引言
    近年来，自动识别方法在许多领域如货物销售、后勤分配、商业部门、生产企业和材料运输领域得到了快速的普及和推广。一种技术上最佳的解决方案是将数据存储在一块硅芯片里。在日常生活中，具有触电排的IC卡是电子数据载体的最普遍的结构。然而，对IC来说，在许多情况下，机械触点的接通是不可靠的。数据载体与一个所属的阅读器之间的数据进行非接触传输将灵活的多。电子数据载体工作时所需的能量通过阅读器非接触地传出来获取。根据使用能量和数据传输方法，我们把非接触的识别系统称作射频识别系统(RFID-Radio Frequency Identification)。本文介绍的是基于MF-RC500射频读写模组、8051单片机以及Mifare1卡的射频识别系统的设计。
系统组成
    系统属于近耦合射频识别系统，主要由应答器、阅读器、通讯模块、人机接口等几部分组成。
    应答器也称邻近卡PICC(Proximity Card)，是射频识别系统真正的数据载体，即我们通常所说的卡片。应答器由耦合元件以及微电子芯片组成。在阅读器的响应范围之外，应答器处于无源状态。通常，应答器没有自己供电电源(电池)。只是在阅读器的响应范围之内，应答器才是有源的。应答器工作所需的能量，如同时钟脉冲和数据一样，是通过耦合单元 (非接触的)传输给应答器的。
    阅读器也称邻近耦合设备PCD(Proximity Coupling Device)，具有读/写功能。由三部分组成：控制单元、发送器和接收器组成的高频模块、天线。
    PCD的高频模块担负以下任务：产生高频的发射功率，以启动PICC，并为其提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给PICC；接收并解调来自应答器的高频信号。
    PCD的控制单元担负以下任务：与MCU8051通信，并执行MCU发出的命令；控制与PICC的通信过程(主从原则)；信号的编码解码；执行反碰撞算法；对PICC与PCD之间传递的数据进行加密和解密。
    通讯模块负责上位机(PC端)与下位机(阅读器)的通讯，本系统采用了两种方式：一种是RS232通讯，它应用于PC机对一台阅读器的操作；一种是RS485通讯，它应用于PC机对多台阅读器的操作。两种通讯方式都可将PC机的命令传达给阅读器。
    人机接口使系统具有良好的人机交互界面。本系统具有液晶显示、键盘、语音输出等部件。应用者可通过液晶显示或通过语音输出判别卡片的号码、基本个人信息、以及卡片中的余额是否正确。
    为了使系统正确稳定的工作，其他电路采用了x25045作为看门狗。如果系统在一定的时间内工作不正常，看门狗可以将CPU复位使其重新工作。另外，x25045还内置512 byte 的EEPROM，可将系统的各种参数(如机号、波特率等)存于其中。
工作原理
    系统数据存储在PICC中。PCD的基本任务就是启动PICC，与这个数据载体建立通信并且在应用软件和一个非接触的数据载体之间传送数据。电感应答器 PICC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。电感耦合应答器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PCD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。因为频率范围为13.56MHz 的波长比阅读器天线和应答器之间的距离大好多倍，可以把应答器到天线的距离间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。阅读器天线线圈发射磁场的一小部分磁力线穿过一定距离的应答器天线线圈。应答器的天线线圈和电容器Ci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，应答器线圈上的电压最大值。将其整流后作为数据载体(微型芯片)的电源。
    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。阅读器的天线线圈和应答器之间的功率传输效率与工作频率和应答器线圈的匝数、被应答器线圈包围的面积、两个线圈的相对角度以及它们之间的距离成比例。随着频率的增加，所需的应答器线圈的电感，表现为线圈匝数的减少(135kHz:典型为100~l0000匝，13．56MHz：典型为3~10匝)。因为应答器中的感应电压是与频率成比例的，在较高频率阶情况下，线圈匝数较少对功率传输效率几乎没有影响。因为电感耦合系统的效率不高，所以只适用于低电流电路。只有功耗极低的只读应答器(＜135kHz)可用于lm 以上的距离。具有写入功能和复杂安全算法的应答器的功率消耗较大，因而一般的作用距离<15cm，尽管个别的可达到80cm。
系统物理基础
    在电感耦合射频识别系统中，L1是PCD的发送天线，L2是PICC的天线。
    我们引入了耦合系数k来对导体回路的耦合作定性说明，使其与几何尺寸无关。关系式如下：
    K=M/sqrt{L1 L2}
(L1、L 2分别为两个线圈的自感系数；M为互感系数)
    耦合系数总在两个极限情况0~1之间变化。K＝0：由于距离太远或磁屏蔽导致完全去耦。K＝1：全耦合。两个线圈紧密耦合，处于相同的磁通量中。只有很简单的天线配置才能进行分析计算。两个平行的、在x轴上同芯的导体回路的耦合系数可按照以下公式计算。式中r为天线半径，x表示进x轴上的两个导体回路之间的距离。
    k(x)≈(r^{2}_{PICC} r^{2}_{PCD})/[sqrt{r_{PICC} r_{PCD}} (sqrt{x^{2}+r^{2}_{PCD}})^{3}]