icode射频卡的通信原理与读卡方案.doc

1原理简介 无线射频识别技术（Radio Frequency Identification ， 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。 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RFID系统的工作频率，基本上划分为五个工作主要范围：低频（30～300KHz）、高频（3～30MHz）和超高频（300MHz～3GHz）。低频系统一般工作在100～500KHz，常见的低频工作频率为125KHz、134.2KHz；高频系统工作频率为10～15MHz，常见的高频工作频率为13.56MHz；超高频工作频率850～960MHz，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）。 可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器（例如EEPROM）。 我们打算设计电子标签基于 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 Ui。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，接收到读写器的射频信号，其芯片内部的数据解调电路从该信号中解调出命令和数据并送到逻辑控制部分，完成数据存储、发送或其他操作。 3、读写器接收到返回的数据后，对其进行解码以及错误校验等操作来决定数据的有效性，然后进行处理，处理完毕的数据可以通过RS232、RS485、RJ45或是无线接口上传至计算机中。 2读写器与I·CODEI射频卡的通信协议设计 为完成本次嵌入式设计大赛的主要