射频识别技术RFID

news2024/11/24 21:00:13

射频识别技术RFID

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RFID介绍

射频识别: 英文名称是(Radio Frequency Identification), 简称是“ RFID” 又称 无线射频识别, RFID是物联网的其中一种终端技术。

RFID是一种通信技术, 可通过无线电讯号耦合识别特定目标并读写相关数据, 而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

正被广泛用于采购分配、 商业贸易、 生产制造、 物流、 防伪以及军事用途上。

RFID主要位于典型物联网架构中的感知层,是整个物联网的最底层, 也是与‘ 万物’链接的媒介之一。

正因其具有非接触式特性, 其运用很广泛,且随着不同应用场景的出现, RFID协议也随着增多, 难以统一。

如在消费电子行业中比较典型的应用NFC( RFID的子集) , 以统一的标准, 安全,低功耗, 近距离等特性, 在支付领域应用广泛。

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RFID应用

智慧交通

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智慧仓库

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RFID 原理

读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波, 卡片内有一个LC串联谐振电路, 其频率与读写器发射的频率相同, 在电磁波的激励下, LC谐振电路产生共振, 从而使电容内有了电荷, 在这个电容的另一端, 接有一个单向导通的电子泵, 将电容内的电荷送到另一个电容内储存, 当所积累的电荷达到2V时, 此电容可做为电源为其它电路提供工作电压, 将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。

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RFID 组成

  • 应答器

天线耦合元件芯片组成, 一般来说都是用标签作为应答器, 一般分为被动式主动式半主动式, 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

由天线, 耦合元件, 芯片组成, 读写标签信息的设备, 可设计为手持式rfid读写器或固定式读写器。

  • 应用软件系统

应用层软件, 主要是把收集的数据进一步处理,并为人们所使用。

nfc可以既是应答器, 也可以是阅读器存在。

RFID协议

ISO/IEC 14443:国际标准ISO 14443定义了两种信号接口, 分别是 TypeATypeB 且互不兼容。

  • TypeA类卡:

MIFARE Std 1k(MF1 IC S50): 国内常称MF1 S50

MIFARE Std 4k(MF1 IC S70): 国内常称为MF1 S70

广泛应用

  • TypeB类卡:

    我国第二代居民身份证

    AT88RF020: 美国爱特梅尔(ATMIL)生产, 典型应用, 如地铁卡。

卡的状态 :

POWER OFF: 缺少载波能量

IDLE: 等待读写器发来的请求

READY: 收到读写器发来的请求

ACTIVE: 收到读写器发来的选择

HALT: 读写器发来的停止命令

卡片请求命令:

REQA: 请求未被HALT的TypeA卡–0x26

WAKE-UP: 请求所有的TypeA卡–0x52

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  • 防冲突

多卡操作, 判断卡号是否完整

  • 选择

    根据完整的UID, 选择相应的卡片

  • HALT

    停止该卡, 除非读写发送WAKE-UP请求

  • CRC

    检验值为6363( A类卡)

    校验值为FFFF( B类卡)

  • 流程 :

    REQB : 寻卡

    ATTRIB : 匹配属性

GetUID : 获得卡号

  • 验证密码

指定加密类型, 指定块号( 0~63) , 指定密码, 指定卡号

  • 读块内容

验证密码后, 再次指定块号( 0~63)

  • 写块内容

验证密码后, 再次指定块号( 0~63)

RFID应答器— — 卡片

ID卡( Identification Card, 身份识别卡)

  • 一种不可写入的感应卡, 含固定的编号。
  • 主要有台湾SYRIS的EM格式、 美国HIDMOTOROLA等各类ID卡。
  • ID卡与磁卡一样, 都仅仅使用了“ 卡的号码” 而已,卡内除了卡号外, 无任何保密功能, 其“ 卡号” 是公开、 裸露的。
  • ID卡就是“ 感应式磁卡” 。

IC卡 (Integrated Circuit Card, 集成电路卡)

  • 将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中, 做成卡片的形式。
  • IC卡与读写器之间的通讯方式可以是接触式, 也可以是非接触式。
  • 由于其固有的信息安全、 便于携带、 比较完善的标准化等优点, 在身份认证、 银行、 电信、 公共交通、车场管理等领域正得到越来越多的应用。
  • 常见的有二代身份证, 银行的电子钱包, 电信的手机SIM卡, 公共交通的公交卡、 地铁卡, 用于收取停车费的停车卡等

ID卡 :

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IC卡 :

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S50非接触式IC卡性能简介( M1)

  • 容量为8K位EEPROM
  • 分为16个扇区, 每个扇区为4块, 每块16个字节,以块为存取单位
  • 每个扇区有独立的一组密码及访问控制
  • 每张卡有唯一序列号, 为32位
  • 具有防冲突机制, 支持多卡操作
  • 无电源, 自带天线, 内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路

数据保存期为10年, 可改写10万次, 读无限次

  • 工作温度: -20℃ ~50℃ (湿度为90%)
  • 工作频率: 13.56MHZ
  • 通信速率: 106 KBPS
  • 读写距离: 10 cm以内( 与读写器有关)

RFID阅读器— — FM17550(MFRC522)

读写器:

  • 通信频率
  • 支持协议
  • 读写距离
  • 通信速率
  • 寄存器配置

天线发送, 接收

系统复位

调制方式

缓存区操作

  • 常见的有FM17550, FM17522, MFRC523, MFRC522

软件通信接口

  • SPI, I2C, UART

数据流

  • 上位机<–>读写器<–>射频卡

软件架构

  • 软件通信接口初始化
  • 读写器初始化
  • 根据相应射频协议组包, 通过读写器与射频卡通信

对于FM17550串口配置

FM17550等读写器默认复位后串口配置为:

  • 波特率为9600
  • 无奇偶校验位
  • 无硬/软流控
  • 数据位为8bit
  • 1位停止位

在linux下配置串口应按上述配置, 尤其注意我们需要将串口配置成原始输出模式, 以及关闭软流控

硬件复位

  • 外部IO, 保持低电平一定时间

确认复位成功

  • 读地址为0x37h的版本寄存器的值
  • mfrc522— — 0x92
  • fm17550— — 0x88

接下来步骤: 防冲突, 选卡, 操作卡

软件复位

  • 向CommIEnReg寄存器写复位命令

发送部分

  • TxModeReg, 根据A类, B类设置bit

接收部分

  • RxModeReg, 根据A类, B类设置bit

天线

  • TxControlReg, 复位

特征参数

  • Status2Reg, 关闭加密传输
  • ModeReg, 根据A类, B类设置相应的CRC校验值
  • TReloadRegL, TReloadRegH, TModeReg,TPrescalerReg设置定时器
  • TxASKReg, A类100%ASK, B类无需100%ASK

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上位机主动借助读写器与卡通信

读写器内部有64字节的FIFO缓存区

  • FIFOLEVELREG: 该寄存器表示缓存区内的待读取数据字节数
  • FIFODATAREG: 64字节的FIFO缓存区, 上位机将要发送给射频卡的数据写入该寄存器, 或上位机根据 FIFOLEVELREG得到可用数据字节数N, 连续读取N字节该寄存器得到读写器接收到射频卡的回应

由于在通信过程中, 数据接收可能存在非全字节,即可能为5bit, 而非完整的8bit, 出现非全字节的情况发生在接收数据的最后一个字节, 所以我们需要对最后一字节内的比特数进行判断

CONTROLREG: 寄存器内的rxlastbits位, 该标志位表明最后一字节内的比特数

实际接收到的数据比特位总数为:假设FIFOLEVELREG读的值N, N字节实际接收的数据比特位总数 = (N-1)*8 + rxlastbits

COMMANDREG, 该命令寄存器里的 command 位, 可以写入相应的值代表相应的命令:

  • ( RESETPHASE) 1111代表读写器立即软复位命令
  • ( TRANSCEIVE) 1100代表读写器准备发送并接收射频卡的数据。
  • 读写器执行TRANSCEIVE命令收发数据前, 需要将 BITFRAMINGREG寄存器内的startsend位置1。

根据14443协议规定读卡器发送数据后, 在25ms内读写器必须接收到射频卡的响应, 否则该次通信失效。

实现25ms定时:

  • 上位机可以启动定时器或通过软件延时
  • 也可以利用读写器内部的定时器:
  • TMODEREG : 内部的Tauto位可以在读写器无线数据通信时, 自动开启定时器
  • TPRESCLALERREG : 与TMODEREG的低两位组成一个10位的分频器
  • TRELOADHIREG,TRELOADLOREG : 共2字节, 定时器装初值

在相应的时间结束后, 我们不能直接去读FIFO

而是在读写器中有相应的接收完成状态标志位

状态位相关寄存器:

  • COMMIENREG : 状态中断使能, 我们可以使能TX,RX,ERR,TIMER等状态标志位。
  • COMMIRQREG : 状态标志位, 使用前需软件复位清零, 我们使能了RX, 就可在COMMIRQREG寄存器中判断RX的相应为是否被置1, 即接收完毕。
  • 同理, 如何知道25ms的定时是否到了, 我们可以while的读取COMMIRQREG寄存器中TIMER的状态,被置1, 说明时间到了。

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