基于RFID的智能办公系统设计.doc

1、摘要办公室节能作为智能办公和低碳办公的一个核心关键技术，对未来的办公模式提供了明确的方向。在日常办公中，很多电器设备的冗余运行和人为失误造成的资源浪费，使得办公能耗加大、办公成本增加。办公室节能系统的设计变得极其重要。因此，可以利用现有广泛使用的无线射频技术（RFID），对办公室用电器设备进行有效管理，减少人为参与，尽量避免人为失误带来的资源浪费。通过无线射频技术(RFID)的应用，采用刷卡方式对用电办公设备（如打印机等）和空调等大功率设备的使用的记录和优化管理。刷IC卡信息将记录在电脑数据库中，还可以做考勤管理、门禁管理等扩展功能。随着无线射频技术的不断发展，设备成本逐渐的降低，可以适用于普

2、通或者大型公司中。减少公司运营成本，提高资源的共享利用率，减少资源的浪费，具有很好的市场前景。关键字：办公室节能；无线射频技术；资源；IC卡AbstractOffice of Energy-saving is a core and key technologies for intelligent office and low-carbon office. It provides a clear direction for future office model. In daily work, a lot of electric equipment of redundancy operation

3、 and human error caused by the waste of resources, it will make the cost of increased energy consumption. Designing office of energy-saving system become extremely important.Therefore, we can use the existing widespread use of radio frequency technology (RFID), and effective management of the office

4、 and electrical equipment to reduce human involvement, to avoid human error and waste of resources. Through the application of radio frequency (RFID) technology, the use of records and optimize the management of the credit card on electricity consumption of office equipment (like printers, etc.) and

5、 air-conditioning and other power equipment. The credit IC card information will be recorded in a computer database；You can also do the time and attendance management, access control and other extensions.With the continuous development of wireless radio frequency technology and equipment costs decre

6、ased, can be applied to the ordinary or large companies. Reduce the companys operating costs; improve the sharing of resources utilization, reducing wastage of resources, with good market prospects.Key words：Office of Energy-saving；RFID；resources；IC cart目录引言1第一章研究背景21.1 射频技术原理21.2.1 电子标签（Tag）21.2 RE

7、ID 的工作频率41.3 阅读器（Reader）41.3.1 阅读器的作用41.3.2阅读器的结构51.3.3 阅读器的形式51.4 应用软件61.5 RFID 的研究与应用61.6 RFID 的研究情况与标准化61.6.1 EPCgolbal 网络的研究与EPC标准化71.7 非接触型IC卡概要及其动态91.7.1 IC 卡的分类101.8 RFID 系统的应用情况10第二章 单片机控制射频读卡器硬件系统设计原理132.1 总体设计方案132.2 RFID 系统工作频率的选择132.2.1 不同频段 RFID 技术特性简述132.2.2 选择理由分析152.3 电子标签的选择162.4 高频

8、接口电路控制芯片的选择172.5 阅读器终端控制芯片的选择172.6 读卡器和上位机通信接口的选择172.6.1 MF RC500工作特性182.7 Mifare 1 电子标签的功能组成212.7.1 RFID 卡的优点222.8 M1 卡简介222.8.1 主要指标：222.8.2 存储结构：232.8.3 工作原理262.8.3 M1 射频卡与读写器的通讯27第三章读卡器硬件系统设计原理293.1电源部分293.2 AT89S52 与MF RC500芯片的硬件连接设计303.2.1 MF RC500 的电源部分设计323.2.2 晶体振荡电路333.4 天线部分设计383.4.1 环形天线

9、设计中的几个限制因素：383.4.2天线线圈的设计403.5 本章小结41第四章读卡器系统软件驱动程序设计434.1 ISO 14443 标准的相关规定434.1.1物理特性444.1.2射频接口444.1.3初始化与防冲突444.2 系统初始化454.3 MF RC500初始化464.4 读取序列号474.5 请求应答484.6 防冲突操作494.7 选卡片操作494.8认证操作504.9 读操作504.10写操作504.11 本章小结50第五章 上位机控制系统515.1 数据库的管理515.2 IC卡管理51第六章硬件模拟系统52第七章结论53致谢54参考文献：55附录57引言近年来，随着

10、无线射频技术的不断发展，无线化的趋势越来越明显。无论是公司职工的考勤管理还是设备的管理，都可以采用无线射频技术（简称：RFID）。而且RFID在使用上方便，而且保密也逐渐成熟。RFID技术最早是美国海军用来管理军用品物流，对物流中的军需品进行跟踪式的管理，后来逐渐推广开来，进入一些配件销售和制造行业中。到后来进入到如医疗和食物的管理这样重要的行业中来。在日本使用更多是在于不停车收费、企业原料的管理和食品跟踪等方面。基于RFID的优点，其在国外的使用面更广，程度更高。在国内的使用情况没有国外的那么广泛，大部分只是局限于交通的票证，和二代身份证中，或者是人员记录卡（如一卡通，考勤卡）中。之所以使用

11、的范围比较狭窄，是因为国内RFID技术起步较晚，技术相对于国外来讲还是比较薄弱。随着国家的提倡，和政策上的大力支持，国内越来越多人开始研究无线射频技术。本文也是基于RFID现状，结合节能减排，探讨研究基于RFID技术的办公节能系统。在下文中，主要讲到了RFID技术的背景、发展、和原理。详细介绍了通信协议的国际标准；阅读器的硬件电路设计，芯片选用；智能卡片原理介绍、卡片选择、传输协议，及其与阅读器的联合工作程序的主要部分，以及上位机的基本功能。采用的模拟系统展示节能系统的工作方式。第一章研究背景1.1 射频技术原理阅读器（Reader）通过天线发送一定频率的射频信号，如果有标签（Tag）进入到磁

12、场时，标签中的线圈产生感应电流而获得能量，并发出自身所的编码等信息，被阅读器读取，解码后发送到单片机或者电脑进行判断和做出相应的处理。阅读器（Reader）RS232等接口PCC天线无线电波电子标签(Tag)在射频识别的技术中，较典型的是无源RFID系统，它由无源RFID标签、天线、RFID读卡系统组成。如图1.1.1所示图1.1.1 无源RFID系统硬件组成1典型的RFID系统有RFID标签（Tag），阅读器（Reader）、应用支撑软件三部分组成。1.2.1 电子标签（Tag）电子标签是由芯片和天线（Antenna）组成，每个标签都具有一个唯一的出厂编码。标签附着在要标识的目标的对象上。当

13、带有标签的标识对象进入到具有一定的无限射频信号的范围时，能够反射回携带有数字或者是字母的编码信息信号。再由阅读器的处理识别。在标签的种类中，根据发送射频信号的不同，可以分为主动式(Active)和被动式(Passive)两种。主动式电子标签，是主动向阅读器发送射频信号，通常有内置电池供电，常常又称为有源的电子标签。与它相对的被动式，是不带电池，也称为无源电子标签。阅读器的产生的电磁波为被动式电子标签发射的电波和内部处理器的运行提供能量。被动式电子标签在获得阅读器提供的电磁波信号后，将一部分的电磁能量转化为自身工作的能量。主动式与被动式电子标签的特性如表1-1表1-1 主动式与被动式电子标签的电

14、气特性对比主动式电子标签被动式电子标签能量来源自身电池供电，可持续供电通过电磁感应获取工作距离可达100可达35m，通常取2040cm信号强度要求低高平均价格高低工作寿命24年长从表中可以看到，主动式标签通常具有更远距离的识别，信号也较强，但其价格也比较高，寿命也会因为自身携带电源的寿命而受到影响，被主要用于贵重的物品长距离检测领域中应用。被动式电子标签，在价格和寿命上有明显的优势，但是其的工作距离和存储的容量收到能量的来源的影响而受到影响。标签芯片不同领域，不同场合的使用，对电子标签的芯片的要求也会不同。在电子标签中，控制的操作频率、数据的传输率、信号的调制、数据的加密和解密、数据的读写等机

15、制，都有其自身所带的芯片来完成。在得到工作能量后，芯片会将存储区的数据进行加密，并且通过调制信号的方式经过天线传送到阅读器模块，也可以将阅读器模块发过来的信号解密成更新的数据写到芯片的存储区，完成读写过程。天线电子标签的天线是一个重要的环节，其在感应到阅读器（Reader）发出的射频能量后，完成数据的更新和读取。因此，标签天线的大小和电力是影响整个系统的阅读能力和阅读距离的主要因素之一。在该系统中，标签天线电路使用LC谐振电路或者是采用电双极天线所制成。在谐振频率小于100MHz 时，阅读器和标签之间的通信采用的是电磁感应方式进行，这样的通信方式下的天线称为磁偶极子天线。当谐振频率大于100MHz 时，阅读器与标签之间采用的通信方式是电磁传播的方式进行。但由于所需的LC的值