基于RFID技术的PDA电子抄表器设计的开发与实现.docx

基孑RFID披木的PDA电孑抄忐器作者姓名：雷小松专业名称：电气工程及其自动化指导教师：许丽讲师摘要无线射频识别技术(RadioFrequencyIdentification,RFID)简称RFIDoRFID技术及其应用正处于迅速上升的时期，被业界公认为是本世纪最具潜力的技术之一，它的发展和应用推广将是自动识别行业的一场技术革命。RFID技术在制造、物流、零售、交通等行业被广泛应用。RFID技术在电子抄表器中的应用极大的解决了在电力行业中人工抄表繁琐的问题。本论文就RFID技术在电子抄表器中的设计做了系统的阐明，电子标签基于ISO15693标准，工作频率为13.56MHzo这种标签所属的射频识别系统是一种典型的电感耦合射频系统。电感耦合电子标签由一个电子数据作载体，通常是由单个微型芯片以及用作天线的大面积的线圈等组成。电子标签的天线线圈和电容器C1构成振荡回路，调谐到阅读器的发射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压U达到最大值。论文包括两大部分：ICODEI卡的特点和基本结构，及其读写器硬件与软件系统的设计。关键词：RFID电子抄表器电子标签读写器ICODEI卡AbstractRFID(RadioFrequencyIdentification,RFID)technologyanditsapplicationsreferredtoRFID.RFIDisinaperiodofrapidlyrising,theindustrywasrecognizedasthetechnologyofthiscenturyoneofthemostpotentialitsdevelopmentandapplicationpromotionwillbeautomaticallyidentifytheindustryatechnologicalrevolution.RFIDtechnologyinmanufacturing,logistics,retail,transportationandotherindustrieshasbeenwidelyused.RFIDtechnologyintheelectronicmeterreadingdeviceofgreatpowerindustrysolvedtheproblemofcumbersomemanualmeterreading.ThisthesisonRFIDtechnologyinthedesignofelectronicmeterreadingdevicesmadeintheclarificationofthesystem,electroniclabelingstandardsbasedonISO15693,theworkingfrequencyof13.56MHz.ThislabelbelongstoatypicalRFIDsystemisinductivelycoupledRFsystem.Inductivelycoupledbyanelectronicdatatagforthecarrier,usuallyusedbyasinglemicro-chipandantennacoilcomposedofalargearea.RFIDantennacoilandcapacitorClformoscillationcircuit,tunedtothereader'stransmissionfrequency.Throughtheresonantcircuit,thevoltageonthetagcoilUmaximum.Paperincludestwoparts:ICODEIcardcharacteristicandthebasicstructures,andthereaderhardwareandsoftwaresystemdesign.KeywordseRFID,Electronicmeterreadingdevice,Electronictag,Reader,ICODEIcard目录摘要1AbstractII目录III前言11无线射频识别技术原理简介21.1 无线射频识别技术原理简介21.2 无线射频识别技术的不同分类方法32PDA电子抄表器的设计原理42.1 PDA电子抄表器的设计原理43读写器与I-CODEI射频卡的通信协议设计63.1 ICODEI卡的特点和基本结构63.2 射频通讯格式83.3 状态图和指令集113.4 指令帧格式133.5 防冲突的实现154读写器硬件系统设计184.1 读写器的性能及工作原理介绍184.2 系统硬件电路设计204.2.1 微控制器的选择204.2.2 电源及稳压电路234.2.3 射频收发电路244.2.4 外扩存储器电路264.2.5 按键电路284.2.6 RS-232串行通信接口电路284.2.7 USB接口电路304.2.8 LCD显示模块314.2.9 SPI总线与串行存储电路314.2.10 基于12c总线的EEPR0M芯片电源复位电路314.2.11 蜂鸣器电路325读写器软件系统设计345.1编程思想及编程语言的选择345.2 主程序355.2.1 引导区程序355.2.2 应用区程序415.3 射频卡读写程序435.3.1 程序设计原则435.3.2 程序模块功能说明455.4 驱动程序465.4.1 键盘驱动程序475.4.2 LCD显示程序485.4.3 串行Flash驱动程序485.4.4 蜂鸣器程序50总结51致谢52参考文献53刖百PDA抄表器(又称手持抄表机、掌上电脑、手持终端、数据采集器等)是用于移动数据采集的掌上型设备。国外有关抄表机的报导首先见之于美国1985年电世界(ElectricWorld)杂志：美国宾夕法尼亚电力公司在1983年试制成功一种手持数据终端用以装备抄表人员，从1984年起就废弃了约2700kg重的抄表簿册和卡片；该公司虽为此投资1.3亿美元，但因节约大量人力和物力，在两年内即收回全部投资并有盈余。抄表机是1985年以后才在我国开始流行起来的新名词，当年前能源部组派的访美供用电考察团在他们所到过的尼亚加拉-莫哈克、休斯敦、达拉斯、洛杉矶、南加利福尼亚等地都看到了用抄表微机抄表，取消了原有的手抄写和光电输入计算机的落后方式并废弃了抄表卡簿，促进了用户信息系统的发展。1986年我国各地电力基层电力营销管理部门开始试用抄表机来解决因用户数量迅速增加及电价日益复杂引起的抄表、计算机管理人手严重不足的矛盾；并且在其它领域的应用也有所尝试。上海木材公司于1987年进口一批美国MSI公司的PDT-H抄表微机，用于码头上圆木的清点入库管理工作；国内某供电公司也进口了一小批PDT-III型抄表微机，试用于用户用电量的抄表工作1无线射频识别技术原理简介1.1 无线射频识别技术原理简介无线射频识别技术（RadioFrequencyIdentification,RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或者电磁耦合）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。图1基本的RFID系统一个最基本的RFID系统有以下几部分组成：标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器（Reader）：读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线（Antenna）：在标签和阅读器间传递射频信号；在RFID的实际应用中，电子标签附着在被识别的物体上（表面或者内部），当带有电子标签的被识别物体通过其可识读范围时，阅读器自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息读取出来，从而实现自动识别物体的功能。读头系统又包括读头和天线。1.2 无线射频识别技术的不同分类方法1 .按标签的供电形式分为有源系统和无源系统。有源标签传输距离远，稳定性好，但是体积大，不易做成薄片卡，价格高。无源标签传输距离短，但是体积小，寿命长，便宜。2 .按标签的数据调制方式可以分为主动式、被动式和半主动式根据调制方式的不同，可以分为主动式、被动式和半主动式。一般来讲，无源系统为被动式，有源系统为主动式。主动式的射频系统用自身的射频能量主动地发送数据给读写器（读头），调制方式可以为调幅、调频和调相。被动式的射频系统，使用调制散射方式发送数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，其读写器只能确保激活一定范围内的射频系统。一般来讲，无源被动式的标签为我们射频系统中常用的标签。3 .按标签的工作频率可以分为低频、高频和超高频系统读头发送无线信号时所使用的频率被称为RFTD系统的工作频率，基本上划分为五个工作主要范围：低频（30300KHz）、高频（330MHz）和超高频（300MHz3GHz）。低频系统一般工作在100500KHz,常见的低频工作频率为125KHz、134.2KHZ；高频系统工作频率为1015MHz，常见的高频工作频率为13.56MHz；超高频工作频率850960MHz,常见的工作频率为915MHz；4 .按标签的可读写性分为只读、读写和一次写入多次读写卡根据射频标签内部使用存储器类型的不同可分为三种：可读写卡（RW）、一次写入多次读出卡（WORM）和只读卡（RO）o2PDA电子抄表器的设计原理2.1PDA电子抄表器的设计原理电子标签基于ISO15693标准，工作频率为13.56MHz。这种标签所属的射频识别系统是一种典型的电感耦合射频系统。下面将介绍这个系统的工作原理。13.56MHz系统因频率较低，所以只能采用电感耦合作为通讯。电感耦合电子标签由一个电子数据作载体，通常是由单个微型芯片以及用作天线的大面积的线圈等组成。电感耦合电子标签几乎都是无源工作的。这意味着：微型芯片工作所需要的全部能量必须由阅读器供应。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。因为使用频率范围（13.56MHz：22.1m）内的波长比阅读器天线和电子标签之间的距离大好多倍，可以把电子标签到天线的距离间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。发射磁场的一小部分磁力线穿过距阅读器天线线圈一定距离的电子标签天线线圈。通过感应，在电子标签的天线线圈上产生一个电压Uio将其整流后作为数据载体（微型芯片）的电源。电容器与天线线圈的电感一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联振荡回路。该回路的谐振使得阅读器天线线圈产生非常大的电流，这种方法也可用于产生供远距离电子标签工作所需要的场强。电子标签的天线线圈和电容器C1构成振荡回路，调谐到阅读器的发射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压U达到最大值。这两个线圈的结构也可以解释作变压器（变压器的耦合），变压器的两个线圈之间只存在很弱的耦合。阅读器的天线线圈与电子标签之间的功率传输效率与工作频率f、标签线圈的匝数n、被标签线圈包围的面积A、两个线图的相对角度以及它们之间的距离成比例。简单的概括如下：1 .读写器上电工作以后，在一个区域内发出射频信号。2 .电子标签进入该区域后，接收到读写