基于RFID应用的通用型控制器设计

摘要：文章以门禁控制为例，介绍一款基于RFID应用的通用型控制器的设计原理，并给出了利用Proteus软件进行仿真调试的方法。该控制器由RFID卡、天线、读卡模块、单片机、LCD1602显示器等组成，采用AT89SXX系列单片机作为控制芯片，采用EEPROM保存卡号，不怕掉电。采用125kHz射频读卡模块，读卡模块工作方式为主动方式，当RFID卡靠近读卡模块时，卡号连续以串行方式输出，经串口送入单片机或PC机进行处理。可用于公共场所的门禁管理，具有成本低、性能可靠、通用性好、用途广泛等优点，在此电路基础上进行简单应用功能扩展，便能满足各种场合用户的需求。
关键词：RFID；单片机；通用型；控制器

0 引言
    RFID卡应用系统由RFID卡、读卡器、控制器等组成，读卡器将载波信号经天线向外发射，当RFID卡进入读卡器的工作区域后，卡中的电感线圈和电容组成的谐振回路接收读卡器发射的载波信号，卡中芯片的射频接口模块由此信号产生出电源电压、复位信号及系统时钟，使芯片“激活”，芯片读取存储器中的数据，经过调相编码后调制在载波上，经卡内天线回送给读卡器，读卡器对接收到的信号进行解调、解码后送至控制器或计算机，对卡号的合法性进行鉴别，并做出相应的处理和控制。

1 系统设计
    控制器由RFID卡、天线、读卡模块、单片机、只读储存器、液晶显示器等组成，系统结构框图如图1所示。控制器采用高性价比的AT89S 51单片机作为控制芯片，显示器件采用LCD1602液晶显示器显示相关操作信息，采用AT24WC02作为只读储存器，存储容量为2kbit，通过I2C总线接口进行操作，具有写保护功能，用于储存RFID卡号，掉电不消失。

    读卡模块采用125kHz射频读卡模块(型号为M106BXN)，其电源为5V±10％，读卡电流为29mA，读写距离为6～16cm，适用于PC机或8位UART的单片机，波特率9600、19200可选，射频读卡模块可工作于主动方式和被动方式，在主动方式下，当RFID卡靠近模块时，卡号连续从串口输出；在被动方式下，当有RFID卡靠近模块，同时模块的CLK端为下降沿时，串口才输出卡号。本设计采用11．05926MHz晶体，波特率为19200的读卡模块，工作方式为主动方式，读卡模块引脚功能如表1所示。

    串口通信采用的帧数据格式为1个起始位，8个数据位，无奇偶校验位，1个停止位。读卡模块输出数据共有5个字节数据，高位在前，低位在后，其中前面4个字节为卡号，最后1个字节为效验码。例如：卡号为01FAB401，则读卡模块输出为0X01 0XFA0XB4 0X01 0X41，其中效验码0X41由前面4个字节卡号进行异或计算得到，即0X01＾0XFA＾0XB4＾0X01=0X41。

2 单片机资源分配
    单片机引脚功能分配如表2所示。

3 电路工作原理
    控制器仿真电路原理图，如图2所示，工作原理如下：

    当按下K按键(用于记录卡号)并开机，进入记录状态，这时将RFID卡靠近读卡器，卡号被读出并送入单片机，单片机将卡号写入EEPROM，关机再开机，进入正常工作状态。
    在正常工作状态下，当有RFID卡靠近读卡模块时，RFID卡从读卡模块的天线获得能量并开始工作，卡号以串行方式发送给单片机，单片机接收到卡号后，将其与预先写入EEPROM的卡号进行比较，如果两个卡号相同，视为卡号有效，则输出开锁信号，显示器显示“come in please!”；如果两个卡号不相同，视为卡号无效，显示器显示“error!”。

4 程序流程图

5 调试与仿真
5．1 LCD1602仿真电路
    LCD1602仿真电路原理图如图4所示。编写一段LCD测试程序在1602的第1行显示一个字符串“Hello!”用于测试LCD显示是否正常，运行仿真后，液晶显示器显示“Hello!”，说明测试成功。

5．2 EEPROM读写仿真电路
    EEPROM读写仿真电路原理图如图5所示。编写一个EEPROM测试程序，用于测试EEPROM读写功能是否正常，运行仿真后，液晶显示器第1行显示“Hello!”，第2行显示“EEPROM test pass”说明测试成功。

5．3 串口通信仿真程序
    编写一个串口通信仿真程序，用于测试串口通信是否正常。串口通信参数设置，如图6所示。运行串口通信仿真程序后，从PC机键盘输入“1 2 3 4 5 67 8 9 a b c d”，在仿真终端窗口显示相应的字符，如图7所示，表明串口通信成功。

6 结论
    本控制器软件、硬件均通过调试并获得成功，达到设计要求，适用单卡单用户的应用场合，比如可用于宾馆客房、住宅小区单元出入口门禁控制，也可以用作考勤、电子车票、商品电子标签，还可以用于超市、游泳馆、健身中心、体育馆等公共场所作为门锁控制，本控制器具有成本低、性能可靠、通用性好、用途广泛等优点，在此电路基础上进行简单的应用功能扩展，便能满足各种场合用户的需求，比如只要适当选择EEPROM的容量，简单修改程序，就可以将单卡单用户扩充为多卡多用户，用户量取决于EEPROM的存储容量。