射频识别技术RFID-编程知识

射频识别技术RFID

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。

RFID应用

智慧交通

智慧仓库

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。

RFID 组成

应答器

由天线， 耦合元件及芯片组成，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 TypeA 和 TypeB 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

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 :

IC卡 :

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

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。