RFID远距离读卡器的设计与实现

摘要

13.56MHz频段的RFID技术主要应用于非接触式无线IC卡读卡领域，该频段技术在现阶段的应用主要是近距离应用，如身份证识别，电子车票等。在门禁管理，大型会议管理等领域当中，为了增加管理的方便性和速度，需要使用高灵敏度的远距离读卡器。ISO/IEC14443协议标准规定的读卡器与标签之间的有效阅读距离为10cm以及以内。ISO/IEC15693协议标准规定的读卡器与标签之间的有效阅读距离为1m以及以内。本文以13.56MHz频段RFID技术的实际应用为背景，通过对IS0/IEC15693协议和ISO/IEC14443协议进行对比分析，对RFID技术的基本原理，结构，特点以及相关理论进行理解，设计出一款高灵敏度远距离读卡器，可用于门禁管理和大型会议管理等领域。
　　读卡器由软件和硬件两部分组成。读卡器硬件系统主要由微控制单元电路、接收电路、发送电路和天线四部分组成。本系统选用STC11F05E单片机作为微控制芯片。读卡器发送电路主要由ASK调制电路、功率放大器以及输出匹配电路三部分组成。ASK调制电路将从MCU输出的数字信号调制成中心频率为13.56MHz，调制深度为10％的射频信号。功率放大器的最大输出功率可以达到25W，对匹配电路将发送电路的输出端阻抗匹配成50Ω。读卡器的接收电路包括滤波，检波，中频放大以及Manchester解码电路等一系电路。对系统的软件部分进行了设计，包括软件系统整体设计和收发模块的设计。设计出一款PCB环形天线。对天线进行匹配。结果证明，本系统设计出的天线驻波比小于1.2，带宽大于847kHz，Q值为14，符合系统天线的设计要求。
　　本系统提高了读卡器的灵敏度，读卡器与标签之间的阅读距离达到40cm，方便了信息的采集，为门禁管理系统和大型会议管理等方面提供重要的技术支撑。

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第1章 绪论

1.1 射频识别技术概述

1.2 国内外发展以及现状

1.3 本课题的研究内容和目标

1.4 论文组织结构

第2章 射频读卡器原理和协议分析

2.1 射频识别系统原理

2.2 ISO/IEC14443与ISO/IEC15693协议研究对比

2.3 系统整体设计思路

第3章 RFID远距离读卡器硬件设计

3.1 微控制单元设计

3.2发送电路设计

3.3 接收电路设计

3.3 本章小结

第4章 天线设计

4.1 环形天线理论

4.2参数要求

4.3 天线仿真与设计

4.4 本章小结

第五章 RFID远距离读卡器软件设计

5.1 软件系统总体设计

5.2 ISO15693协议分析

5.3 发送模块软件设计

5.4 接收模块软件设计

5.5 本章小结

第6章 实验测试与分析

6.1 天线性能测试

6.2 发送和接收性能测试

第7章 总结和期望

致谢

参考文献