无线射频识别技术RFID( radio frequency idenTIfiesTIon) 是20世纪90年代兴起的一种非接触的自动辨识科技，利用其射频讯号空间祸合的存储特性，可以推动对被识别物体的手动识别。识别过程无须物理接触，无须光学可视，无须人工管理即可完成信息的录人和处理。采用RFID技术，可以推动对运动目标、多目标的识别。同时，电子标签可读写、能携带大量数据、保密性强，且带有不怕污渍、灰尘等较强的环境适应力。正是由于这种其他识另一方法能够比拟的优势，RFID技术在制造、物流、交通、运输、医疗、防伪等领域有着广泛的应用跟巨大的演进前景。在RFID系统中，射频读写器是辨识标签后将收集信息送人后台信息处理系统的关键设施，对确保RFID系统的靠谱工作具有重要功用。本文将以强盛科技的MF RC500芯片为核心设计一种以AT-MEGA162 MCU为控制器的RFID射频读写器。它可完成对Mifare one卡所有读写及控制的操作，并且还可以便利地嵌人到其它平台(如门禁、收费)中，成为用户平台的一部分。
1 RFID 基本原理及系统组成
RFID 系统通常由电子标签、读写器、后台计算机组成。电子标签，又称为射频标签、应答器或数据载体;读写器又称为读头、通信器或读出装置(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与读写器之间，通过祸合元件实现射频信号的空间(无接触)祸合;在藕合通道内，根据时序关系，实现能量的释放和数据的交换，然后由后台计算机对读写器读取的数据进行传输或者管理分析等操作trio R FID系统基本构成如图I图示。
RFID 系统基本组成
图1 RFID 系统基本组成
系统工时，读写器在一个区域内发射电磁波(区域大小取决于工作频度和天线重量)，标签内有一个LC串联谐振电路，其速率与读写器发射的基频相同。当电子标签经过读写器电磁波有效区域时，在电磁波的激励下，标签内的LC谐振电路产生共振，从而形成感应电荷，累计至一定程度时，此电容能成为电源为其他电路提供工作功率，将卡内数据发射出来或接收读写器的数据读写器接收至卡的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后，通过RS-232，RS- 422，rs-485/' target='_blank'>RS-485或无线模式将数据传送至后台计算机中，进行数据处理。
RFID 系统的标准化和研发效率的高低是平台能够广泛应用的首要原因。目前，生产RFR〕产品的公司大都采取自己的标准，国际上还没有形成统一的标准。现在，可供电子标签使用的几种标准有」S010536，5014443， IS015693和L9018000。其中应用最多的是LSO14443，该标准由物理特征、射频电流和讯号接口、初始化和反碰撞或者存储协议四个别组成。由于在Philips的RFID系列芯片中，MF RC500可支持IS014443A所有的层，便于系统研发，因此，利用MF RC500可以大大提高读写器的研发效率，并产生较统一的标准。
2 读写器硬件系统设计
RFID 射频读写器的软件电路主要包含微处理器AT-MEGA162，MF RC500、天线电路等。其中几电子标签读写芯片MF RC500是整个读写器的核心，它将完成读写电子标签的所有必需功能，包括RF信号的形成、调制、解调、安全认证和防碰撞等。微处 理 器 MCU是通过对MFR C501〕内核特殊的存储寄存器的读写来控制MF RC500的。MF RC500实际上是MCU与电子标签之间进行信息交换的媒介。任何标签上数据读写均应借助MF RCS00来释放。传送不同类型的指令给MF RC500，就能实现对MF RC500的控制。
2.1 MF RC500功能特征介绍
MF RC5 00将先进的调制和解调概念完全集成了在13.56 M Hz下所有类别的被动非接触式通信手段和协议。其外部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线，可达100 mm;接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路用于IS014443A兼容的应答器信号;数字部分处理IS014443A帧和出错检测(奇偶和 CRC)。此外，它还带有带时钟速率监视、带低功耗的硬件复位、软件实现掉电模式、带有外部地址锁存和IRQ线、自动测试微处理器并行接口类型或者支持用于验证Ware系列产品的迅速CRYPTOI加密算法等特点，这促使MF RC500更合适用于读写器的研发和高安全性的终端。
2.2 硬件电路设计
RFID 射频读写器硬件电路原理如图2所示。为了驱动天线，MF RC500通过TX，和件2提供13.56 MHz的能量载波。根据寄存器的设置对发送数据进行调制得到发送的信号。射频卡采用RF场的负载调制进行响应。天线拾取的讯号经过夭线匹配电路送到RX 脚。MF RC500内部接收器对讯号进行测试和译码并按照寄存器的设置进行处理，然后数据发送到并行接口由微控制器进行写入。使用外部电路造成的VMID电压作为 RX引脚的输人电压。为了提供稳定的参考电压，在VMID引脚与地之间要接入一个电容，在引脚VMID与RX之间需接人一个分压电阻，另外，在天线与分压电阻之间加人一系列电容也会增加电路的性能。
图2 RFID 射频读写器硬件电路原理图
2.3 强盛QS-500与微控制器的并行接口选择
MF RC50 0支持不同的微控制器接口，其自带的手动测试逻辑可以自动适应平台总线的并行接口。使用信号NCS选择芯片，在上电或硬件复位后，MF RC500也会复位它的并行微控制器接口方式，并检测当前的微控制器接口类型，通过复位后控制引脚的逻辑电平来识别微控制器接口。接口类型由一组固定的引脚连接来确认，如表1所示。本文选择了复用地址线的接口类型，即地址与数据分时复用Da --D7共8位双向的数据地址总线。当ALE为高电平时，将AD。一ADe的地址锁存人内部的地址锁存器中，然后由NRD和NWR上的信号控制完成对MF RC500的读写。
表 1 MF RC 500引脚与接口类型
MF RC 500引脚与接口类型
2.4 ATMEGA162外围电路设计
RFID 读写器以AVR系列ATMEGA162单片机为控制核心进行控制。ATMEGA162单片机自带8路外部存储器数据/地址线、地址锁存ALE以及 WR，RD，可以便捷地与RC500的ALE，NWR，NRD直接连接。另外，它还具有3个外部中断，2个串口、SPI接口等，硬件资源丰富，易于对读写器的用途进行扩充，为读写器的多功能集成设计留有丰富的空间。ATMEGA162外围电路原理如图3所示。
图 3 ATMEGA 162 外围电路原理图
3 读写器软件平台设计
单片机的控制程序主要是对MFR C500进行初始化;对IC卡读、写、密码验证、擦除等操作;与MF RC-500通信中断处理等。本文主要介绍使用单片机对MF RC500进行初始化，即对关键寄存器的操作。
3.1 关键寄存器的设定
为了让读写器能正常工作，完成基本的数据发送、接收功能，需要涵盖的寄存器有：页寄存器、命令寄存器、发送控制寄存器、FlFO数据寄存器、中断允许寄存器、InteruptRq两寄存器等。命令寄存器的第7位IFDetectBusy是接口类型测试状况标志，为0时标志接口类型检查完成。FIFO数据寄存器是外部64字节FIFO缓冲器中的数据输人与输出端口。输人输出数据流在FIFO缓冲器中完成转化，可以并行输人输出。Intetrupt助寄存器是中断请求标志寄存器。当中断产二生时，需要由该解释器的相关标志位来判定中断的类别。以下为页寄存器、发送控制寄存器、中断允许寄存器的具体介绍及修改。
3.1.1 页寄存器
MF RC50 0共有64个寄存器，，8个寄存器为一页，每页的第一个寄存器为页寄存器，其设定如图4所示。其地址分别为 0x00，0“，Ox10，Ox18，Ox20，Ox28，Ox30，Ox38o其初始值均为10000000，0x80。页寄存器用于选取寄存器页，通过对该寄存器的设定可以确认对本页内寄存器的轮询模式。
图4 页寄存器设置
将 Use PageSelect位置1，则能对本页内的寄存器寻址，PageSelect的内容作为寄存器地址的A5、A4、A3此3位可以寻址8页，每页有7个寄存器RFID读写器，可由A2、A1、Ao来选取。该位置0，则寄存器地址由外部地址锁存器的全部内容来决定。本文对寄存器的轮询使用的是MF RC500手册给出的寄存器的绝对地址，所以各页的页寄存器该位一律置0.
3.1.2 发送控制寄存器
发送控制寄存器，其设定如图5所示。控制MF RC500的两个天线引脚TX1，和TX2上输出信号的类型，其地址为0x11，初始值为01011000，0x58
图 5 发送控制寄存器设定
将T X2CW 位置0，TX2引脚上输出信号的是13.56M Hz 的调制载波。将TX2RFEn置1，TX2引脚上输出调制有传送数据的13.56 MHZ载波。将TX1RFEn位置1，TX1引脚上输出调制有传送数据的13.56 MHz载波。
3.1.3 中断允许寄存器
强盛QS RC50 0具有计时器中断、发送中断、接收中断、闲置中断等6个中断源。通过对中断允许寄存器的更改可以使能中断请求。SeTIEn为中止允许位，将该位置1时，该寄存器内其他的中止控制位有效。 TImerlEn，TxIEn，Rx lEn分别为计时器中断允许、发送中断允许和接收中断允许控制位，如图6所示。中断允许寄存器的地址为0x06，初始值为OOOOOOOO，Ox00o
图6 中断允许寄存器设定
3.2 系统软件设计
根据对以上寄存器的操作，可以得出系统软件设计的步骤如图7所示。依照此步骤，读写器可以完成对电子标签的一次基本的读写操作。
图7 软件流程图
在完成读写操作的基础上，对平台工具进行丰富和补充，可使读写器在所有进入天线场范围内的电子标签中，通过防冲突循环，得到其中一张电子标签的序列号，选择此标签进行验证，通过后对存储器进行操作。典型的操作时问不低于100ms
本文设计的RFID射频读写器充分结合硬件、软件优势，可以推动对IS014443A协议的Mifare one卡的读写，读写距离可达6 cm。如果合理地设计天线平台并进行改进，还可以增至9一10 cm。该读写器可以便捷地与包含PC在内的串口设备联结，易于针对不同的应用对象嵌人到其它各射频识别应用平台中。由于所选控制器程序内存单元为 Flash储存RFID读写器，可重复编程，升级方便。该读写器具有成本廉价、响应速度快、通信稳定可靠、操作方便等特点，应用前景非常广阔，对RED的推广有重要意义。
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