基于RFID技术企业一卡通系统的设计与实现

李文静

摘 要：RFID（射频识别）技术目前已渗入人类生活的各个方面，而且随着相关技术的发展，这种渗透速度仍在进一步加快。通过文章的分析，希望对相关工作提供参考。

关键词：射频识别；无线技术；研究分析

目前，企业的日常管理耗费大量的成本，亟需一种新型的管理系统以有效提高企业运行效率，降低企业运行成本。为此，文章在对现有RFID技术进行研究的基础上，提出一种基于射频识别技术的企业一卡通系统方案，介绍了该方案的设计和算法实现，实际应用表明该方法具有较好的鲁棒性，以期进一步推进数字化企业的建设进程。

1 RFID系统概述

图1为RFID系统的基本模型，主要组成部分为电子标签和读写器。

图1 射频识别系统的基本组成

系统在正常工作时，读写器发出查询信号，电子标签接收查询信号后一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回读写器，将其另一部分能量信号整流为直流电源供电子标签内的电路工作。

2 RFID读写器总体思路

读写器的结构框图如图2所示。读写器主控模块与上位机通过串口与相连，发送写卡、读卡等命令，接收主控模块的操作报告与数据。读写器与卡片的交易通过射频模块及其辅助天线与卡片通信来实现。读写器脱机工作时持卡者与读写器的互操作平台为键盘和报警显示模块，同样，联机时也可以在这个平台上进行互操作。

图2 读写器的组成框图

射频识别技术是射频卡读写器的核心是，1片MIFARE卡专用的读写处理芯片（MF RC500）是读写器内的主要部件。其系统结构框图如图3所示。

图3 读写器硬件系统框图

3 硬件电路设计

硬件电路设计中MCU控制电路、复位电路、显示电路、键盘电路、报警电路、上位机传输电路文章不再一一详细叙述，重点对专用读写芯片电路、RC 500与天线射频接口电路及天线的设计进行阐述。

3.1 专用读写芯片电路

作为单片机与射频卡通讯的中介，MF RC500与MIFARE1卡由射频场来建立无线链接并完成数据交换。读写模块MF RC500需要完成读写MIFARE卡的全部必要功能，包括RF信号的产生、调制、解调以及防重叠和安全认证等，是整个读写器的核心。

3.2 RC 500与天线射频接口电路

RC500通过TX1和TX2提供频率为13.56MHz的载波，发送调制信号。RX脚接收射频信号送给RC500对信号进行解调处理后，送到I/O接口供外部MCU读取。匹配电路包含一个接收电路、天线匹配电路、一个EMC低通滤波器以及天线。

3.3 天线的设计

读卡器内必须具有能接收和发射的不同形状和大小的天线以保证读卡器能与非接触式IC卡进行通信。

（1）天线大小和读写距离

文章所涉及的读卡器中，天线规格为圈数为三圈、65mm×54mm、1mm的天线导体宽度的矩形天线。

（2）天线电感的测算

天线电感值应位于800nH至1.8uH之间。通过以下公式计算天线的电感：

L=0.2*l（ln（l/D）-）*N18

（3）天线电路图

天线电路原理图如图4所示：

图4 天线原理电路

下面给出电路中各器件所依附的公式，其中：

经过计算，确定卡内天线给定的参数如下：

La=Lb=300nh，RL=4.14欧，Rcoil=0.35欧，Q=35，Z=Zant=500欧

经过计算后有：

L=600nh，R=0.7欧，Rext=1.72欧，C1a=C1b=27pF，C2b=C2a=100pF

通过理论计算得到以上结果，然而，实际上天线的电感值最终决定了电容C2b、C2a、C1b、C1a（以下均称C2）的值，并且天线的形状不同，对应的电容值也不同，需要根据实际情况进行调整。C2值的大小影响读卡器的读写距离，也就是影响读卡器的性能表现。有一种比较简便的方法是让读卡器发出复位应答指令给卡，假如卡能够正确响应，就点亮一个LED灯，反之，则使LED灯熄灭。首先让卡与读卡器紧贴在一起，此时LED灯点亮，之后使卡逐渐远离读卡器，记录下LED灯熄灭位置时的C2电容值和读写距离。按此方法通过实验不同的C2值以得出不同的读写距离，最终得到最大读写距离时的C2值。

4 验证分析

系统完成后，通过模拟实际使用环境，即多次手动连续刷卡，通过蜂鸣器鸣叫和LED指示灯指示来检测是否存在死机、不读卡、反应不灵敏等现象并测量不同的读卡感应距离。

通过测试发现，读卡器没有出现死机、不读卡、反应不灵敏等现象，经过对天线电路电感、电容、电阻的实际调试，读卡感应距离可以达到60mm，调试后电容、电感参数为： La=Lb=1uh，Rcoil=0.33欧，Rext=1.8欧，C1a=C1b=20pF，C2a=C2b=100pF。

5 结束语

经过反复论证，最终得到文章中的方案，已没有什么问题。但是还需要进一步探讨低功耗方面的设计，如果能够彻底解决系统功耗较高的问题，那么这个系统就更完善了。

参考文献

[1]陆永宁.非接触IC卡原理与应用[M].北京，电子工业出版社，2006.

[2]游戰清，李苏剑.无线射频识别技术（RFID）理论与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.