基于物聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)

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1、第五章射頻識(shí)別技術(shù)在電子商務(wù)中的設(shè)計(jì)開發(fā)5.1RFID電子標(biāo)簽硬件的設(shè)計(jì)5.1.1基本設(shè)計(jì)方案RFID電子標(biāo)簽系統(tǒng)由射頻單元、控制單元、網(wǎng)絡(luò)接口單元和供電單元構(gòu)成，結(jié)構(gòu)分布如圖5.1所示。圖5.1電子標(biāo)簽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電子標(biāo)簽系統(tǒng)的工作原理將電子標(biāo)簽嵌入到跟蹤監(jiān)測(cè)的商品上，管理者把生產(chǎn)、加工、物流中的關(guān)鍵信息寫入電子標(biāo)簽中，并且將信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到公共數(shù)據(jù)庫(kù)中，消費(fèi)者把商品的電子標(biāo)簽與數(shù)據(jù)庫(kù)所記錄的進(jìn)行對(duì)比，這樣就能夠有效地識(shí)別假冒偽劣商品。5.1.2各單元的功能介紹5.1.2.1控制單元電子標(biāo)簽要具有低功耗和芯片處理的能力，所以控制單元要選用C8051F120。它有20個(gè)

2、中斷源，5個(gè)通用定時(shí)器，128KB的程序存儲(chǔ)器和8448KB的RAM。最主要是的它有CIP-51內(nèi)核，這樣就可以滿足程序代碼量的要求和系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的能力。控制模塊選用低頻方式，以便節(jié)省功耗，工作頻率為18433MHz。其P0接口用作如終端輸入接口、總線接口的特殊功能接口，P5接口用作液晶輸出信號(hào)，P7接口用作低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用端口，其他的I/O接口用作控制接口。5.1.2.2射頻單元電子標(biāo)簽與讀寫器之間的信息交換是有射頻芯片與射頻模塊（外圍電路）通過(guò)射頻的方式實(shí)現(xiàn)的。射頻芯片選用MFRC53Q，該芯片支持ISO14443A協(xié)議，是高性能的非接觸式的讀寫芯片，具有高度

3、集成的調(diào)制解調(diào)模塊，通常工作頻率為135000MHz。如圖5.2所示，將A0、A1接3.3V，A2接地，設(shè)置為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用方式。晶振和15pF的電容形成自激振蕩電路，TX1和TX2經(jīng)過(guò)低通濾波和耦合后接天線。中斷引腳接C8051F120的外部中斷1，數(shù)據(jù)讀寫器端口WR、RD、ALE分別為P4.7-P4.7。圖5.2C8051F120和MFRC530連接情況5.1.2.3網(wǎng)絡(luò)接口單元網(wǎng)絡(luò)芯片采用了集成IEEE以太網(wǎng)媒體訪問控制器的CP2201芯片。它有4KB接收FIFO緩沖RAM和專用的2KB發(fā)送緩沖RAM，可以一次發(fā)送46-1500B的數(shù)據(jù)。電源電壓為3.1-3.6

4、V。通信方式與射頻模塊相同，都采用低頻方式。網(wǎng)絡(luò)接口模塊如圖5.3所示。圖5.3網(wǎng)絡(luò)接口原理中斷引腳接C8051F120的外部中斷0，差分接收引腳（RD+/RD-）和發(fā)送引腳（TD+/TD-）都連接用于1:1脈沖變壓器HR6110C，變壓器具有2kV以上的電壓隔離性能。發(fā)送端采用一個(gè)560Pf的電容和兩個(gè)8Ω的電阻，接收端用一個(gè)100Ω匹配電阻用于抑制信號(hào)的二次反饋，模擬地和數(shù)字地同時(shí)接地。LA端輸出電平網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)連接LED指示燈。5.1.2.4供電單元供電單元的電路原理圖如圖5.4所示。LM317是一個(gè)三端電壓調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)改變電阻R的阻值，可以提供1.2-37V的電

5、壓。供電管路電路的輸出端與輸入端均并聯(lián)一個(gè)適合濾除高頻噪聲和低頻噪聲的小電容，來(lái)提高電源的工作質(zhì)量。圖5.4供電單元原理圖5.2RFID讀寫器硬件的設(shè)計(jì)5.2.1基本原理首先，介紹一下諧振的概念。人們將振蕩回路移入交變場(chǎng)附近時(shí)，如果交變磁場(chǎng)的頻率與振蕩回路的諧振頻率相同，振蕩回路就發(fā)生了諧振振蕩。振蕩線圈上的震蕩過(guò)程，可以根據(jù)交變磁場(chǎng)中振蕩線圈的短時(shí)間電流變化或電壓變化得到。這種線圈電壓的短時(shí)間下降（或線圈電流上升）被稱作降落（Dip）。Dip的相對(duì)強(qiáng)度取決于兩個(gè)線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和它們之間距離。為了使識(shí)別射頻卡振蕩回路具有可靠性，一個(gè)盡可能明顯的Dip是必不可少的。

6、但是我們不能特別限制振蕩器進(jìn)入磁場(chǎng)的速度，我們只能研究以無(wú)限小的速度接近振蕩回路時(shí)所產(chǎn)生的一種無(wú)限小的Dip。所以，我們必要要求產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)頻率不是恒定不變的，而是以“掃頻”方式發(fā)出的。振蕩器不斷掃過(guò)最小和最大頻率之間的范圍，如果掃頻的振蕩頻率與射頻卡里振蕩回路的諧振頻率相同，那么其振蕩回路就開始起振，并且在振蕩器線圈的電流中產(chǎn)生一個(gè)明顯的Dip。應(yīng)用電感耦合原理，通過(guò)數(shù)據(jù)載波調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，由掃頻回路組成的讀寫系統(tǒng)和由振蕩回路組成的射頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通信。我們利用RFID技術(shù)，通過(guò)單片機(jī)控制射頻模塊，利用天線發(fā)出適合射頻卡的共振磁場(chǎng)，使其可以有效地與射頻卡發(fā)生數(shù)據(jù)通信

7、，完成射頻卡的識(shí)別和卡內(nèi)數(shù)額的減少與增加。5.2.2工作流程1）讀寫器終端不斷向周圍發(fā)出一組固定頻率的電磁波；2）射頻卡內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)振蕩諧振電路與讀寫器終端的特定頻率；當(dāng)它進(jìn)入讀寫器中斷的工作范圍時(shí)，在電磁激勵(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振；3）共振是射頻卡內(nèi)的電容積累了一定的電荷，當(dāng)積累的電荷達(dá)到指定的電壓時(shí)，可用作電源為射頻卡集成電路提供工作電壓；4）射頻卡的CMOS集成電路中的有關(guān)控制邏輯電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼；5）根據(jù)解碼信息判斷讀寫器終端發(fā)來(lái)的命令要求，讀取存儲(chǔ)器（EEPROM）有關(guān)信息或?qū)Υ鎯?chǔ)器進(jìn)行重新編程；6）射頻卡電路中的電容處于放