IC 卡的序列号。
4 结语
本 RFID 系统采用 STM32 系统控制器（Stm32f103vet6 芯片）、MF-RC522 射频模块（13.56MHz）， 其中 LCD 模块使用 Keil 5 软件来进行编译和测试，并通过 SPI 接 口实现 STM32 控制器与 MF-RC522 射频识别模块的通 信。通过初始化系统和外设后，RFID 阅读器进行寻卡 操作，同时进行防冲撞避免多卡进入工作范围后出现差 错 ；通过检测电子标签是否符合 ISO 14443A 标准，当 电子标签进入 RFID 阅读器工作范围内阅读器读取电子 标签的序列号和产品信息，最终实现在液晶显示屏中。
本 RFID 系统将能够弥补目前条形码，磁码和 IC 卡等识别技术的不足 , 而且能增长识别距离、增强抗污 染能力、提高保密性、能够承载更多的信息量。
参考文献
[1] 邹同浩.一种新型的射频识别系统双向认证协议[J].控制工 程,2020,27(11):2044-2048.
[2] 丁晗,景为平.2.45GHz射频识别系统设计[J].计算机工程与 设计,2019,40(7):1852-1858.
[3] 王智鹏,乔记平,刘儒平,等.基于LabVIEW的UHF RFID射 频识别系统的设计[J].电测与仪表,2021,58(1):196-200.
[4] 袁乐民.基于STM32的RFID读卡器设计与实现[D].兰州:西北师范大学,2015.
[5] 单承赣,单玉峰,姚磊.射频识别(RFID)原理与应用[M].北京: 电子工业出版社,2012.
[6] 刘颖,鹿玉红,孙晓叶,等.基于物联网技术的无源RFID多卡 识别系统设计[J].现代电子技术,2019,42(15):38-42+46.
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