rfid技术在智能家居中的应用毕业论文

rfid技术在智能家居中的应用毕业论文内容摘要：

写器读取电子标签数据提供接口，这样可以减少电子标签上的储存数据发生变化或者应用程序发生变化时所带来的麻烦。 中间件的主要功能 1）阅读器协调控制 RFID 中间件接口的应用为用户直接控制读写器提供了方便直，一些研究者研究发 明了直接插上就可以应用的阅读器，为用户应用新的读写器 时减少了重新添加程序代 码的烦恼。 2）数据过滤与处理 中间件可以通过一定的程序对电子标签发出的错误信息或者产生的多余数据进修 改，中间件也可以避免读写器与电子标签之间当标签信息发生错误或者产生多与数据 时，中间件可以通过一定算法多对一情况发生，这样提高了阅读器读取数据的准确率。 3）数据路由与集成 RFID 中间件决定数据的去向， RFID 中间件可以与企业现有的软件联系在一起 ,具有 储存数据的功能，可以给各个应用系统提供不同的批次，提供数据的路由与集成。 RFID 应用系统软件 根据行业需求开发了 RFID 系统的应用系统，根据需求来阅读电子标签上的相关信息，集中将这些信息进行统计，并作出处理。 本章小结 本章主要介绍了 RFID 技术的概念、原理及其优点，也对 RFID 技术的读写器、电子标签、中间件、及系统软件四部分做了详细的解释，通过本章的学习可以更好了解这一技术，从而为实验设计提供了良好的基础。 7 3 硬件部分的设计 这一章主要介绍了本设计的硬件部分的工作原理及设计方案，为软件的运行提供了基本结构框架。 读卡器的工作原理 MCU 会出命令，这些命令被读卡 器接收，当芯片接收到命令后就会在周围进行寻卡运动，此时天线和他内部电路就会辅助芯片进行寻卡，他们会调制一些固定信号，并向附近发出这些信号，当找到卡片后，电磁波就会刺激到卡片内的 LC 谐振电路从而产生共振，再配合电压泵的作用不断地产生能量，并储存在电容中，当电压达到 2V 时，就可以给作为卡片的电源并提供电路运转所需的电压。 当 MCU在有效的距离内发现卡片后，就会给卡片发出寻找指令，此时卡片会将自己的有效信息发送给读卡器，这样读卡器与卡片就有了初步的联系，如果在有效范围内存在不止一张卡片，此时读卡器的防冲撞设置就会 协助读写器选择一张序列号相匹配的卡片，然后再进行密码匹配，从而保证了读卡器读取卡片的有效性及合法性。 密码匹配成功后就可以对卡片进行操作了。 而没有被匹配的卡片则继续等待，直到被匹配成功。 读卡器的电路设计 本设计读卡器使用 STC11F32XE， STC11F32XE，具有低电压、高性能的特性，属于 SMOC8位单片机。 片内设置了只读程序存储器，其内存是 32KB，而且可以进行多次擦写。 该器件的存储不易丢失，也包含标准 MCS51 指令集，片内包含 CPU 和 Flash 存储单元，同时在标准的 51单片机的基础上扩展了 P4 口，使其功能在原来的基础上变得更多。 射频部分的芯片主要采用 MFRC522。 MF RC522 是应用于 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一种。 是 NXP 公司针对“三表”便携式手持设备研发的较好选择。 MFRC522 的采用最新的设计手段，其利用较新型的调制解调模式，无源设计， 中低频段，在电路设计时无需考虑高频信号影响，优势较为明显。 介绍了一种应用的低电压，低成本，非接触卡的芯片读写体积小，是一种通信协议的智能仪表和芯片采用国际标准 ISO14443，多协议支持的标 准， MF RC522 内置数据发送器，数据发送电路主要由耦合天线驱动电路驱动器以及支持 ISO14443A/MIFARE174。 协议射频卡读卡应答处理机组成，在设计中无需添加其他外围辅助电路即可实现读卡功能。 而在射频读卡与接收电路部分，读卡芯片内部提供稳定高效的编解码电路，其编解码能力较为突出，速度较快，编解码器可以用基于 ISO14443 的 A/B 两种型号射频的的脉冲信号编译。 芯片内置数字信号处理单元，其主要用于兼容性卡片的帧处理和容错检测，其中容错检测基于奇偶校验和 CRC 循环校验。 除此之外，射频芯片支持加密功能，加密 方法为它 CRYPTO1 算法，具有加密解密速度快的 8 有点，加密算法主要用于兼容 MIFARE174。 的产品协议校验。 设计中采用的读卡芯片支持基于MIFARE174。 协议的更高速半双工通信模式，其双向通信最高可以达到 424kbit/s。 它通过串行通信线路少主机通信，并根据不同用户的的需求，选择 SPI,I2C 和 UART串口（ RS232 方式类似），以减少连接，狭窄的 PCB 板的体积，降低成本。 MF RC522 支持多种主机接口，分别是： （ 1） 10Mbit/s 的 SPI 接口 （ 2） 12C 接口，模型 400kbit/s 的速度，高的模型 3400kbit/s 的速率。 （ 3）串行 UART，传输速率高达 ，帧取决于 RS232 接口，电压电平取决 于提供的管脚电压 设计中单片机与读卡芯片之间通过排针相连，单片机 与芯片的 SDA 连接，单片机的 接口与芯片的 SCK 连接，单片机的 接口与芯片的 MOSI 连接，单片机的 接口与芯片的 MISO 连接，单片机的 接口与芯片的 RST 连接，分别为数据、时钟线、主数据输入、主数据输出、复位功能。 MF RC522功能框图如图 所示。 图 MFRCC522 内部框图 由上述框图可以得知， MF RC522 可以用多种方式与 MCU 相连，当上电或硬件被复位以时， MF RC522 的接口信息也被复位，而且现有的微处理器的接口的形式也被检测出来。 MF RC522 在复位以后，一些特定的管脚和初始化程序通过控制管脚的逻辑电平来辅助 MFRC522 与微处理器接口建立。 9 表 MFRC522 管脚的配置方式。 表 MFRC522 管脚配置方式 SDA RX NSS SDA IIC L L H EA L H EA D7 TX MISO SCL D6 MX MOSI ADR0 D5 DYRQ SCK ADR1 D4 ADR2 D3 ADR3 D2 ADR4 D1 ADR5 从序列图上能够分析出主器件的数据 Bit1 输出时间与 SSEL 信号无关，数据，从器件是在时钟前沿对主器件输出的 Bit1 进行采样的，但是主器件在 SCK 信号有效之前就输出了 bit1 信号，而主器件也是在这种情况下进行采样的，采样的数 据是来自从器件的，但是从器件是在 CK信号还没有起效而 SSEL 信号发挥作用以后才输出 bit1 信号的。 MF RC522 匹配电路和天线设计 设计中采用的 MFRC522 是 MFRC500 系列的产品之一，芯片最为一个高集成度电路具有独立的读卡、校验、加密功能。 MF RC500 系列外围电路设计具有较多相似之处，其设计基本要求是不在芯片外部使用独立放大电路是可以实现 10cm 以上的通信，这样就为外围无源射频电路设计提供条件。 在耦合天线的设计上， MFRC522 为满足不同的设计应用，通常给设计者提供两种解 决方案： （ 1） 直接匹配的天线：在不使用外置放大电路的情况下，采用射频读卡芯片外加耦合天 线来组成最小系统，其系统的有效访问距离便是芯片的最小有效距离，小于 10cm， 这样组成的终端可以用来给小型建筑物搭建门禁、访问控制平台。 对于小型的智能 家居系统也较为合适。 （ 2） 500 欧姆匹配天线：可以读，读卡器和天线之间的同轴电缆连接的一个简单的解决方 案，远程应用程序，主要用于长距离传输，这段电缆的最远距离是 10m[17]。 因为设计中所使用的射频全部为近距离通信，所以采用 了直接天线匹配，同时满足射 10 频部分工作频率。 整个天线的等效电阻的电容耦合电路，在 频率范围内 MIFARE174。 进行工作，在这种条件下，不能忽略集肤效应对电阻造成的损耗，所以线圈不能只使用 DC 阻抗。 图 是天线的电路设计原理图。 图 天线的设计原理图 天线设计的重要指标是品质因数 Q，假设 已经用电阻分析仪测出了 天线电感和电阻的值 了，但值得注意的是 如果 电阻和电感的值是通过公式估算出来的，不要把认为这是真实值，这只是它的初始值，在品质因数确认后它们的值会发 生变化。 天线的品质因子 在调谐天线纠正性能方面发挥着重要作用。 其公式定义为 ： Q=(W*L)/R () 根据天线的几何形状， Q 的值通常在 50~100 之间，要进行正确的数据传输这个值还要减少。 MIFARE174。 的波特率是。 数据从 RWD 传输到卡使用脉宽 T=3181。 s的 Miller 编码。 品质因数与 时间 、 带宽的 关系可以表示为 ： BT≥1 其中 B=f/Q（ ） 这样可以计算出 Q的因子是： Q≤ fT≤3181。 s≤（ ） 根据计算值，设计中的电路天线数值取 35，为了稳定电阻，可以在电路外面添加一个稳定电阻 ，电阻 的计算如下面公式 ： R=WL/QR 温度检测电路设计 设计中的温度检测以及相关的显示采用了 protues 的仿真，因为系统为模拟，从成本考虑并未做出相应的实物，同时因为所涉及的模块均已十分成熟，所以无需实物验证其可行性。 设计中 使用 AI89C51， AT89C52 具有多重优点，其低压高性能的优势使其成为该公司应用极为广泛的产品。 机内具有 8KB 的 EPROM,同时单片机 含有随机存储器，它的内存是 256字节。 AT89C52 采用标准的 51 指令系统，与常规 51 芯片相互兼容，片内的为 8 位处理器 11 结合闪存电路可以使其适用于多重控制系统。 本设计通过 AT89C52 控制温度传感器进行数据的采集，温度传感器 使用的是 MCP9801芯片， MCP9800 系列 的 数字温度传感器 精确度相对来说比较高，但温度在零下十度到八十五度之间时，这一系列的传感器的精确度可以控制在 1 度以内。 温度传感器的电路的电路原理图如图。 图 温度传感器电路 用户能够寄存器上进行编程的温度传感器包括 MCP9800 系列， 传感器的应用领域也因为这一功能变得更加广泛。 寄存器的编程设置为分辨率设置，其分辨率可调精度最大可达到 12 位，最低可实现 9 位分辨率，传感器具有省电关断模式和单次测量模式，单次测量模式是指在传感器的关断指令下达时根据来自微控器的指令对数据进行一次转换，省电关断和单次测量均可以进行变成配置。 当传感器检测温度的变化范围超过规定上限时，传感器可以通过特定电平变化输入报警信号，其中报警信号的设置也是可以通过用户编程对极性进行设定，设定用于内部参考恒温器的操作，有效电平经过比较器输出或者也可以通过MCU(Micro Control Unit,为控制单元 )的外部中断输出信号来实现。 MCP9800 系列温度传感器采用 I2C™/SMBus 的总线接口，标准的 I1C 总线接口可以在一条总。