.緒論1.1課題研究背景處于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、信息全球化的時代，科技在不斷地進(jìn)步，人類在不斷地發(fā)展。因此，人們的出行方式更加趨向于便捷化。但是隨之也出現(xiàn)了很多負(fù)面因素：車量逐年增加；高速公路的使用年限在大大縮短；人工收費的速度顯然不能滿足現(xiàn)狀；產(chǎn)生了許多公路施工企業(yè)與經(jīng)營管理公司，在這樣的管理方式下，增添很多收費站的同時還大大提高了運營成本。然而，人工現(xiàn)金收費還有:現(xiàn)金錯收、引發(fā)爭執(zhí)以及無現(xiàn)金帶來的時間拖延這樣的弊端，導(dǎo)致高速公路排著長長車隊的現(xiàn)象，帶來路面堵塞的秩序問題和交通事故的困擾，嚴(yán)重毀壞了其高速、便捷的形象，排隊停車也造成了環(huán)境污染、能源消耗等影響。近年來，在RFID技術(shù)迅速的發(fā)展下，高速公路收費站的問題得到了大大改善，沒有了往日的人工收費，節(jié)約了資源的同時還提高了通行速度。1.2課題研究的目的及意義非接觸式自動識別技術(shù)正在廣泛的應(yīng)用和發(fā)展中。其利用電子標(biāo)簽進(jìn)入磁場，解讀器收到射頻信號，通過產(chǎn)生的電能將產(chǎn)品信息傳送給芯片，用讀取器讀取并解碼芯片中的產(chǎn)品信息，再將解碼的信息送到中央信息系統(tǒng)做進(jìn)一步處理。射頻識別技術(shù)最大的優(yōu)點是非接觸特性，無人工作狀態(tài)下可實現(xiàn)自動化、不容易損傷;它能同時檢測高速運動和識別多個無線標(biāo)簽，簡單便捷。電子標(biāo)簽不怕外界惡劣的環(huán)境，穿透力、抗干擾力強。RFID技術(shù)推動了社會發(fā)展；保障了信息和國家安全等有深遠(yuǎn)影響的戰(zhàn)略意義。RFID應(yīng)用系統(tǒng)組成：非接觸式IC卡、非接觸式IC卡讀卡器、非接觸式IC卡應(yīng)用系統(tǒng)【1】。1.3ETC國內(nèi)外現(xiàn)狀與前景1.3.1ETC概述電子不停車收費系統(tǒng)，是目前世界上最先進(jìn)的公路通行費和橋梁通行費征收方法。它的工作原理:由安裝在車上的電子標(biāo)簽與ETC專用通道上的微波天線組成，并進(jìn)行無線通信和信息交換【2】。當(dāng)汽車進(jìn)入收費站時，車載設(shè)備就會對車輛進(jìn)行識別和信息寫入，然后從綁定的IC卡上扣除相關(guān)費用，以達(dá)到電子不停車收費的目的。ETC系統(tǒng)在實踐中的重要作用:例如節(jié)假日大量出行的情況下，所執(zhí)行的不停車收費系統(tǒng)能大大的縮短人們停留在高速公路上的時間。所包含的意義有：車輛無需停車就可繳費，讓高速公路的通行能力顯著增強，交通狀況大大改善。電子高速公路的不斷發(fā)展可以顯著降低收費管理的運營成本，提高通行費辦理效率;同時減少噪聲和尾氣排放，達(dá)到環(huán)保的目的。1.3.2國外高速公路不停車收費系統(tǒng)發(fā)展概況在日本，電子不停車收費剛剛興起的時候，可能是人們未接觸過，又或者是承擔(dān)不了一次性消費的緣故，使得很少的人會辦理ETC，為了讓人們更了解ETC、提高ETC的使用，日本對公路收費做出調(diào)整，推出促銷措施吸引用戶，日本電子收費系統(tǒng)用戶的數(shù)量與日俱增，電子收費系統(tǒng)的利用率也在穩(wěn)步提高，這給日本獲得了巨大的財富和環(huán)保效益。日本首都東京，在2004年ETC使用率達(dá)15%，第二年就增長到28%，很明顯在2005年高速公路上的汽車行駛量增加了很多，但是大大緩解了交通堵塞的情況。Viavarde電子收費系統(tǒng)是葡萄牙最具代表性的電子收費系統(tǒng)之一，集開放式和封閉式于一體。高速收費站上，它安裝了自動欄桿ETC車道，這就使得車輛在不停車的基礎(chǔ)上能以每小時80公里的速度通過收費站，可見，大大節(jié)省了車輛通行的時間。假如不采用電子收費系統(tǒng)，那么就要修建很多條人工收費通道供駕駛員使用，這樣才能緩解交通安全、短暫過渡的問題。大量事實表明:ViaVarde電子收費系統(tǒng)是一種高效的收費方式，對交通運營商和道路使用者都有好處。1.3.3國內(nèi)高速公路不停車收費系統(tǒng)發(fā)展概況我國自1980年代以來，就在高速公路建設(shè)方面取得了顯著成就。隨著生活水平的提高，也大大提高了人們的出行率，然而人工收費模式已經(jīng)追趕不上交通發(fā)展的形式，長時間排隊等候造成交通擁堵情況已成為一個不可避免的問題，之前采取擴(kuò)建收費站的方式也不可能達(dá)到高效、便捷的目的，同時還遇到了占據(jù)資源、修建場地方面的瓶頸。為了解決這些問題，在高速公路上采用不停車收費方式已經(jīng)顯示出很大的優(yōu)勢，ETC收費系統(tǒng)于上世紀(jì)90年代初進(jìn)入中國市場，并逐漸推廣到我國的交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展地區(qū)，自1996年到現(xiàn)在我們國家已經(jīng)在很多省市開通了幾百條ETC車道，在國內(nèi)，廣東高速公路類似的電子收費系統(tǒng)發(fā)展較為良好，截止到2019年10月27日廣東省ETC用戶總量達(dá)到1533萬，據(jù)運輸公司負(fù)責(zé)人說:“使用ETC收費站平均通行只需1~3秒，每輛車大概每年可省下300至500升汽油，大約3000多塊成本?！蓖瑫r，現(xiàn)代化收費站的功能使得需求大大減少，因此在一定程度上節(jié)省了擴(kuò)建收費站的占地資源，也不用花大價錢投資在人工收費方面，同時控制了汽車尾氣的排放量，既節(jié)能又環(huán)保。這使得ETC有了更好的發(fā)展前景，更進(jìn)一步促進(jìn)社會以及國家在科技領(lǐng)域方面大展宏圖。1.4課題研究的視角與方法單片機(jī)接收RFID信號和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的開發(fā)是關(guān)鍵，然后對RFID標(biāo)簽進(jìn)行信號收集、數(shù)據(jù)處理、存儲和顯示RFID標(biāo)簽的功能。IC卡消費是指IC卡中的金額、卡號等初始化信息。當(dāng)持卡人使用它時，它將被放在刷卡區(qū)，然后屏幕上就會顯示出持卡人的卡號、余額等，這時持卡人就可選擇充值、選擇消費。所以設(shè)計讀寫IC卡是本文的重點。為實現(xiàn)上述功能，本文以RFIDRC522射頻卡系統(tǒng)進(jìn)行開展與設(shè)計。方法:讀寫器芯片由單片機(jī)控制。通過非接觸式IC卡的相關(guān)協(xié)議規(guī)定，單片機(jī)利用天線傳輸頻率，然后尋找卡。如果有卡，卡會共振，形成的LC振蕩電路就會產(chǎn)生電磁波，內(nèi)部電壓泵將給部分電容器傳送持續(xù)不斷的能量，如果此刻的電壓已達(dá)到2V，那么就可被看做是電源，可為其他電路提供電壓。此刻，如果有卡發(fā)出響應(yīng)命令，MCU正在讀卡器有效工作范圍內(nèi)，則卡將顯示卡型，形成卡與讀卡器的一級接口，接著再次讀取并檢查設(shè)備，以確保讀卡器卡和卡的合法性和可操作性。但未選中的卡處于被動模式，正在等待下一個卡搜索命令。2.RFID-RC522刷卡系統(tǒng)的概況2.1智能IC卡的背景及意義在現(xiàn)代國際電子信息產(chǎn)品中，IC卡是一個熱點。廣泛應(yīng)用于非金融領(lǐng)域和金融領(lǐng)域。比如商業(yè)、醫(yī)療、交通、能源、通信等，總體來說影響還是很大的。當(dāng)我們初到校園時發(fā)的校園卡就是非接觸式IC卡，它附屬于“一卡通”，“一卡通”的中心是計算機(jī)系統(tǒng)，其中還包含了射頻卡管理系統(tǒng)，還以射頻卡作為介質(zhì)來進(jìn)行通信，然后最后以收費為目的【3】。廣泛用于企業(yè)、政府、學(xué)校等公共消費機(jī)構(gòu)。消費者擁有授權(quán)的IC卡，就可完成支付。信息處理有強大的后臺軟件和用于IC卡授權(quán)、丟失報告和上傳的綜合系統(tǒng)硬件來支撐。2.2射頻識別系統(tǒng)的原理及組成2.2.1射頻識別系統(tǒng)的原理(1)讀寫器在劃定的界限里，它發(fā)射了電磁波，在某種意義上來講電磁波就是電磁場，則讀寫器的發(fā)出速率、天線規(guī)格決定電磁場的范疇。(2)當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入電磁場時，其中的穩(wěn)壓電路會校正并過濾射頻脈沖，然后將電流送入電容內(nèi)，儲存后形成標(biāo)簽的電壓。(3)作為數(shù)據(jù)載體能將讀寫器內(nèi)的信息進(jìn)行儲存、利用PPM進(jìn)行解碼、利用只讀存儲器將接收到的內(nèi)容執(zhí)行讀和寫、再編碼數(shù)據(jù)、最后由天線發(fā)給讀寫器數(shù)據(jù)信息【4】。注意:讀寫器在處理電子標(biāo)簽的時候，不是只有一個電子標(biāo)簽存在，而是在同樣的時間有多個電子標(biāo)簽存在，它們都在等待著與讀寫器之間的通信，所以如果讀寫器不及時的對這些電子標(biāo)簽進(jìn)行處理，那么就會極容易的產(chǎn)生碰撞，從而導(dǎo)致耽擱識別系統(tǒng)的時間，以及造成資源的浪費。MFRC522卡是一種非接觸式通訊芯片，與13.56MHz讀寫卡高度集成。采用調(diào)制解調(diào)原理完成傳輸，它涵蓋了非接觸通信技術(shù)和各項協(xié)議，因為MFRC522卡具有耐臟、耐磨、功耗小的優(yōu)點，所以也滿足智能儀表的要求。MFRC522是射頻模塊的主要組成部分，也是非接觸式IC卡讀寫的主要部件。如圖2-2MFRC522模型2.2.2射頻識別系統(tǒng)的組成讀寫器、電子標(biāo)簽、天線組成了RFID系統(tǒng)，其互不接觸、互相感應(yīng)【5】。其工作原理:通過無線電波通信完成無接觸信息的傳輸，并通過所傳輸?shù)男畔⑦_(dá)到自動識別的效果。（1）讀寫器:讀寫器能夠閱讀信息；當(dāng)有錯誤信息的時候會提示，并改正錯誤信息；可傳送信息；還能對無源應(yīng)答器提供能量，也稱之為閱讀器。（2）標(biāo)簽:電子標(biāo)簽包括天線、高頻接口模塊、邏輯控制器和EEPROM，類型:有源和無源。RFID標(biāo)簽與讀寫器的認(rèn)證方法是雙向的，即讀寫器測試RFID標(biāo)簽的真實性、讀取的真實性由RFID標(biāo)簽驗證;處理前，彼此進(jìn)行三次測驗，所有通信數(shù)據(jù)都進(jìn)行保密處。（3）天線：具有接收、發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。不同的天線類型和不同的地理位置會影響天線對數(shù)據(jù)的傳送。2.3無線射頻識別技術(shù)的應(yīng)用射頻識別技術(shù)，最近這幾年可謂是蒸蒸日上，因為它具備準(zhǔn)確度高、反應(yīng)快、不波動的特點，所以無論是在生產(chǎn)、生活、還是在交通運輸方面都展現(xiàn)了它豐富的價值。不管是在國內(nèi)乃至全世界的大城市，都因為它能帶給人們便利、能推動整個國家的經(jīng)濟(jì)進(jìn)程所被選用。這項技術(shù)被廣泛應(yīng)用于車輛管理、貨物管理、電子護(hù)照、物流運輸?shù)确矫妫捎谏婕暗降姆秶煌?，所以?yīng)用射頻識別技術(shù)處理的情況也大同小異。射頻識別系統(tǒng)有多種類型，但是同一種類型的系統(tǒng)不能處理多種情況，只能制造出相匹配的類型進(jìn)行處理。(1)門禁控制，這是國內(nèi)無線射頻識別技術(shù)最為廣泛的應(yīng)用。當(dāng)攜帶有效電子標(biāo)簽的車進(jìn)入小區(qū)門口的控制區(qū)域時，可自動識別對象信息并上傳到后臺的操作系統(tǒng)，然后做出相應(yīng)的回應(yīng)，更重要的是可進(jìn)行及時查看，還能快速核驗駕駛員是否屬于該小區(qū)業(yè)主，不僅省時省力，還維護(hù)了業(yè)主的安全。(2)電子溯源：廠家生產(chǎn)產(chǎn)品時，都會加一層外包裝，但是在運輸產(chǎn)品之前還要安裝一個電子標(biāo)簽，利用它的自動識別原理，這樣就可以清楚的掌握產(chǎn)品在運輸時的整個流程信息。詳細(xì)記錄在芯片上。第二種是二維碼，消費者可通過掃描二維碼查詢相關(guān)產(chǎn)品，查詢結(jié)果儲存在系統(tǒng)中，如果產(chǎn)品出現(xiàn)問題，可立即聯(lián)系消費者并準(zhǔn)確召回。第三種是條碼，在第二種的基礎(chǔ)上增加了批量產(chǎn)品信息，包括生產(chǎn)日期、地址等。這樣的系統(tǒng)可提供100%從原材料到成品、成品到原材料的跟蹤【6】。可靠、穩(wěn)定是該系統(tǒng)的優(yōu)點，還對每個手動輸入鏈接實時備份。3.系統(tǒng)方案的硬件設(shè)計與實現(xiàn)3.1IC卡選型3.1.1接觸式IC卡通過IC卡讀寫器與IC卡接觸，然后由電流信號讀取并完成數(shù)據(jù)?？杀４娲罅康男畔?，接收并打開信息的形式是電擦寫，它具有高度隱秘、智能化的特點，還具備快速順應(yīng)環(huán)境的能力，使用期限比較長，但是費用高，而且做一些接觸式的工作，極容易的受到侵蝕和耗損，所以接觸式IC卡不論是在購買費用上還是操作使用上都處于劣勢，目前也很少被使用。3.1.2非接觸式IC卡非接觸式IC卡，顧名思義，非接觸是它的特點，所以它與接觸式IC卡相比，在工作上減少了大量的磨損。此卡除了連接CPU、存儲單元和邏輯單元，還連接嵌入式芯片的收發(fā)器電路。非接觸式集成電路的要求在ISO10536系列國際標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了描述。這類卡通常用于信息量低、要求高、穩(wěn)定的情況下。所以本文應(yīng)用了非接觸式IC卡。3.2系統(tǒng)組成分別由控制、讀寫驅(qū)動、液晶顯示組成的電路，構(gòu)成了總體的硬件系統(tǒng)。射頻卡讀寫系統(tǒng)的構(gòu)成：單片機(jī)、LCD顯示、射頻裝置、進(jìn)行數(shù)據(jù)和能量等傳輸?shù)慕涌?、鍵盤以及其它成分。STC89C52和周圍設(shè)備構(gòu)成了控制中心。在篩選單片機(jī)時，還對系統(tǒng)頻率、計算速度、處理能力、兼容性和系統(tǒng)總體設(shè)計等問題進(jìn)行分析【7】。此外，還考慮了數(shù)據(jù)傳輸速率、方法、內(nèi)存的大小等因素。如圖3-2(a)系統(tǒng)組成主控模塊采用的是8位單片機(jī)。在綜合評價各種開發(fā)工具的性能、應(yīng)用領(lǐng)域、存儲容量、外部中斷、時序功能和成本的基礎(chǔ)上，選擇了STC89C52?？傮w硬件電路圖如下：如圖3-2(b)總體硬件電路圖3.3.1MCU控制部分單片機(jī)是處理和寫入數(shù)據(jù)的核心設(shè)備。不僅可以讀寫RFID控制器，還可結(jié)合主機(jī)或應(yīng)用系統(tǒng)、控制鍵盤、顯示器等外部設(shè)備。STC89C52單片機(jī)是新一代微機(jī)，它是被STC89C52宏晶科技公司所生產(chǎn)。其核心是傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，但它在8051的基礎(chǔ)上做了很多的改進(jìn)，實現(xiàn)了一些傳統(tǒng)51單片機(jī)無法實現(xiàn)的功能。單片機(jī)上有非常靈活的8位CPU和可編程閃存，使STC89C52能相對靈活，高效地解決許多嵌入式控制應(yīng)用。優(yōu)點:速度快、功耗低、抗干擾能力強。它也具備這樣的特性：8k字節(jié)閃存；32位I/O端口；看門狗定時器；512字節(jié)幀；內(nèi)置4KBEEPROM；4個外部中斷；3個16位的定時器/計數(shù)器；7矢量4級中斷結(jié)構(gòu)和2級中斷結(jié)構(gòu)；能兼容上一代51全雙工串行端口【12】，然而提速了8-12倍，它的內(nèi)部MAX810，是極其穩(wěn)定集成復(fù)位電路，在高速通信、智能控制等方面使用幾乎不會出差錯【8】。

如圖3-3(a)STC89C52原理圖MFRC522有三種端口連接模式，分別是：SPI、串行UART、I2C，所以它可以與不同的單片機(jī)端口進(jìn)行匹配。它所特有的檢查自身設(shè)備的功能，可以使它像WiFi一樣能夠主動搭建到總線接口。但并非連接上就可以任意傳輸數(shù)據(jù)，還要遵循總線接口的規(guī)定，而且只能按照總線接口規(guī)定的那樣工作，還要求傳輸速率最大為10Mbit/s。同時數(shù)據(jù)和時鐘滿足："沒有數(shù)據(jù)傳輸時為低電平；上升沿同時收發(fā)數(shù)據(jù)、下降沿同時轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)"的關(guān)系。此外，請注意:芯片復(fù)位總會檢測外部引腳接口，是因為MFRC522能支持不同的數(shù)字接口導(dǎo)致的。然而對于SPI接口來說，必須按照下面一組連接比配置MFRC522的引腳圖。如圖3-3(b)MFRC522與控制器的接口電路3.3.2MF-RC522讀寫模塊MFRC522是非接觸式高度集成讀寫卡，它的特點有：小型、低電壓、低成本。電路圖如下：如圖3-3（c）MF-RC522讀寫模塊電路單片機(jī)控制讀卡器芯片和寄存器芯片。根據(jù)非接觸式IC卡的協(xié)議格式，用一組固定頻率（13.56MHz）的調(diào)制信號來判斷IC卡是否在天線附近【9】。如果卡在這個區(qū)域，就會很快產(chǎn)生LC共振，引起電磁刺激增加。其中卡內(nèi)部電壓泵會充當(dāng)電源，給其他電路充電。如果那里沒有卡，它就會被MCU發(fā)令尋找，此時卡片與讀寫器就會完成第一步連接。當(dāng)使用天線時，如果發(fā)現(xiàn)了此區(qū)域存在有多張卡，那么就啟動防碰撞系統(tǒng)，以確保讀卡器和所選序列號的卡對號入座，然后檢查密碼，以再次確保讀卡器具有未選擇讀卡器的授權(quán)和合法性。未被選擇的則處于空閑狀態(tài)，接收下一個指令。密碼通過后即可進(jìn)行讀寫等操作。如圖3-3(d)MFRC522讀寫模型工作原理:系統(tǒng)由天線發(fā)出的無線載波信號，然后與射頻卡中的耦合線圈刺激共振，以此來達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，這樣才能搭建讀寫模塊與卡之間的通信系統(tǒng)。首先，被驅(qū)動的天線以電磁波的形式將數(shù)據(jù)信號發(fā)出，射頻卡接收到來自天線發(fā)送的數(shù)據(jù)后，對其采取調(diào)制措施進(jìn)而做下一步處理，然后做出響應(yīng)，當(dāng)天線探測到響應(yīng)后，與天線匹配再向MFRC522傳送數(shù)據(jù)信息，接收到的信息再做檢測、解調(diào)和進(jìn)一步處理，最后發(fā)給STC89C52。3.3.3液晶顯示屏顯示電路本次設(shè)計用到的是：LCD128*64顯示器。它具有的性能是：含有8192個16×16點陣漢字；分辨率:128×64；低電壓；低功耗等【10】。與同類產(chǎn)品相比，該模塊液晶顯示器構(gòu)成的系統(tǒng)更加的簡單，主要體現(xiàn)在它的硬件電路結(jié)構(gòu)和顯示程序上，價格也更便宜。RAM采用字符編碼顯示，而且可以顯示三種字型，當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能是CGROM、HCGROM或CGRAM時，因為該顯示電路具有較高分辨率的特點，所以會顯示出不同種需要的字型。假如第一次輸入中文字，則第二次再輸入的ASCII字符就會將其覆蓋，不會產(chǎn)生延遲，以達(dá)到數(shù)據(jù)更新的目的。如圖3-3(e)LCD128*64電路3.3.4電源模塊本次電源模塊的額設(shè)計使用的是USB電源系統(tǒng)，電壓為5V。為方便使用操作系統(tǒng)，手機(jī)充電器可直接供電。因為RC522射頻模塊電源是3.3V，所以整個系統(tǒng)采AMS117~3.5降壓電路，電源模塊的系統(tǒng)電路圖在下方所展示：圖3-3(f)電壓為5v的直流電源系統(tǒng)3.3.5天線模塊天線通過電感耦合產(chǎn)生磁通，以此給IC卡供電，并同時在IC卡之間進(jìn)行信息的傳遞。以下是對讀寫器天線進(jìn)行的相關(guān)規(guī)定:①增強感應(yīng)線圈電流到極限，進(jìn)而增強產(chǎn)生的磁通量，以此來達(dá)到傳輸更多數(shù)據(jù)的目的；②功率匹配，使所產(chǎn)生可用能量的磁通量最大化;③帶寬要達(dá)到一個標(biāo)準(zhǔn)，就是使得傳輸之間的信號不可以失真。天線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下所示，它是由低頻濾波、接收、天線匹配組成的電路和天線線圈搭建而成。如圖3-3(g)天線模塊原理圖4.軟件設(shè)計4.1軟件系統(tǒng)的全面概括本文的軟件系統(tǒng)設(shè)計概括為：主程序設(shè)計、讀寫程序設(shè)計和讀卡器軟件程序設(shè)計共同組成?？傮w流程圖如下：如圖4-1軟件總體流程圖4.2主程序設(shè)計系統(tǒng)初始化程序、IC卡讀寫程序、底層程序和防沖突程序構(gòu)成主程序【11】。主程序的編寫是通過C語言來實現(xiàn)。這一部分用來控制讀寫器和識別射頻卡，此外，主程序部分還決定了整個硬件部分的工作流程，確保系統(tǒng)安全、正確的運行。如圖所示，是主程序流程圖：如圖4-2主程序流程圖4.3RC522讀寫程序設(shè)計4.3.1整個設(shè)計過程分為：尋卡、防沖突、選卡、讀/寫卡【12】。如圖4-3（a）MIFARE_One卡片命令如圖4-3（b）MF522命令字MFRC522發(fā)送與接收卡數(shù)據(jù)暫存于FIFO中。（1）尋卡向FIFO中加入PICC_REQIDL命令，由PCD_TRANSCEIVE命令傳送數(shù)據(jù)出去，假如天線附近有一張卡，那么該卡會識別命令，相反會顯示卡型。卡的類型：兩條命令有所差異差異：039顯示的命令可多次讀取卡；040命令在讀卡完后，有一段延時，該延時是卡脫離天線覆蓋的區(qū)域到第二次進(jìn)入的時間。（2）防沖突天線附近會同時有多個卡，不止是MIFARE1卡發(fā)出卡序列號應(yīng)答，所有的卡都會發(fā)出應(yīng)答，等待響應(yīng)，所以這樣就會導(dǎo)致沖突。但是每張卡序列號又不同，那么就把排查出來的第一個有沖突位的設(shè)定為1，再依次排查下一個設(shè)定為2，直到出現(xiàn)沒有沖突位的就設(shè)定它為SN。（3）選卡status2=PcdSelect(UID);//選擇卡片，輸入卡片序列號，4字節(jié)對卡EEPROM讀寫前認(rèn)證前三個步驟完成之后，就能確定我們所需的是哪張卡，接下來就是要在PCD操作前進(jìn)行密碼驗證。status=MFRC522_Auth(PICC_AUTHENT1A，blockAddr，sectorKeyA[blockAddr/4]，serNum); //認(rèn)證括號里代表：驗證A密鑰、塊地址、扇區(qū)密碼、卡序列號。如果驗證成功，就進(jìn)行讀寫等一系列操作。（5）寫數(shù)據(jù)（6）讀數(shù)據(jù)

4.3.2結(jié)果得到數(shù)據(jù)：卡類型：0400卡序列號：AFA73E0036卡容量：08塊1的16字節(jié)數(shù)據(jù)：010203040000000000000000000000004.4讀卡器軟件設(shè)計讀卡器軟件主要完成MIFARE卡在匯編模式下的操作，包括:主程序、MCU初始化、防碰撞子程序、數(shù)據(jù)塊操作子程序。讀卡器總程序流程圖如圖4-4(a)總程序流程圖4.4.1系統(tǒng)初始化模塊這一步是對車道正常收費做準(zhǔn)備工作，把系統(tǒng)配置文件、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、車道信息、界面信息設(shè)置為默認(rèn)狀態(tài)。（1）系統(tǒng)的初始化工作：得到系統(tǒng)配置文件、查看磁盤設(shè)備、將IO控件動態(tài)服務(wù)設(shè)定為默認(rèn)狀態(tài)。（2）初始化界面用來檢查相應(yīng)設(shè)備操作和界面動畫是不是統(tǒng)一，還把操作結(jié)果展示出來。（3）網(wǎng)絡(luò)的初始化的重點是：車道控制器能否與收費站及時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此網(wǎng)絡(luò)(ping)命令就是用于這部分的設(shè)計和開發(fā)，判斷網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)的是否正常。初始化流程圖如下：如圖4-4(b)系統(tǒng)初始化流程圖4.4.2防碰撞模塊在同一時間、同一區(qū)域出現(xiàn)了很多張射頻卡，它們都需要有一個“歸屬”，但是讀寫器是有限的，一個讀寫器需要在眾多的射頻卡中選擇出一個正確的進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所以在像“菜市場”那樣的環(huán)境下，難免會干預(yù)對方，也會導(dǎo)致讀寫器與所需的射頻卡之間無法建立聯(lián)系。這種問題就是碰撞問題。二進(jìn)制搜索技術(shù)：采用二進(jìn)制搜索(BS)算法解決碰撞問題，整個過程不需要一對一比照，首先挑出標(biāo)簽再逐次排號。識別時放入一個特殊的ID號，在一組射頻卡里識別出正確的射頻卡。然后讀寫器在數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)送一個ID號使之碰撞，從而觸發(fā)到讀寫器上的指令，該指令能確定是否有碰撞發(fā)生，如果有，就縮到更小的區(qū)域?qū)ふ?。能夠?zhǔn)確找到讀寫器中的沖突位，才能實現(xiàn)"二進(jìn)制搜索"算法系統(tǒng)。而曼徹斯特編碼就能夠準(zhǔn)確識別出沖突位，識別出的沖突位再和相應(yīng)的規(guī)則結(jié)合進(jìn)行標(biāo)簽搜索。如圖4-4(c)NRZ和曼徹斯特編碼比較圖4.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計根據(jù)前文的功能分析和模塊劃分，再對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計。此圖表示的關(guān)系是1個用戶擁有的M條充值記錄、M條扣費記錄、M條權(quán)限和N條統(tǒng)計信息。如圖4-5(a)系統(tǒng)的用戶關(guān)聯(lián)圖數(shù)據(jù)庫名稱為：ysp_RFID，包含10張表如圖4-5（b）數(shù)據(jù)庫4.5.1Manager_Login表用來保存工作人員的賬號、登錄密碼如圖4-5（c）Manager_Login4.5.2User_Login表用來保存用戶賬號和登錄密碼如圖4-5（d）User_Login4.5.3User_information表保存用戶個人信息如圖4-5（e）User_information4.5.4Car_information表保存用戶登記的車輛信息如圖4-5（f）Car_information4.5.5User_RFID表保存用戶賬號、標(biāo)簽并綁定記錄，一個用戶賬號只能綁定一張RFID標(biāo)簽如圖4-5（g）User_RFID4.5.6Money表保存用戶余額如圖4-5（h）Money4.5.7Payment表保存用戶繳費記錄如圖4-5（i）Payment4.5.8Recharge表保存用戶充值記錄如圖4-5（j）Recharge4.5.9Enter_record表保存入口車輛的記錄如圖4-5（k）Enter_record4.5.10RFID_information表保存所有入庫RFID標(biāo)簽的信息如圖4-5（l）RFID_information5.系統(tǒng)調(diào)試射頻識別刷卡系統(tǒng)的調(diào)試方法是將編寫的程序輸入進(jìn)整體的硬件系統(tǒng)進(jìn)行編譯，如果出現(xiàn)錯誤，查找問題的所在，此次調(diào)試硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、電路板的設(shè)計等都要各司其職，按要求實現(xiàn)各自的功能。在對整個硬件系統(tǒng)安裝時，需要一個元件一個元件的進(jìn)行安裝，因為有相互獨立的部分，如果全部一起安裝，出現(xiàn)錯誤就很難發(fā)現(xiàn)錯誤的根源在哪里，為了避免制造麻煩，需進(jìn)行獨立安裝。在檢查輸出電壓是否正常之前，必須先安裝電源。當(dāng)接通時，可以考慮使用電壓穩(wěn)定的具有限流功能的可調(diào)電源。首先設(shè)置過電流保護(hù)電流，然后緩慢地增加穩(wěn)定電壓值，精確調(diào)整輸入的電流、電壓值以及輸出電壓值。如果將電流值慢慢調(diào)高過程中過流保護(hù)沒有出現(xiàn)問題，輸出電壓值也在隨之增加，這就說明這部分電路完好，如果所得結(jié)果是相反的，那么就要斷開電源，找出問題的根源，找到后并檢修電路，然后再反復(fù)上述電源調(diào)試過程，直到結(jié)果正確。檢測完電源就可安裝其它元件，每一部分安裝完成后都要檢查一下電源是否正常工作，不正常還需重新連接，連接后再往復(fù)上述過程，以免“一步錯，步步錯”，最終導(dǎo)致元件過流損壞。所有函數(shù)都位于一個包含三個主C51文件的項目文件中，即MAIN.C、MFRC522.C和12864.C。不同的C文件對應(yīng)不同的頭文件，每個C文件的規(guī)格都包含在各自的頭文件中。這個項目工程被編譯成十六進(jìn)制二進(jìn)制代碼文件，該代碼文件再被KEIL燒錄軟件發(fā)送給STC89C52內(nèi)部ROM。通過串行接口將單片機(jī)與上位機(jī)相連，上位機(jī)啟動MIFAREL卡的識別軟件，然后把單片機(jī)加電、復(fù)位，自動運行程序，把卡靠近讀卡器天線，看識別軟件能否獲得卡序列號，如果能，說明系統(tǒng)初始化正常，如果不能，找出原因重新調(diào)試。為了方便調(diào)試，會在每個程序段添加相應(yīng)的代碼，使LED(P3。5腳)開關(guān)，測試相應(yīng)代碼執(zhí)行結(jié)果。調(diào)試中沒有斷點，因為在實際調(diào)試時，有斷點很容易造成MFRC522芯片損壞。在第一次調(diào)試時，不能正確識別卡序列號，是由于軟件程序和硬件程序，軟件主要是分段執(zhí)行，程序的每一段都由指定的硬件進(jìn)行閃爍或不閃爍的測試;硬件主要調(diào)整高頻電路中的輸出匹配電阻阻值來測試。6.總結(jié)論文以基于RFID技術(shù)的高速公路不停車收費系統(tǒng)為題進(jìn)行開展設(shè)計，完成本次設(shè)計大概用了兩個多月的時間，對于本人來講是一項大工程。首先本文以高速公路不停車收費開篇，闡述了人工收費的缺點和每況愈下的現(xiàn)實因素，然后在人工收費的基礎(chǔ)上做出了改變，提出了電子不停車收費系統(tǒng)，它的優(yōu)點有很多：便捷、精準(zhǔn)、不拖延等。電子不停車收費的出現(xiàn)與人工收費就形成鮮明的對比，不僅節(jié)省了大額的資金還節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境，這也說明科技在進(jìn)步、城市在趨于便