基于 STM32的读卡器软件设计文档.docx
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基于STM32的读卡器软件设计文档
孝感定原电子科技有限公司
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产品名称:
基于STM32的RFID读卡器软件
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软件设计说明书
摘要
RFID(RadioFrequencyIdentification)技术即射频识别技术,是兴起于20世纪90年代的一种非接触式的自动识别技术,是通过射频信号的空间耦合(电磁场或交变磁场)实现无接触信息传递并通过传递的信息达到识别目的的技术。
它无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触,自动识别对象并获取相关信息数据,过程操作无须人工干预,可应用于各种恶劣环境条件,有利于人们在不同状态下对各类物体进行识别与管理。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便[1]。
RFID技术具有如下特点:
1.快速扫描性。
RFID辨识器可同时辨识读取多个RFID标签。
2.形状多、体积小。
RFID标签读取时并不受形状与大小的限制,不必为了通信的精确度而专门使用固定尺寸的纸张一起提高印刷品质。
此外,RFID标签可往更多样形态和更小型化发展,以满足不同产品的应用。
3.抗污损力和长寿命性。
条形码使用纸张作为载体,因此容易受到污染,但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。
此外,由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上,所以特别容易受到折损;RFID卷标是将数据存在芯片中,因此可以免受污损。
4.可重复使用性。
现今的条形码印刷上去之后就无法更改,RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据,方便信息的更新。
5.穿透性和无屏障阅读。
在被覆盖的情况下,RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质,并能够进行穿透性通信。
而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下,才可以辨读条形码。
6.大容量数据记忆性。
一维条形码存储数据的最大容量是50Bytes,二维条形码存储的最大的容量是2至3000字符,而RFID的最大存储容量可达数MegaBytes。
由于记忆载体在不断的发展,数据容量也将不断扩大。
将来产品携带的信息量也会越来越大,需要对卷标扩充更大的容量。
7.安全性。
RFID承载的信息是电子式的,所以其数据内容加密保护,使其内容不易被伪造及变造。
关键词
数据采集频率分析
1详细设计
1.1软件简述
读卡器与IC卡的通信过程,就是读卡器与IC卡之间进行数据交换和处理IC卡内E2PROM中的数据的过程。
在数据交换时,为了保证卡和读卡器之间数据能够同步并且能正确识别、接收,需要建立系统的通信协议。
本系统具有较好的应用价值。
1.2软件功能描述
1.2.1软件功能介绍
本系统采用STM32单片机、MFRC522集成射频读写芯片,开发了一种13.56MHz的RFID读卡器,通过RS232串口实现了上位机与读卡器的通信。
读卡器能够读写距离在0-41mm范围内的符合ISO14443TypeA标准的非接触式IC卡,。
1.2.2软件基本框架
本课题采用STM32单片机、MFRC522集成射频读写芯片,开发了一种13.56MHz的RFID读卡器,并使用LabVIEW软件编写上位机界面,通过RS232串口实现了上位机与读卡器的通信。
读卡器能够读写距离在0-41mm范围内的符合ISO14443TypeA标准的非接触式IC卡,下图是本软件的基本框架图和主程序流程图。
图一基本框架图
信号通过高速运放搭建的模拟比较器,比较器的比较电压通过STM32F417的数模转换器提供,用于初始化进行噪声采集,门限自适应,这样可以滤除存在于信道中的噪声。
若开机检测到串口发送指令,则程序切换到USART串口收发模式,可以进行参数设定和数据的导出操作。
信号经过了模拟比较器后得到了一个标准的方波信号,方波信号进入到多路轮询模块中进行通道切换。
图二主程序流程图
1.3模数转换处理模块
首先利用STM32F417片内的ADC对外部噪声进行采集,由于需要判断的信号频率在100~300kHz,因此采样率需要设定为300kHz的2倍以上。
单个ADC控制器工作的最高频率为36MHz,并且一个采样周期最短为15个工作周期,因此最大的采样率为2.4MHz。
不过对于更为高速的信号,STM32F417可以将3路ADC并联使用,形成交错采样,因此STM32F417最高的采样率为7.2MHz。
1.3.1程序流程图
1.3.2设备侧实现
为了保证采样的精度,因此采用了2路ADC并联使用,使得采样率达到4.8MHz,保证了在500kHz的噪声频带上也能有10倍的采样率。
将噪声采集后使用DMA传输8192个点的噪声信号,计算噪声的幅度,并根据噪声的最大值与均方根值确定比较器的电压幅度门限,然后通过DAC发出门限电压信号给比较器,形成电压门限。
承载了单频脉冲的待测信号经过了模拟比较器后变成了1个方波信号,方波信号进入了微控制器芯片检测端,该信号会触发中断,从而开始记录信号的脉冲次数以及信号的脉冲长度,通过脉冲长度与脉冲次数的商值可以得到信号的频率、脉宽。
当信号的2次脉冲的间隔小于预设区间或者大于预设区间时,就会被判定为无效脉冲或者是噪声脉冲,由此减小信号的虚警概率。
1.1防冲突初始化模块
当一个TypeA型卡到达了阅读器的作用范围内,并且有足够的供应电能,IC卡就首先执行相关的预置程序,然后进入闲置状态。
此时的IC卡不能响应阅读器对其它IC卡传输的数据。
当处于闲置状态的IC卡收到有效的请求A(REQA)命令时,它会给阅读器回送应答字组ATQA。
IC卡应答之后,进入READY状态。
此时阅读器已发现,在其识别范围内至少存在一个IC卡。
它将发送SELECT命令启动“二进制检索树”防碰撞算法,选择出其中一张IC卡,对其开始操作。
图4.2为整个流程。
NVB是SELECT命令的一个参数,其主要作用是描述检索准则的实际长度,一个简单的序列号长度是4个字节。
阅读器如果要采用防冲突算法查找一个序列号,则阅读器需要在发送SELECT命令时发送完整的序列号(NVB=40H)。
具有查找序列号的IC卡采用SELECT命令选择应答SAK来确认这条命令,并处于ACTIVE状态,即选择状态。
但是有些序列号的长度并不是4字节长。
标准也允许7字节长甚至10字节长的序列号。
阅读器如果选择序列号长为7字节或10字节的IC卡,则IC卡在应答SAK时设定“串联位”(b3=1)发出信号,并且表示IC卡已处于准备好的状态。
为了得到序列号的第二部分,阅读器将再一次启动防冲突算法。
对于10字节的序列号,系统将多次启动防冲突算法。
通过在SCLECT命令中区分为3个串联级,来表明每次启动防冲突算法是为了查找序列号的哪一部分,以使IC卡发出对应的信号。
这样在查找时,应按照顺序首先从串联级1启动。
1.1.1程序流程图
1.1.2设备侧实现
软件防冲突算法中,通过发送SAK信号(选择响应)来确认TypeA卡是否被选择。
SAK中含有如下信息:
此卡是否具有权限的协议(Mifare),或者此卡是否符合国际标准ISO14443-4协议。
如果符合ISO14443-4协议,则阅读器发送选择请求命令(RATS)来请求IC卡的选择响应信息(ATS)。
其中,RATS包含通信中的两个重要参数FSDI和CID。
FSDI规定了卡向阅读器发送数据块允许的最大字节数。
CID为卡识别符,若将一个卡指配给一个CID,则可通过CID在选择状态中让阅读器与多个TypeA卡同时交换信息。
由IC卡作为对RATS命令的应答而发送的ATS(选择响应)相当于保持连接IC卡的ATR(清除响应),并描述了IC卡操作系统的重要协议参数。
1.2SD卡的存储通讯处理
通过微控制器的SDIO的接口进行通信,通过CMD命令进行SDHC卡封控制,实现数据的存储,具体初始化与工作的流程如下图。
1.2.1程序流程图
1.2.2设备侧实现
STM32F417有一个SDIO的接口,可以实现4线SD卡存储或者是其他符合SDIO协议的设备工作,例如SDIOWIFI设备等。
这里采用了基于2.0标准的SDHC卡,这种类型的卡出了容量远远大于第1代标准的卡以外,在初始化的程序上也有所不同,加入了CMD8命令可以确保工作电压的稳定运行。
1.3数据读写控制
通过RS232串口转USB线将读卡器与上位机PC连接,并通过稳压电源将系统接入+5V直流电源,上电后,系统工作指示灯D5(红色)点亮,初始化指示灯D4(蓝色)点亮1秒后熄灭,说明系统初始化成功。
设备安装好串口转USB驱动程序及上位机软件后,将会自动识别硬件并安装驱动程序。
并且通过设备管理器可以查看当前串口号。
1.3.1子程序流程图
1.3.2设备侧实现
系统上电运行后先初始化设备、打开串口,然后等待操作指令。
操作指令分为寻卡指令、读卡指令及写卡指令三种,当执行完各自的指令后,系统均将返回相应的数据,系统将自动处理数据后返回继续等待指令;若未返回数据,则操作不成功,系统返回等待操作指令。
。
2编程协定
2.1操作系统
Win7操作系统,keilMDKUvision5集成开发环境
2.2调试工具
J-linkV8仿真调试器
2.3编译链接工具
KeilUvision5
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